Выразим отсюда е:

Е = Р·t.

Полагаем, что выделяется при ядерной реакции вся энергия атома, тогда Е_атом = m_атом·с², где m_атом — масса атома ядерного горючего, с — скорость света.

Тогда полная энергия Е будет равна сумме энергий всех атомов.

Т.о, Е = ∑Е_атом. = Δm·с².

Приравниваем две формулы для Е и получаем: Р·t = Δm·с².

Выражаем из равенства Δm:

Δm = Р·t/с² = 10⁸·3600·24/(3·10⁸)² = 9,6·10^-5 кг. = 9,6·10^-2 г/час.

3.10. Перечислите волновые свойства света. В чем заключается эффект Доплера для световых волн? Если в опытах на Земле частота излучения водорода составляет 4,6*10¹⁴ Гц, а в спектре далекой галактики она уменьшилась на 1,9*10¹⁴ Гц, определите, с какой скоростью приближается (или удаляется) по отношению к нам эта галактика.

Свет — это электромагнитные волны в интервале частот , воспринимаемых человеческим глазом, т. е. длин волн в интервале 380 - 770 нм.     Свету присущи все свойства электромагнитных волн: отражение, преломление, интерференция, дифракция, поляризация. Свет может оказывать давление на вещество, поглощаться средой, вызывать явление фотоэффекта. Имеет конечную скорость распространения в вакууме 300 000 км/с, а в среде скорость убывает.

Наиболее наглядно  волновые   свойства   света  обнаруживаются в явлениях интерференции и дифракции. Интерференцией света называют пространственное перераспределение светового потока при наложении двух (или нескольких) когерентных световых волн, в результате чего в одних местах возникают максимумы, а в других минимумы интенсивности (интерференционная картина). Интерференцией света объясняется окраска мыльных пузырей и тонких масляных пленок на воде, хотя мыльный раствор и масло бесцветны. Световые волны частично отражаются от поверхности тонкой пленки, частично проходят в нее. На второй границе пленки вновь происходит частичное отражение волны. Световые волны, отраженные двумя поверхностями тонкой пленки, распространяются в одном направлении, но проходят разные пути. При разности хода, кратной целому числу длин волн. При разности хода, кратной нечетному числу полуволн наблюдается интерференционный минимум. Когда выполняется условие максимума для одной длины световой волны, то оно не выполняется для других волн. Поэтому освещенная белым светом тонкая цветная прозрачная пленка кажется окрашенной. Явление интерференции в тонких пленках применяется для контроля качества обработки поверхностей просветления оптики.

При прохождении света через малое круглое отверстие на экране вокруг центрального светлого пятна наблюдаются чередующиеся темные и светлые кольца; если свет проходит через узкую щель, то получается картина из чередующихся светлых и темных полос.

Явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении у края преграды называют дифракцией света. Дифракция объясняется тем, что световые волны, приходящие в результате отклонения из разных точек отверстия в одну точку на экране, интерферируют между собой. Дифракция света используется в спектральных приборах, основным элементом которых является дифракционная решетка. Дифракционная решетка представляет собой прозрачную пластинку с нанесенной на ней системой параллельных непрозрачных полос, расположенных на одинаковых расстояниях друг от друга. Пусть на решетку падает монохроматический (определенной длины волны) свет. В результате дифракции на каждой щели свет распространяется не только в первоначальном направлении, но и по всем другим направлениям. Если за решеткой поставить собирающую линзу, то на экране в   фокальной плоскости все лучи будут собираться в одну полоску.

Опыт показывает, что интенсивность светового пучка, проходящего через некоторые кристаллы, например исландского шпата, зависит от взаимной ориентации двух кристаллов. При одинаковой ориентации кристаллов свет проходит через второй кристалл без ослабления.Если же второй кристалл повернут на 90°, то свет через него не проходит. Происходит явление поляризации, т. е. кристалл пропускает только такие волны, в которых колебания вектора напряженности электрического поля совершаются в одной плоскости — плоскости поляризации. Явление поляризации доказывает  волновую  природу  света  и поперечность световых волн.

Узкий параллельный пучок белого света при прохождении через стеклянную призму разлагается на пучки света разного цвета, при этом наибольшее отклонение к основанию призмы имеют лучи фиолетового цвета. Объясняется разложение белого света тем, что белый свет состоит из электромагнитных волн с разной длиной волны, а показатель преломления света зависит от длины его волны. Показатель преломления связан со скоростью света в среде, следовательно, скорость света в среде зависит от длины волны. Это явление и называют дисперсией света.

На основании совпадения экспериментально измеренного значения скорости электромагнитных волн Максвелл высказал предположение, что свет — это электромагнитная волна. Эта гипотеза подтверждена свойствами, которыми обладает свет.

В случае электромагнитных  волн  формулу для частоты выводят из уравнений специальной теории относительности. Так как для распространения электромагнитных  волн  не требуется материальная среда, можно рассматривать только относительную скорость источника и наблюдателя.

Эффект Доплера имеет место для всех ти­пов волн — звуковых в атмосфере, упругих в твердом теле, волн на воде, световых волн. Измерение доплеровского смещения в спект­рах позволяет с большой точностью, не возму­щая измерением движение и систему, опреде­лить скорости движущихся объектов. Также он сыграл решающую роль в экспериментальном обосновании СТО.

Релятивистский  эффект   Доплера  обусловлен двумя причинами:

• классический аналог изменения частоты при относительном движении источника и приёмника;

• релятивистское замедление времени.

Последний фактор приводит к поперечному  эффекту   Доплера , когда угол между волновым вектором и скоростью источника равен θ = π / 2. В этом случае изменение частоты является релятивистским  эффектом , не имеющим классического аналога.

• По смещению линий спектра определяют скорость движения звёзд

С помощью  эффекта   Доплера  по спектру небесных тел определяется их лучевая скорость. Изменение длин  волн   световых  колебаний приводит к тому, что все спектральные линии в спектре источника смещаются в сторону длинных  волн , если лучевая скорость его направлена от наблюдателя (красное смещение), и в сторону коротких, если направление лучевой скорости — к наблюдателю (фиолетовое смещение). Если скорость источника мала по сравнению со скоростью света (300 000 км/с), то лучевая скорость равна скорости света, умноженной на изменение длины  волны  любой спектральной линии и делённой на длину  волны  этой же линии в неподвижном источнике.

По увеличению ширины линий спектра определяют температуру звезд. [2]

Задача

Т.к. в задаче дано, что частота уменьшилась, то галактика удаляется от нас.

Скорость рассчитаем по такой формуле:

Выразим из нее v:

км\с.

Т.е., галактика удаляется со скоростью 176000 км\с.

4.10. Характеризуйте концепции близкодействия и дальнодействия. Кто и как создавал теорию электромагнитного поля? Почему в народном хозяйстве используют не постоянный, а переменный ток? Сравните гравитационное и электромагнитное поля.

Для обозначения меры взаимодействия тел Ньютон ввел понятие приложенной силы, которая определяет ускорение тела. Причем среди взаимодействий можно выделить два типа:

  близкодействие  - непосредственный контакт или передача взаимодействия с помощью посредника, несущего в себе импульс, например, обмен, когда один человек бросает другому тяжелый предмет, оба ощущают отдачу; скорость изменения импульса  и  будет силой;

 дальнодействие - передача взаимодействия через разделяющее тела пространство без материальных посредников.

Ньютон был противником концепции  дальнодействия , однако наличие в природе таких явлений, как гравитация, электричество  и  магнетизм, не укладывалось в концепцию  близкодействия . Поэтому об их природе Ньютон предпочитал не рассуждать, оставляя эту проблему на долю потомков.

Долгое время считалось, что абсолютное пространство заполнено особого рода средой - эфиром. Именно волны в эфире передают взаимодействие от одних тел к другим, подобно тому, как волны на поверхности воды приводят в движение поплавок. И действительно, например, такое "дальнодействующее" явление, как свет, явно обнаруживает в опытах волновые свойства, аналогичные тем, которые характерны для любых волновых процессов (дифракция и интерференция). Позднее из работ Максвелла стало понятно, что свет является частным случаем проявления электромагнетизма. Он же впервые ввел понятие электромагнитного поля, как особого состояния пространства, которое содержит в себе и окружает тела, находящиеся в электрическом и магнитном состояниях. Впервые прозвучало, что поле - это характеристика самого пространства, которое может оказывать силовое влияние на тела, помещенные в него.

История развития современных представлений об электромагнетизме насчитывает несколько столетий. Cчитается, что существование электричества впервые установил древнегреческий философ Фалес Милетский. Он заметил, что, если кусок янтаря потереть о шелк или мех, янтарь обретает способность притягивать мелкие предметы. Янтарь по-гречески называется электрон.

Как и электричество, магнетизм в природе обнаружили древние греки. Примерно к 600 г. до н. э. им были известны свойства магнитного железняка (оксида железа); как обнаружилось, его куски могут действовать друг на друга на расстоянии. Примерно через 500 лет китайцы открыли поразительную способность магнитного железняка определенным образом ориентироваться в пространстве и создали первый примитивный компас. Правда, вначале его использование ограничивалось мистическими действами, и лишь через несколько столетий компас стал навигационным прибором.

В начале XIX в. выяснилось, что между электричеством и магнетизмом существует глубокая связь. Датский физик Ханс Кристиан Эрстед открыл, что электрический ток создает вокруг себя магнитное поле, тогда как Майкл Фарадей показал, что переменное магнитное поле индуцирует в проводнике электрический ток. Эти открытия легли в основу динамомашияы и электрогенератора, играющих ныне столь важную роль в технике.

Решающий шаг в познании электромагнетизма сделал в 50-х годах XIX в. Джеймс Клерк Максвелл, объединивший электричество и магнетизм в единой системе уравнений теории электромагнетизма - первой единой теории поля - невидимого воздействия, создаваемого материей, простирающегося далеко в пространство и способного влиять на электрически заряженные частицы, электрические токи и магниты.

Исследуя уравнения, описывающие электрические и магнитные силы, Максвелл обнаружил, что эти уравнения "несбалансированны": члены, относящиеся к электрическому и магнитному полям, входят в них не вполне симметрично. Чтобы придать уравнениям более красивый и симметричный вид, он ввел дополнительный член. Его можно было бы интерпретировать как не замеченный ранее эффект - порождение магнетизма переменным электрическим полем, но оказалось, что такой эффект действительно существует.

Введение дополнительного члена в уравнения Максвелла повлекло за собой чрезвычайно глубокие последствия. Во-первых, это позволило соединить электрическое и магнитное поля в единое электромагнитное поле. Уравнения Максвелла можно считать первой единой теорией поля, они показали, что две силы природы, кажущиеся на первый взгляд совершенно различными, в действительности могут оказаться двумя различными проявлениями объединяющей их силы.

Во-вторых, среди решений уравнения Максвелла обнаружились неожиданные, но весьма многообещающие. Выяснилось, что уравнениям Максвелла удовлетворяют различные функции, которые описывают периодические колебания, или волны. Эти электромагнитные волны, заключил Максвелл, самостоятельно распространяются в поле, т. е. в том, что кажется пустым пространством. Из своих уравнений он вывел формулу, выражающую скорость электромагнитных волн через электрические и магнитные величины. Подставляя численные значения, Максвелл получил, что скорость электромагнитных волн составляет около 300 000 км/с, т. е. совпадает со скоростью света. Отсюда последовал неизбежный вывод: свет должен представлять собой электромагнитную волну.

В конце 80-х годов XIX в. Г.Герцем было установлено существование электромагнитных волн экспериментально.

Между гравитационным и электромагнитным полями имеются сходства и различия.

1. Законы взаимодействия тел в этих полях имеют сходную форму – их действия обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними. Но электромагнитное поле действует только на заряженные тела, а гравитационное – на любое материальное тело.