المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الفيزياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11605 موضوعاً
الفيزياء الكلاسيكية
الفيزياء الحديثة
الفيزياء والعلوم الأخرى
مواضيع عامة في الفيزياء

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية
الاسطرلاب
2025-01-12
ظهور التلسكوبات
2025-01-12
آثار فسخ عقد الزواج بعد الدخول بالنسبة للنفقة في قانون الاحوال الشخصية الكويتي
2025-01-12
نضج وحصاد وتخزين البسلة
2025-01-12
مقبرة (شيشنق الثالث)
2025-01-12
الفرعون شيشنق الرابع وآثاره
2025-01-12


Charge in Electric Field and Flashing Satellites  
  
1131   05:09 مساءاً   date: 13-7-2016
Author : Sidney B. Cahn And Boris E. Nadgorny
Book or Source : A GUIDE TO PHYSICS PROBLEMS
Page and Part : part 1 , p 37


Read More
Date: 7-8-2016 1266
Date: 26-8-2016 1213
Date: 25-8-2016 1352

Charge in Electric Field and Flashing Satellites

a) Write the relativistic equations of motion for a particle of charge and mass m in an electromagnetic field. Consider these equations for the special case of motion in the x direction only, in a Lorentz frame that has a constant electric field E pointing in the positive x direction.

 (i)

b) Show that a particular solution of the equations of motion is given by and show explicitly that the parameter τ used to describe the worldline of the charge q in equation (1) is the proper time along this worldline.

c) Define the acceleration 4-vector for this motion and show that it has constant magnitude. Draw a space-time (x, ct) diagram showing the worldline (1) and the direction of the acceleration vector at three typical points on the worldline (with τ < 0, τ = 0, τ > 0)

d) Suppose an observer moves along the worldline (1), starting at t = 0 and x = mc2/qE. Also, at τ = 0 she leaves behind a satellite that remains at rest at x = mc2/qE. The satellite emits flashes of light at a rate f that is constant in the satellite’s rest frame. Show that only a finite number mfc/qE of flashes ever reach the observer.

e) Some-time after τ = 0 the observer, always moving along the worldline (1), decides to retrieve the satellite. Show that she cannot wait longer than t = 3mc/4qE or τ = (mc/qE) sinh-1(3/4) to decide to do so.

Hint: To retrieve it at this limiting time, she must “reach down” to the satellite with the speed of light, bring it back at the speed of light, and wait indefinitely long for its return.

SOLUTION

Starting from a 4-vector potential(ϕ, A), we can obtain equations of motion for a charged particle in the electromagnetic field

(1)

By definition

Therefore (1) becomes

(2)

In this case of one-dimensional motion, where there is only an electric field E and momentum p in the x direction, we obtain

(3)

where

(4)

b) To show that (i) is a solution to (3), we write

Now

so

Since 1- tanh2 = 1/cosh2, we may rewrite (4)

Differentiating,

verifying (3). To show that τ is the proper time for the particle, we must demonstrate that

From (i)

So

as required.

c) Define the 4-momentum as (ε/c, p, 0, 0), where ε is the energy ε = mc2γ and p is the momentum p = mc βγ. The 4-acceleration is given by (1/m)(dpμ /dτ)

From (i), x2 c2t2 = (mc2/qE)2, which defines a hyperbola (see Figure 1.1a).

Figure 1.1a

Figure 1.1b

d) From Figure 1.1b, we see that flashes emitted at a constant frequency f will cross the worldline of the particle until point A, where the trajectory of the satellite is above ct = x. To find the number of flashes, we find the time of intersection of x = mc2/qE and x = ct, i.e., t = mc/qE. The number of flashes is therefore ft = mcf/qE.

e) As shown in Figure 1.1c, we need the intersection of

and

Figure 1.1c

where is found from

Thus,

Therefore,

and

.




هو مجموعة نظريات فيزيائية ظهرت في القرن العشرين، الهدف منها تفسير عدة ظواهر تختص بالجسيمات والذرة ، وقد قامت هذه النظريات بدمج الخاصية الموجية بالخاصية الجسيمية، مكونة ما يعرف بازدواجية الموجة والجسيم. ونظرا لأهميّة الكم في بناء ميكانيكا الكم ، يعود سبب تسميتها ، وهو ما يعرف بأنه مصطلح فيزيائي ، استخدم لوصف الكمية الأصغر من الطاقة التي يمكن أن يتم تبادلها فيما بين الجسيمات.



جاءت تسمية كلمة ليزر LASER من الأحرف الأولى لفكرة عمل الليزر والمتمثلة في الجملة التالية: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation وتعني تضخيم الضوء Light Amplification بواسطة الانبعاث المحفز Stimulated Emission للإشعاع الكهرومغناطيسي.Radiation وقد تنبأ بوجود الليزر العالم البرت انشتاين في 1917 حيث وضع الأساس النظري لعملية الانبعاث المحفز .stimulated emission



الفيزياء النووية هي أحد أقسام علم الفيزياء الذي يهتم بدراسة نواة الذرة التي تحوي البروتونات والنيوترونات والترابط فيما بينهما, بالإضافة إلى تفسير وتصنيف خصائص النواة.يظن الكثير أن الفيزياء النووية ظهرت مع بداية الفيزياء الحديثة ولكن في الحقيقة أنها ظهرت منذ اكتشاف الذرة و لكنها بدأت تتضح أكثر مع بداية ظهور عصر الفيزياء الحديثة. أصبحت الفيزياء النووية في هذه الأيام ضرورة من ضروريات العالم المتطور.