問題の解決と目的
空間の重量をどのように測定しますか?重力がないので、確かにスケールではありません。振動を介して間接的に推定するには、特別な装置を使用する必要があります。
同様に、猫の値を測定しようとしているため、静電容量を直接測定することはできません。幸いなことに、コンデンサーで発生する物理学から、ネコのFaradicityを推測するために使用できることがわかっています。
Geomeowtry
この問題の形状を調べることから始めましょう。猫が伝統的な意味でコンデンサーであると正確に述べることはできませんが、猫は確かに電荷を蓄えることができます。実際には、猫の足が床と床(またはベッド、シーツなど)との間に誘電体を形成する、床と足と猫の組み合わせシステムについて説明しました。猫はセットアップの半分に過ぎませんが、私は逃げます。
したがって、猫を頭から尻まで10,000 Vで揚げるような抜本的な対策を講じることは避けます(猫を抵抗器としてモデル化できることはすでにわかっています)。その代わりに、私たちはかなり無害なことをします:猫を絶縁マットの上に置き(安全のためだけに)、10,000 Vを地面から引っ張ります。
体に電荷が蓄積されるとどうなりますか?
- より多くの充電=より多くのエネルギー。より多くのエネルギー=より多くの質量。
- より多くの電荷=より多くのイオン。より多くのイオン=より多くの力がどこかに。
単純な測定を行うには、2つの異なる方法があるように見えます。
Meowthed 1:より多くの電荷、より多くの質量
アインシュタインからのこの素晴らしい啓示からナプキンを導きましょう。
Em∂m=mc2=Ec2a little rearrangement=∂Ec2convert into differential form
さて、何でも、これでどこに行くの?あなた見えますか?質量の変化とエネルギーの変化を関連付けることができます!その邪悪なE項はそれほど怖くはありません。これは、キャプキャパシターに蓄積されたエネルギー量に相当します。
Ejoules=C⋅V(coloumb volts)1C=1F⋅1V∴Ejoules=F⋅V2
今私たちはそこに着いています。組み合わせましょう!
∂m∂mF=∂[E]c2,E=F⋅V2=∂[F⋅V2]c2=Fc2∂[V2]=∂m⋅c2∂[V2]
そこに、私の友人-あなたは家庭用体重計と電圧源で測定できる猫の静電容量の公式-多分約1000個の9Vバッテリーを直列に持っています。やるだけやってみよう。猫が人間に似ていると仮定すると、約100 pFの静電容量を推定できます。期待するものを見てみましょう10,000 V 1メガボルト。
100pF=∂m⋅c2[106V]2,∂m⇒1.11fg
何かについて不満を言わなければならない場合、猫の呼吸または毛皮/皮膚の通常の脱落による質量の変化を見逃す可能性があるのは事実です。また、100万ボルトで絶縁マットを横切って弧を描くかもしれませんが、ちょっと-測定しやすいものを望んでいました。
Meowthed 2:より多くの充電、より多くの力
力は小さいときに測定するのが難しいため、この1つには2レベルの間接参照が必要です(上記を参照)。猫に別の体重計を使用することもできますが、単純なものに頼りましょう-猫がalways.land.on.their.feetであるという事実です。
これには、いくつかの機器、つまり大きな磁石が必要です。鳴らされたもの(猫、マット、および地面)からテストプラットフォームを取り出し、磁石を通して一緒に落とします。
F⃗ =q(E⃗ +v⃗ ×B⃗ )
特に電界を作成していないため、電界を除去することから始めます。そして、私たちが扱っている電荷は猫の静電容量から来ることに注意してください。
CF⃗ C=qVq=CV=CV(v⃗ ×B⃗ )=(1V)(F⃗ v⃗ ×B⃗ )
導出するのは簡単であり、基本的にはすべての問題をあなたのためにすでにレイアウトしているので、この導出の満足を得るために読者に任せるつもりです。
猫を垂直方向に起動すると、落下時に自然に回転し、足に着地するように向きを修正します。猫の身長と長さを測定し、猫が地面に当たったときに正確に90度回転するように、充電していないときに猫を落とす必要がある高さを決定します。猫が追いつかなくなるまで繰り返して改良します-猫は十分に速く回転できません。この制限に猫を連れてくると奇妙な効果が出てくるので、ここでは非常に注意してください。
猫が向きを正すために一生懸命努力していることを知っているので、今度は猫を充電して捨てることができます-爆弾ベイが開いています。さて、猫にエネルギーが与えられ、接地面とコンデンサを形成していると仮定すると、体の電荷は分離しているはずです:いくつかはその足に、他はその毛皮で覆われた背中の上部にあります。下降すると、これらの電荷はそれぞれ、上記のローレンツの導出に従って磁場を介して力を経験し、猫の体にトルクを発生させて、猫が乗っているマットに対して猫を回転させます。
猫の両端の電圧を、加えられたトルクがあなたの毛皮のような友人の努力と一致するまで上げ続けます。猫がまったく回転できなくなると、必要な変数がすべて揃います。
→ F → v → BVは最終降下時の電圧です。は、電圧を印加する前に猫がどれだけ速く回転できるかに基づいて、猫のトルクに由来します。高校レベルの物理学と特定の猫のジオメトリに頼ってこの値を導き出します(NB、これは一度だけ行う必要があり、将来の集計のために保存できます)。は、重力と、測定が行われた落下中の時点に完全に依存しています。は、使用する磁石に基づく既知の磁場強度です。F⃗ v⃗ B⃗
これがあなたにとって複雑すぎると思われる場合は、観察を開始する前に猫を十分な高さの地点から落として、終末速度に到達するようにします。
最後に、いくつかのそわそわ、電圧源、鋭い目だけでの値を取得します。C
結論
明らかにこれは確かに彼らがこれまで行っている場合は、ほとんどの物理学の学生が、行っている簡単な問題であり、実際の物理学を。写真はありませんが、遅いので、このような基本的な雑学を手伝うのに時間をかけることはできません。この測定を行う方法は他にもたくさんありますので、あなたの思考のキャップをつけて、それがどうなるか教えてください!