ZÁKLADNÍ POJMYVĚTY, POUČKY, ZAJÍMAVOSTIÚLOHYPŘIJÍMACÍ ZKOUŠKY NA VŠMATURITNÍ ZKOUŠKAPŘIJÍMACÍ ZKOUŠKY NA SŠNÁSTROJEZÁKLADNÍ ŠKOLADOUČOVÁNÍPřidat úlohuPřidat řešení úlohyPřidat komentář
Elektrické náboje kvarků
Ladislav Veiner, 25.08.2018 13:36
Model fyziky elementárních částic předpokládá, že částice v jádrech atomů - tedy proton a neutron, jsou tvořeny elementárnějšími částicemi, které se nazývají kvarky. Neutron je nositelem elektrického náboje o velikosti 0, zatímco proton má náboj o velikosti +1 (v násobcích elementárního náboje elektronu). Kvarky, které se objevují v protonech a neutronech jsou dvojího typu a nazývají se kvark Up a kvark Down. V protonu jsou 2 Up a 1 Down kvark. Neutron je tvořen 1 Up a 2 Down kvarky. Určete, jaký náboj musí mít Up kvark a jaký náboj Down kvark tak, aby souhlasily součty nábojů v protonu i neutronu.
Přidat řešení úlohy Přidat komentář
Řešení číslo 1, Ladislav Veiner, 03.09.2018 17:49
Neznámou velikost náboje Up kvarku označím prostě $U$ a velikost náboje Down kvarku podobně $D$. Potom dle uvedených informací musí platit, že součet dvou Up a jednoho Down kvarku (jejich nábojů) v protonu musí dát jedničku. A v neutronu součet jednoho Up a dvou Down kvarků zase musí být nula. Máme tedy soustavu dvou lineárních rovnic se dvěma neznámými $U$ a $D$:
$$2U+D=1$$
$$U+2D=0$$
Řešíme soustavu, z první rovnice vezmeme $D$ a dosadíme do druhé:
$$U+2(1-2U)=0$$
$$U=2/3$$
Dosadíme do první rovnice:
$$2{2/3}+D=1$$
$$D=-1/3$$
Spočítali jsme, že Up kvark má náboj velikosti $2/3$ a Down kvark $-1/3$.
Komentář číslo 1, Ladislav Veiner, 04.11.2018 11:29
Úloha i řešení mlčky předpokládá, že čtenář zná základní pojmy z fyziky ze základní školy. Ale nebude na škodu si je připomenout.
Každá částice hmoty má vlastnost zvanou elektrický náboj, jehož jednotkou je Coulomb značený $C$. Náboje jsou dvou druhů - tzv. kladný a záporný náboj.
Elektron, což je elementární částice nacházející se v atomovém obalu, je nositelem záporného náboje o velikosti přibližně $-1.6*10^{-19}$ $C$. Absolutní hodnota velikosti náboje elektronu se nazývá elementární náboj - označme ho $e$. Velikosti elektrických nábojů ostatních částic se potom můžou uvádět jako násobek elementárního náboje.
Například proton je nositelem kladného náboje (označme $p$) o stejné velikosti jako elementární náboj a tedy poměr jejich nábojů:
$${p/e}=1$$
Takový poměr je samozřejmě bezrozměrné číslo - nemá fyzikální jednotku.
Obrázek dole přehledně ukazuje částice tzv. standardního modelu.
Zdroj obrázku: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Standard_Model_of_Elementary_Particles.svg.
Licence: Creative Commons.
