Bài tập ôn tập học kì 1, vật lí 12

bài tập ôn tập kì 1 lớp 12 by nguyễn tất thành on Scribd

Lí thuyết mới về sự hình thành tia sét

Tia vũ trụ tương tác với những giọt nước bên trong những đám mây giông có thể giữ một vai trò quan trọng trong sự kích hoạt tia sét. Đó là khẳng định của các nhà nghiên cứu ở Nga, họ đã nghiên cứu những tín hiệu vô tuyến phát ra trong hàng nghìn cú sét đánh. Nghiên cứu trên có thể mang đến những hiểu biết sâu sắc mới về nguyên nhân và diễn biến của sự hình thành tia sét lúc ban đầu.

Mặc dù đa số mọi người đều đã từng chứng kiến tia sét vào lúc nào đó trong đời mình, nhưng các nhà khoa học vẫn chưa hiểu hết nguyên nhân gây ra sự phóng điện lúc ban đầu. Sét đã được nghiên cứu trong hàng trăm năm qua, nhưng trong khi nhiều khả năng quan sát luôn có sẵn – có khoảng 40 đến 50 tia sét mỗi giây trên toàn cầu – việc dự báo sự xuất hiện của một tia sét là chuyện không đơn giản.

Có ba loại sét cơ bản: sét xảy ra bên trong một đám mây; sét xảy ra giữa hai đám mây; và sét xảy ra giữa một đám mây và mặt đất. Trong một cú sét từ-mây-xuống-đất tiêu biểu, các nhà khoa học biết rằng một kênh plasma dẫn điện hình thành giữa đám mây và mặt đất, cho phép sự phóng điện xảy ra. Tuy nhiên, những yếu tố gây ra sự tích điện ban đầu của đám mây và sự phóng điện sau đó của nó thì chưa được hiểu rõ lắm.

Cú hích tia vũ trụ

Aleksandr Gurevich thuộc Viện Vật lí Lebedev ở Moscow và Anatoly Karashtin thuộc Viện Nghiên cứu Vật lí Vô tuyến ở Nizhny Novgorod vừa đề xuất một mô hình mới bao gộp hai yếu tố thiết yếu có thể giúp giải thích quá trình trên: hành trạng của những hạt nước hoặc băng bên trong các đám mây, được đặt tên là “sao băng nước” (hydrometeor); và những cơn mưa electron gây ion hóa có thể do tia vũ trụ gây ra.

Lí thuyết cho rằng tia vũ trụ có thể gây ra những cơn mưa hạt ion hóa làm kích hoạt tia sét đã được nêu ra lần đầu tiên bởi Gurevich hồi hơn 20 năm về trước. Gọi là “sự đánh thủng phi mã”, Gurevich cho rằng các hạt gây ion hóa có thể tạo ra các electron tự do bên trong những đám mây giông sau đó chúng được gia tốc lên những năng lượng cực cao bởi điện trường bên trong những đám mây. Những electron này va chạm với những nguyên tử khác trong không khí gây ra một “đợt thác” những hạt năng lượng cao bên trong đám mây – và đợt thác này gieo mầm cho sự xuất hiện của sét. Trong khi lí thuyết trên đã được bàn luận rộng rãi, thì Gurevich đã không thể tìm thấy bằng chứng rằng tia vũ trụ thật sự kích hoạt sự tuôn thác như thế.

Nhằm thu thập thêm bằng chứng, Gurevich và Karashtin vừa thực hiện một phân tích mới sử dụng một giao thoa kế vô tuyến của những xung vô tuyến phát ra lúc xuất hiện 3800 tia sét trên khắp nước Nga và Kazakhstan. Một chuỗi dài những xung ngắn nhưng mạnh này được phát ra ngay trước khi tia sét xuất hiện và, theo các nhà nghiên cứu, dữ liệu xung đó khớp với mô hình đánh thủng điện của Gurevich.

Những xung thông tin

Các nhà nghiên cứu còn trình bày rằng biên độ của một xung tỉ lệ với số lượng electron thứ cấp, và vì thế tỉ lê với năng lượng của tia vũ trụ ban đầu gây ra cơn mưa hạt. Nhưng khi họ tính năng lượng tia vũ trụ, Gurevich và Karashtin tìm được nó vào khoảng 10¹⁷ eV – một con số bất ngờ vì tia vũ trụ thuộc năng lượng này quá hiếm để giải thích cái đã đo được.

Để giải thích tại sao quan sát thấy năng lượng cao như thế, các nhà nghiên cứu cho rằng các sao băng nước mà họ sử dụng đã trở nên phân cực điện khi điện trường mạnh bên trong đám mây hình thành và một sự “phóng điện micro” nữa xảy ra tại sao băng nước khi điện trường đạt tới ngưỡng của nó, từ đó làm khuếch đại sự đánh thủng do tia vũ trụ kích hoạt. Khi xét đến yếu tố này, thì chỉ cần những hạt tia vũ trụ với năng lượng khoảng 10¹²–10¹³ eV dễ gặp hơn nhiều là đủ để kích thích sự phóng điện.

Nhà vật lí và chuyên gia nghiên cứu tia sét Joseph Dwyer thuộc trường Đại học Công nghệ Florida, người không có liên quan gì với nghiên cứu trên, phát biểu rằng mô hình mới trên là “một ý tưởng hay, nhưng vẫn cần có thêm nhiều việc để làm nữa, ví dụ như các thí nghiệm đo đồng thời các xung vô tuyến và các cơn mưa không khí,” đó là cái mà Dwyer và các đồng nghiệp của ông hiện đang nghiên cứu.

Gurevich và Karashtin phát biểu rằng các quan sát của họ cho thấy sự phát xạ vô tuyến gây ra bởi những sự phóng điện nhất định trong các đám mây giông, chúng khác với sự phóng điện thông thường mà người ta trông đợi và “sự đánh thủng phi mã” cũng giữ một vai trò quan trọng. Sẽ cần có thêm những quan sát khác nữa mới giải mã được bí ẩn tối hậu của tia sét.

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Physical Review Letters.

Nguồn: physicsworld.com

http://360.thuvienvatly.com

Bài tập ôn thi TN

   bai tap thu gon by nguyễn tất thành

Mẫu nguyên tử Bohr: Vì sao lại bắt đầu với K, L, M...?

Tại sao các quỹ đạo electron trong mẫu nguyên tử Bohr lại được đặt tên với những chữ cái K, L, M... mà không phải là A, B, C? Thật ra, các kí hiệu K, L, M... không phải do Niels Bohr đề xuất khi ông nêu ra mẫu nguyên tử mới của mình vào năm 1913.

Tên gọi K, L,... được nêu ra lần đầu tiên bởi Charles Barkla, một nhà nghiên cứu quang phổ tia X lúc ngành này mới ra đời. Barkla đã tiến hành các nghiên cứu thực nghiệm với tia X phát ra bởi các nguyên tử khi bị bắn phá bởi những electron năng lượng cao. Ông để ý thấy các nguyên tử phát ra hai loại tia X. Hai loại tia X đó khác nhau về năng lượng và Barkla gọi loại có năng lượng cao hơn là tia X Loại A, còn loại có năng lượng thấp hơn là tia X Loại B. Sau đó ông đã đặt lại tên cho hai loại này là K và L vì ông nhận ra rằng tia X có năng lượng cao nhất được tạo ra trong các thí nghiệm của ông chưa chắc đã là tia X có năng lượng cao nhất có thể có. Ông muốn chừa nhiều chữ cái để đặt cho những tia X có năng lượng cao hơn nữa nên đã chọn bắt đầu với chữ cái K.

Nhưng hóa ra tia X loại K là tia X có năng lượng cao nhất mà một nguyên tử có thể phát ra. Nó được tạo ra khi một electron ở quỹ đạo trong cùng được phóng thích tự do rồi bị bắt trở lại. Quỹ đạo trong cùng này được gọi là quỹ đạo K, đặt theo tên đã dùng cho tia X. Barkla được trao giải Nobel Vật lí năm 1917 cho công trình nghiên cứu này (nhận giải vào năm 1918).

Như vậy, Niels Bohr không phải là người tùy tiện nghĩ ra các tên gọi K, L, M... cho các quỹ đạo electron trong mô hình nguyên tử mang tên ông.

http://360.thuvienvatly.com

Lý thuyết và Phương pháp giải bài tập sóng cơ

Lý thuyết và Phương pháp giải bài tập sóng cơ

Nhấn vào đây để xem và dowload

 Những bất ngờ từ biên giới của hệ mặt trời

Ảnh minh họa hai phi thuyền Voyager của NASA đang khám phá một vùng không gian hỗn loạn gọi là nhật nang, lớp vỏ ngoài của cái bọt hạt tích điện bao xung quanh Mặt trời của chúng ta. (Ảnh: NASA/JPL-Caltech)

Những quan sát bất ngờ của phi thuyền Voyager 1 của NASA một lần nữa làm hồi sinh lí thuyết của các nhà thiên văn về phạm vi bán kính của nhật nang – lớp vỏ nóng bên ngoài của hệ mặt trời. Dữ liệu mới đây từ phi thuyền trên gửi về cho thấy một sự giảm nhẹ vận tốc của gió mặt trời tại điểm nhật dừng – ranh giới phía ngoài của nhật nang – chứ không giảm đột ngột như những lí thuyết hiện nay tiên đoán. Đồng thời, các nhà khoa học khảo sát dữ liệu từ phi thuyền Voyager 1 lẫn Voyager 2 đã tìm thấy rằng từ trường trong nhật nang là một cái bọt sôi sục những bong bóng từ, so với những cung sức từ duyên dáng mà chúng tiên đoán.

Tại ranh giới hệ mặt trời

Các hạt ion hóa từ Mặt trời phát ra ở tốc độ cao – gió mặt trời – tạo ra một cái bọt bóng bao xung quanh hệ mặt trời của chúng ta. Lớp vỏ của cái bọt đó, gọi là nhật quyển, chứa điểm nhật dừng, nhật nang, và cực xung kích. Gió mặt trời truyền đi ở tốc độ siêu thanh cho đến khi nó đi qua một sóng xung kích – cực xung kích, tại đó nó chậm dần và làm nóng nhật nang. Nhật dừng là rìa bên ngoài của nhật nang, nơi gió mặt trời chậm xuống mức zero.

Được phóng lên hồi gần 34 năm về trước, và hiện đang lao đi trong không gian ở cách Mặt trời chừng 14,4 tỉ km, cả Voyager 1 lẫn Voyager 2 hiện đang ở trong nhật nang. Một đội khoa học đứng đầu là Stamatios Krimigis thuộc Phòng thí nghiệm Vật lí Ứng dụng Đại học Johns Hopkins ở Maryland, Hoa Kì, đã sử dụng thiết bị Hạt Tích điện Năng lượng Thấp của Voyager 1 để xác định vận tốc của gió mặt trời. Voyager 1 đã đi vào một khu vực trong đó vận tốc của gió mặt trời chậm dần đến zero kể từ năm 2007. Khi Voyager 1 di chuyển ra bên ngoài trong hơn ba năm qua, vận tốc xuyên tâm của gió mặt trời đã và đang giảm đi gần như tuyến tính từ 208.000 km/h xuống zero; còn thành phần thổi ngang tương đối so với Mặt trời cũng có xu hướng tiến đến zero.

“Điều này cho chúng ta biết rằng Voyager 1 có lẽ đã ở gần điểm nhật dừng, hay ranh giới tại đó môi trường giữa các sao về cơ bản làm dừng dòng chảy của gió mặt trời”, Krimigis nói. “Lớp chuyển tiếp mở rộng của dòng chảy gần bằng zero mâu thuẫn với các lí thuyết tiên đoán một sự chuyển tiếp đột ngột sang dòng chảy giữa các sao tại điểm nhật dừng – và một lần nữa, điều đó có nghĩa là chúng ta sẽ phải xem xét lại các mô hình của mình”.

Khi các vận tốc có thể thăng giáng, nên đội nghiên cứu đã khảo sát số ghi nhiều tháng trước khi xác nhận rằng vận tốc thật sự bằng không. Tuy nhiên, các nhà khoa học tin rằng Voyager 1 vẫn chưa đi qua điểm nhật dừng tiến vào không gian giữa các sao. Băng vào không gian giữa các sao sẽ nghĩa là một sự giảm đột ngột mật độ của những hạt nóng thuộc nhật nang và một sự tăng mật độ của những hạt lạnh thuộc plasma giữa các sao. Các nhà nghiên cứu, viết trên tạp chí Nature, đã ước tính vị trí điểm nhật dừng bằng cách kết hợp các quan sát Voyager 1 với những ảnh chụp nguyên tử trung hòa năng lượng cao của nhật nang thu từ sứ mệnh Cassini. Họ tin rằng điểm nhật dừng có thể đâu đó gần 18 tỉ km, nghĩa là Voyager 1 có thể đi ra khỏi lớp chuyển tiếp và đi vào môi trường liên thiên hà vào cuối năm 2012. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Letters.

Vấn đề bọt bóng

Cùng lúc, một đội khoa họa khác ở NASA đã tìm thấy những cái bọt từ riêng biệt, mỗi bọt rộng chừng 160 triệu km, trong nhật nang. Theo các nhà nghiên cứu, Voyager 1 đã đi vào “vùng bọt” đó vào khoảng năm 2007 và Voyager 2 đi vào một năm sau đó, và một trong hai phi thuyền sẽ mất hàng tuần để băng qua chỉ một cái bọt như thế.

 

Ảnh cũ và mới của nhật nang. Những xoắn ốc màu đỏ và màu xanh là những đường sức từ uốn cong nhẹ nhàng của những mô hình chính thống. Dữ liệu mới từ Voyager bổ sung thêm một bọt từ (khung hình nhỏ) vào mớ hỗn tạp trên. (Ảnh: NASA)

“Từ trường của Mặt trời trải rộng ra mọi phía cho đến rìa của hệ mặt trời”, Merav Opher thuộc trường Đại học Boston, Mĩ, giải thích. “Vì Mặt trời quay tròn, nên từ trường của nó trở nên bị xoắn và gấp nếp, có phần tựa như chiếc váy của vũ công ballet. Ở cách Mặt trời xa xa, chỗ hai phi thuyền Voyager hiện nay, nếp gấp của chiếc váy đó bó chùm lại”.

Khi từ trường bị gấp nếp mạnh, các đường sức từ đan chéo nhau và tự tổ chức lại thành những cái bọt từ. Sự tái kết nối từ như thế này giống như quá trình năng lượng cao diễn ra bên dưới các tai lửa mặt trời. Những cái bọt thật sự đó là độc lập và tách rời với từ trường mặt trời rộng lớn”.

Số ghi cảm biến từ phi thuyền cho thấy cặp đôi Voyager thỉnh thoảng đi vào và đi ra khỏi những cái bọt trong vùng bọt đó, còn đôi khi chúng dường như đi qua những vùng không có bọt. Điều này làm phức tạp thêm bức tranh của chúng ta về nhật quyển.

Các nhà nghiên cứu đề xuất rằng vùng bọt có thể bảo vệ hệ mặt trời khỏi những tia vũ trụ, chúng sẽ bị bẫy bên trong các bọt bóng và phải chuyển động qua từng cái bọt trước khi đi tới những đường sức từ tương đối trơn hơn để truyền về phía bản thân Mặt trời. “Những cái bọt từ đó có vẻ là lá chắn phòng thủ đầu tiên của chúng ta trước các tia vũ trụ”, Opher nói. “Chúng tôi chưa rõ liệu lá chắn này là tốt hay không”.

Cho đến nay, đa số bằng chứng cho các bọt bóng đến từ các phép đo hạt và dòng hạt năng lượng cao và các quan sát từ trường; nhưng vì từ trường đó quá yếu, nên dữ liệu mất thời gian dài để phân tích chính xác. “Có lẽ chúng ta sẽ khám phá [nếu mô hình của chúng ta] là đúng khi hai phi thuyền Voyager tiếp tục tiến sâu về phía trước và tìm hiểu thêm về sự tổ chức của nó”, Opher nói. “Đây chỉ mới là bắt đầu, và tôi dự đoán sẽ còn nhiều bất ngờ ở phía trước”.

Nguồn: physicsworld.com

Kỉ lục từ trường mạnh nhất thế giới

Ngày 22 tháng 6 năm 2011, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf đã lập một kỉ lục thế giới mới với từ trường mạnh 91,4 Tesla. Để đạt tới kỉ lục này, Sergei Zherlitsyn cùng các đồng nghiệp của ông tại Phòng thí nghiệm Từ trường Cao Dresden (HLD) đã chế tạo một cuộn dây nặng chừng 200 kg trong đó mang dòng điện tạo ra từ trường khổng lồ - trong khoảng thời gian vài mili giây. Cuộn dây trải qua thí nghiệm một cách bình an vô sự.

“Với kỉ lục này, thật ra chúng tôi không quan tâm việc đạt tới những giá trị trường cao, mà thay vào đó là việc sử dụng nó trong nghiên cứu khoa học vật liệu”, Joachim Wosnitza, giám đốc HLD giải thích. Các nhà khoa học trên thật sự tự hào là những người đầu tiên trên thế giới tạo ra được một từ trường cao như vậy dành cho nghiên cứu. Từ trường càng mạnh thì các nhà khoa học càng có thể khảo sát chính xác những chất liệu dùng cho những linh kiện điện tử tiên tiến hoặc cái gọi là các chất siêu dẫn – chất dẫn điện mà không có điện trở. Những từ trường cao như vậy được tạo ra bằng cách cho một dòng điện đi qua một cuộn dây đồng.

Từ trường sinh ra trong cuộn dây (Ảnh minh họa)

Nhưng từ trường cũng ảnh hưởng đến dòng điện vì nó cố gắng đẩy dòng điện ra khỏi cuộn dây. Dòng điện càng mạnh thì lực đẩy từ càng mạnh. “Ở 25 tesla, dây dồng sẽ bị xé toạc ra”, Joachim Wosnitza mô tả một kịch bản có khả năng xảy ra của sự mâu thuẫn này giữa từ trường và kim loại. Để so sánh: Một nam châm dùng trong tủ lạnh thương mại tiêu biểu có từ trường chỉ 0,05 tesla.

Để khảo sát càng cặn kẽ càng tốt sự tích điện ở những chất liệu thuộc về tương lai, các nhà nghiên cứu cần những từ trường cao hơn nữa, thí dụ 90 hoặc 100 tesla. “Tuy nhiên, ở 100 tesla, lực Lorentz bên trong dây đồng sẽ tạo ra một áp lực bằng 40.000 lần áp suất không khí ở ngang mực nước biển”, Joachim Wosnitza cho biết. Những lực này sẽ xé toạc sợi dây đồng ra giống như một vụ nổ vậy. Đây là nguyên do các nhà nghiên cứu sử dụng những hợp kim đồng đặc biệt có thể chịu nổi hàng chục nghìn áp suất khí quyển. Sau đó, họ thêm vào một lớp bọc làm từ sợi đặc biệt thường dùng cho áo chống đạn và giữ chặt hợp kim lại. Các kĩ thuật viên HZDR quấn sáu sợi dây đặc biệt này với lớp bọc thành một cuộn dây có một không gian rỗng 16 mm tại tâm của nó. Điều này cho phép tạo ra 50 tesla bên trong cuộn dây đặc biệt này khi có một xung điện ngắn nhưng mạnh đi qua dây đồng – một quá trình tắt ngay sau chỉ 0,02 giây.

Tuy nhiên, từ trường như thế vẫn còn thua xa kỉ lục thế giới 89 tesla mà người Mĩ đã tạo ra ở Los Alamos hồi vài năm trước. Và đây là nguyên do các kĩ thuật viên quấn thêm một cuộn dây thứ hai gồm mười hai lớp dây đồng xung quanh cuộn dây thứ nhất. Tuy nhiên, sợi dây này chỉ có thể chống chọi với 2.500 lần áp suất khí quyển. Nhưng được bảo vệ bởi một lớp bọc plastic, một xung điện kéo dài chỉ một phần năm của một giây là đủ để tạo ra một từ trường 40 tesla bên trong cuộn dây. Cùng với 50 tesla của cuộn dây bên trong, từ trường này cộng gộp lại thành kỉ lục thế giới mới với hơn 90 tesla. Được bọc trong một bao thép, cuộn dây kép này có chiều cao 55 cm và đường kính 32 cm; như vậy nó tương đương với một thùng nước kha khá. Trong vòng vài tuần lễ, các kĩ thuật HZDR làm việc với cuộn dây không chỉ lập kỉ lục thế giới, mà còn sẽ cho phép tiến hành nhiều nghiên cứu chất liệu mới trong tương lai trong từ trường kỉ lục trên.

Vì những thí nghiệm như thế, các nhà nghiên cứu đang đổ xô đến Dresden không chỉ từ Regensburg, Garching, và Karlsruhe, mà còn từ khắp châu Âu. Ngay cả các nhà khoa học Mĩ và Nhật Bản cũng đang đặt vấn đề họ có thể phân tử chất liệu của họ tại HZDR. Và kể từ hôm nay, năm căn phòng hiện có được trang bị những cuộn dây tương tự có thể không còn đủ đáp ứng nhu cầu của đám đông nhà nghiên cứu, và một bộ sáu “tế bào xung” nữa sẽ được xây dựng vào năm 2015. Nghiên cứu từ trường tại HZDR thật ra còn tiếp tục đẩy mạnh hơn nữa sau kỉ lục thế giới trên.

Nguồn: PhysOrg.com

http://360.thuvienvatly.com

Động lực học vật rắn

       Bài tập

       Để quật ngã một đối thủ 80kg bằng động tác Judo cơ bản quăng qua hông, bạn dự định kéo áo anh ta bằng một lực và một cánh tay đòn d1 = 0,30m, từ một điểm tựa (trục quay) trên hông phải của bạn, và bạn mong quay anh tròn anh ta quanh trục đó với gia tốc góc bằng – 12rad/s2 nghĩa là theo chiều kim đồng hồ (ngược chiều dương lượng giác). Giả sử rằng quán tính quay I của của anh ta đối với điểm tựa là 15kg.m2.

       a. Cường độ của lực phải bao nhiêu, nếu đầu tiên, bạn kéo gập anh ta về trước để đặt khối tâm của anh ta trên hông bạn?

       b. Cường độ lực phải bao nhiêu nếu anh ta vẫn đứng thẳng và véctơ trọng lực của anh ta có cánh tay đòn d2 = 0,12m, tính từ điểm tựa?