6. Základní fyzikální konstanty


Materiálové „konstanty“

    - „konstanty“ určující některé fyzikální vlastnosti látek ( hustota, index lomu, pružnost…

    - závisí na vnějších podmínkách (teplota, tlak, el. pole…….

    - závislost na dostupnosti „čisté látky“…..


Matematické konstanty

   -    π=3.14159…. (kružnice…

   -   e=2.71828…..základ přirozených logaritmů


Základní fyzikální konstanty

    - vystupují v základních fyzikálních zákonech, velmi stabilní, bez vazby na látku….

    - asi ty nejdůležitější :

c – rychlost světla ve vakuu

h – Planckova konstanta

e – elementární náboj

m[e] – klidová hmotnost elektronu

m[p] – klidová hmostnost protonu

N[A] – Avogadrovo číslo

k – Boltzmannova konstanta

G – gravitační konstanta

……..celkem asi 40 konstant, závisí na oboru a volbě, na stupni poznání…..

Pozn. např.: existují námitky proti m[p], protože proton  je nestabilní s poločasem rozpadu asi
10^31 roků (trvání vesmíru asi 10^10 roků….)

Metrologie – určování velikosti z.f.k. s vysokou přesností je sice nutnost, ale je to velmi obtížný
obor (např.: přesnost c s 10^-9, G jen 10-4….)


Důvody ke zvyšování přesnosti:

- přesná interpretace fyz. jevů

- zdokonalení definic základních jednotek

- porovnání teorie s experimentem, platnost teorie….

- vzájemná propojenost měření konstant a vztahů


Rychlost měření světla


Historie

- Descartes (1596-1650): c je asi ∞

- Galileo Galilei (1564-1642; návrh 1638, realizace 1667) – c je konečná, ale nedokázáno
experimentálně

Olaf Romer (1675) – asi první úspěšné měření


          Image:Roemer.jpg     Olaf (Ole) Roemer (1644-1710)


- zatmění Jupiterových měsíčků, experimentálně pozoroval že intervaly mezi zatměním měsíčku byly
různé při přibližování nebo oddalování Země a Jupitera.



- zdroj světla (měsíček)  má stálou periodu T

- při pohybu Země od Jupitera se naměří T´ ( v bodě B), které je delší o , kde x je posunutí Země
během T, opačně při přibližování, tedy (v je rychlost Země)

T je doba oběhu naměřená v bodě A, T´v bodě B. Je nutné vzít korekci na dobu oběhu Jupitera (12
let), chyby pozorování…..

Olaf Roemer naměřil

c=214 300kms^-1


Pozemské metody

1. 1607 G.Galilei – zakrývání luceren, bez výsledku

2. 1849 A. Fizeau metoda ozubeného kola


Image:Hippolyte Fizeau.jpg      Hippolyte Fizeau 1919-1896

Obrázek “http://www.geocities.com/rlok69/figures/fizeau.gif” nelze zobrazit, protože
obsahuje chyby.

l – vzdálenost mezi ozubeným kolem a zrcadlem, n – počet otáček za sekundu, z – počet zubů

Pro z=720, n=12.6s^-1, l=8.633km naměřil

později Perrotin (1901) v podobném uspořádání

V současné době se c určuje z možností přesného měření času a délky

chyba λ je asi 10^-9, chyba f respektive času asi 10^-10, měření c (1974)


Elementární náboj e


e – základní konstanta pro atomovou fyziku…..,+ -, nedělitelný


Řada metod, uvádíme historicky významnou metodu:

http://brainiedeal.files.wordpress.com/2009/10/scien.jpg      Robert Andrews Millikan 1868-1953


Obrázek “http://www.jergym.hiedu.cz/~canovm/objevite/objev4/mil_soubory/millikan_scheme2.jpg” nelze
zobrazit, protože obsahuje chyby.


Postup : najdete se olejová kapka, která stojí nebo padá rovnoměrně, po zapnutí pole kapka změní
rychlost v (a-poloměr kapky, ρ-hustota oleje, ρ[0]-hustota vzduchu, -vizkozita),

bez pole (tíha kapky-nadlehčování kapky ve vzduchu-Stokesova síla):

s polem E

vyloučíme a

výsledek


Měření e/m





výsledek



Planckova konstanta


fundamentální konstanta mikrosvěta:

viz Částicový model světla


h=6.626 068 96   10^-34Js


Poznámka