Sammlung von Aufgaben zum Modul "Der Ursprung von Masse".

PhysikAufgaben transparent thin small

Artikel 1: Die Maßeinheit von Masse

  • Aufgabe 1: Das Plancksche Wirkungsquantum \(h=6,626\cdot 10^{-24}J\cdot s\), die Boltzmann-Konstante\(k_B=1,380\cdot 10^{-23}J/K\) und die Lichtgeschwindigkeit \(c=299792458m/s\) sind Naturkonstanten, welche in der Teilchenphysik auf den Wert \(1\) gesetzt werden. Sowohl Länge als auch Zeit werden in der Teilchenphysik in 1/eV angegeben, wobei eV eine Energieeinheit ist. Wie muss man diese Größen jeweils mit den Naturkonstanten modifizieren, um den Wert in SI-Einheiten zu erhalten?
  • Aufgabe 2: Ein Elektron wiegt \(9,11\cdot 10^{-31}kg\). Schätze das Gewicht aller Elektronen in einem Menschen, welcher \(80kg\) wiegt. Nimm an, dass der Körper aus \(100\%\) Wasser besteht. Die molare Masse von Wasser \(H_2O\): \(18g/mol\) und die Avogadro-Konstante \(N_A=6,02\cdot 10^{23} 1/mol\) sind gegeben.

Artikel 2: Über die Äquivalenz verschiedener Massen

  • Aufgabe 1: Vergleiche die Coulombkraft zwischen Elektron und Proton mit der Gravitationskraft. Ein Proton hat eine Masse von \(1,67\cdot 10^{-27}kg\), ein Elektron wiegt \(9,11\cdot 10^{-31}kg\). Die Elementarladung beträgt \(1,60\cdot 10^{-19}\,Coulomb\). Die elektrische Feldkonstante \(\epsilon_0\) beträgt \(8,85\cdot 10^{-12}A\cdot s/(V\cdot m)\), und die Gravitationskonstante \(G\) beträgt \(6,67\cdot 10^{-11}m^3/(kg\cdot s^2)\)

Artikel 3: Die wohl berühmteste Gleichung

Artikel 4: Symmetrien

  • Aufgabe 1: Wie könnte die Geschwindigkeitsmessung einer Gewehrkugel funktionieren, welche in einem, an einem Faden aufgehängten Ziel stecken bleibt?

Artikel 5: Symmetriebrechung

  • Beweise, dass \((1+\sqrt 3)a\) tatsächlich die kürzeste Weglänge ist, um die vier Städte aus dem Beispiel zu verbinden.

Artikel 6: Chirale Symmetriebrechung

Artikel 7: Der Higgs-Mechanismus

Artikel 8: Der Aufbau der Materie im sichtbaren Universum

Artikel 9: Dunkle Materie und Dunkle Energie

Artikel 10: Teilchenbeschleuniger: Der LHC

  • Aufgabe 1: Das Bild der Fotoplatte soll diskutiert werden. Wieso weiß man, dass es ein positiv geladenes Elektron sein muss? Horizontal in der Mitte des Bildes befindet sich eine Bleiplatte, welche das Teilchen abbremst. Das Magnetfeld geht in die Bildebene hinein.

    2 lift wurfparabelDas Positron: ein Elektron, welches sich rückwärts durch die Zeit bewegt? Quelle: Carl D. Anderson, Physical Review Vol.43, p491 (1933)

  • Aufgabe 2: Beim LHC werden Protonen mit einer Schwerpunktsenergie von \(13TeV\) zur Kollision gebracht. Die Schwerpunktsenergie ist die Ruheenergie zusammen mit der kinetischen Energie. Nimm in dieser Aufgabe aber an, dass es sich bei den \(13TeV\) nur um kinetische Energie handelt. Mit welcher Geschwindigkeit müssten \(2\) Moskitos (mit jeweils \(5mg\) Gewicht) kollidieren, um mit derselben kinetischen Energie zusammen zu stoßen?

Artikel 11: Wozu Grundlagenforschung?

Artikel 12: Forschung in Graz

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