На сколько процентов полная энергия протона, вылетающего из ускорителя со скоростью, модуль которой v=0,8 c, больше его энергии покоя? ​

Для решения этой задачи, нам понадобится знание о специальной теории относительности и формулах, связанных с энергией и импульсом.

Специальная теория относительности утверждает, что энергия (Е) массы (m) может быть выражена через ее массу покоя (m₀) и скорость (v) следующей формулой:

E = γ * m₀ * c²,

где γ (гамма) - это фактор Лоренца, вычисляющийся по формуле:

γ = 1 / sqrt(1 - (v² / c²)).

Здесь с - это скорость света в вакууме, равная приблизительно 3 * 10⁸ м/с.

В нашем случае, скорость протона v = 0,8 c, поэтому мы можем вычислить гамму:

γ = 1 / sqrt(1 - (0,8)²).

γ = 1 / sqrt(1 - 0,64).

γ = 1 / sqrt(0,36).

γ = 1 / 0,6.

γ = 1,67.

Теперь, используя значение γ, мы можем рассчитать полную энергию протона (Е):

Е = γ * m₀ * c².

Энергия покоя протона (Е₀) равна его массе покоя (m₀) умноженной на c²:

Е₀ = m₀ * c².

Таким образом, чтобы рассчитать процентное увеличение энергии, мы можем использовать следующую формулу:

Увеличение (%) = (Е - Е₀) / Е₀ * 100.

Давайте рассчитаем увеличение энергии протона:

Е₀ = m₀ * c² = (по значению известной массы протона) * (9 * 10¹⁶ м²/с²).

Е₀ = (1,67 * 10⁻²⁷ кг) * (9 * 10¹⁶ м²/с²).

Е₀ = 15 * 10⁻¹¹ Дж.

Е = γ * m₀ * c² = 1,67 * 15 * 10⁻¹¹ Дж.

Е = 25 * 10⁻¹¹ Дж.

Увеличение (%) = (Е - Е₀) / Е₀ * 100 = (25 * 10⁻¹¹ - 15 * 10⁻¹¹) / 15 * 10⁻¹¹ * 100.

Увеличение (%) = (10 * 10⁻¹¹) / (15 * 10⁻¹¹) * 100.

Увеличение (%) = 2 / 3 * 100.

Увеличение (%) = 66,67%.

Таким образом, полная энергия протона, вылетающего из ускорителя со скоростью v = 0,8 c, больше его энергии покоя на 66,67%.