FYS 3120: Klassisk mekanikk og elektrodynamikk

Like dokumenter
FYS 3120: Klassisk mekanikk og elektrodynamikk

FYS 3120: Klassisk mekanikk og elektrodynamikk

Eksamen i Klassisk feltteori, fag TFY 4270 Onsdag 26. mai 2004 Løsninger

Løysingsforslag (Skisse) Eksamen FY3452 Gravitasjon og Kosmologi Våren 2007

Formelsamling. ξ(r, t) = ξ 0 sin(k r ωt + φ) 2 ξ(x, t) = 1 2 ξ(x, t) t 2. 2 ξ. x ξ. z 2. y ξ. v = ω k. v g = dω dk

FYS 3120/4120: Klassisk mekanikk og elektromagnetisme. Midtterminevaluering våren 2004 Obligatorisk sett innleveringsoppgaver

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TEP4145 KLASSISK MEKANIKK Mandag 21. mai 2007 kl Løsningsforslaget er på i alt 9 sider.

Løsningsforslag til eksamen i SIF4072 KLASSISK FELTTEORI Onsdag 28. mai 2003

KORT INTRODUKSJON TIL TENSORER

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Formelsamling Bølgefysikk Desember 2006

UNIVERSITETET I OSLO

Formelsamling. ξ(r, t) = ξ 0 sin(k r ωt + φ) 2 ξ(x, t) = 1 2 ξ(x, t) t 2. 2 ξ. x ξ. z 2. y ξ. v = ω k. v g = dω dk

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK Faglig kontakt under eksamen: Ola Hunderi, tlf (mobil: )

FYS1120 Elektromagnetisme - Ukesoppgavesett 2

Løsningsforslag til eksamen i SIF4072 KLASSISK FELTTEORI Lørdag 26. mai 2001

Fasit eksamen Fys1000 vår 2009

Løsningsforslag til eksamen i SIF4072 KLASSISK FELTTEORI Torsdag 8. august 2002

Nabla, elektromagnetisme, vektorpotensial og superledning for FYS1120

Repetisjon

Løsningsforslag til eksamen i FY8306 KVANTEFELTTEORI Fredag 9. juni 2006

Spesiell relativitetsteori

Magnetisme som relativistisk fenomen

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 3. Sindre Rannem Bilden,Gruppe 4

FYS1120 Elektromagnetisme ukesoppgavesett 7

Spesiell relativitetsteori

Løysingsframlegg/skisse Eksamen TFY 4210 Kvanteteorien for mangepartikkelsystem 24. mai 2011

Felttur 2017 Elektromagnetisme

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4160 BØLGEFYSIKK Torsdag 9. august 2007 kl

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

EKSAMENSOPPGAVE. 7 (6 sider med oppgaver + 1 side med formler)

Felttur 2016 Elektromagnetisme

Øving 3. Oppgave 1 (oppvarming med noen enkle oppgaver fra tidligere midtsemesterprøver)

Løsningsforslag til oppgavene 1 8 fra spesiell relativitetsteori.

Spesiell relativitetsteori

Elektrisk potensial/potensiell energi

FYS1120 Elektromagnetisme, Ukesoppgavesett 1

Øving 11. Oppgave 1. E t0 = 2. Her er

Maxwell s ligninger og elektromagnetiske bølger

UNIVERSITETET I OSLO

Fasit for besvarelse til eksamen i A-112 høst 2001

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS120 VÅR 2017

Eksamen i fag FY1004 Innføring i kvantemekanikk Tirsdag 22. mai 2007 Tid:

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Tirsdag 27. mai 2008 kl

Eksamen i fag RELATIVISTISK KVANTEMEKANIKK Fredag 26. mai 2000 Tid: 09:00 14:00

EKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Tirsdag 31. mai 2005 kl

EKSAMEN FY1002 og TFY4160 BØLGEFYSIKK Fredag 3. desember 2010 kl

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Tirsdag 31. mai 2005 kl

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TFY4160 BØLGEFYSIKK Mandag 3. desember 2007 kl

EKSAMEN TFY4160 BØLGEFYSIKK Mandag 3. desember 2007 kl Norsk utgave

EKSAMENSOPPGAVE Njål Gulbrandsen / Ole Meyer /

Løsningsforslag til øving 3

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-1002

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2010

EKSAMENSOPPGAVE. Adm.bygget, rom B154 2 ark med egne notater (4 sider) Godkjent kalkulator Rottman. Matematisk formelsamling

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Høsten Øving 12.

Obligatorisk oppgave nr 4 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Tirsdag 27. mai 2008 kl

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 8. juni 2007 kl

EKSAMEN FY1002 BØLGEFYSIKK Mandag 10. desember 2007 kl Norsk utgave

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I Mandag 5. desember 2005 kl

Fysikkk. Støvneng Tlf.: 45. Andreas Eksamensdato: Rottmann, boksen 1 12) Dato. Sign

Løsningsforslag til eksamen i FY3464 KVANTEFELTTEORI Torsdag 26. mai 2005

UNIVERSITETET I TROMSØ. EKSAMENSOPPGAVE i FYS-1002

FYS1120 Elektromagnetisme, Oppgavesett 4

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

LØSNINGSFORSLAG TIL KONTINUASJONSEKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

FYS2140 Kvantefysikk, Løsningsforslag for Oblig 2

UNIVERSITETET I OSLO

Kap. 27 Magnetisk felt og magnetiske krefter. Magnetiske monopoler fins ikke: Kortfatta målsetning:

Eksamensoppgave i TFY4104 Fysikk

EKSAMEN FY1002 og TFY4160 BØLGEFYSIKK Onsdag 20. desember 2006 kl Norsk utgave

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE. ü Kalkulator med tomt dataminne ü Rottmann: Matematisk Formelsamling. rute

ØVING 13. Oppgave 1 a) Løs oppgave 1a i Øving 2 gjengitt nedenfor ved å bruke kompleks representasjon.

EKSAMEN FY1002 og TFY4160 BØLGEFYSIKK Torsdag 3. desember 2009 kl

FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk - Øving 1 1 ØVING 1. En liten briefing om forventningsverdier, usikkerheter osv

EKSAMEN FY1002 og TFY4160 BØLGEFYSIKK. Onsdag 12. desember 2012 kl

Theory Norwegian (Norway)

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Løsningsforslag til ukeoppgave 4

Eksamen i: FYS145 - Kvantefysikk og relativitetsteori Eksamensdag: Mandag 10. mai 2004, kl (3 timer)

Elektromagnetiske bølger

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantemekanikk, Torsdag 16. august 2018

Arbeid og energi. Energibevaring.

Konstanter og formelsamling finner du bakerst Merk: Figurene til oppgavene er ofte på en annen side en selve oppgaven

Repetisjon

Midtsemesterprøve fredag 10. mars kl

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, løsning øving 14 1 LØSNING ØVING 14. ψ 210 z ψ 100 d 3 r a.

Norsk Fysikklærerforening Norsk Fysisk Selskaps faggruppe for undervisning

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Mandag 2. juni 2008 kl

TFY4215 Innføring i kvantefysikk - Løsning øving 1 1 LØSNING ØVING 1

Onsdag og fredag

EKSAMEN I FY2045 KVANTEMEKANIKK I/ TFY4250 KVANTEMEKANIKK I Torsdag 20. desember 2012 kl

Løsningsforslag til eksamen i TFY4170 Fysikk august 2004

Kap. 27 Magnetisk felt og magnetiske krefter. Magnetiske monopoler fins ikke: Kap. 27 Kjapp historie. Kap. 27 Magnetisme. Kap 27

Transkript:

FYS 3120: Klassisk mekanikk og elektrodynamikk Formelsamling (bokmål) Våren 2014 1 Analytisk mekanikk Lagrangefunksjonen L = L(q, q, t), (1) er en funksjon av systemets generaliserte koordinater q = {q i ; i = 1, 2,..., d} og deres tidsderiverte q = { q i ; i = 1, 2,..., d}. Lagrangefunksjonen kan også ha en eksplisitt tidsavhengighet t. Lagranges ligninger d L L = 0, i = 1, 2,.., d. (2) dt q i q i Det er én ligning for hver generalisert koordinat, og dermed én ligning for hver av systemets frihetsgrader. Generalisert bevegelsesmengde p i = L q i, i = 1, 2,.., d. (3) oftest refererert til som kanonisk konjugert bevegelsesmengde. Det er en generalisert bevegelsesmengde p i for hver generalisert koordinat q i. Hamiltonfunksjonen H(p, q) = d q i p i L (4) i=1 blir vanligvis uttrykt som en funksjon av de generaliserte koordinatene q i og deres konjugerte bevegelsesmengder p i. Hamiltons ligninger q i = H p i, ṗ i = H q i, i = 1, 2,.., d (5) (6) Standarduttrykk for L og H L = T V H = T + V (7) 1

med T som kinetisk energi og V som potensiell energi. I noen tilfeller er H ikke den totale energien. Ladet partikkel i elektromagnetisk felt (ikke-relativistisk) 2 Relativitetsteori Tidrom-koordinater Generell Lorentz-transformasjon L = L(r, v) = 1 2 mv2 eφ + ev A H = H(r, p) = 1 2m (p ea)2 + eφ (8) (x 0, x 1, x 2, x 3 ) = (ct, x, y, z) = (ct, r) (9) Spesiell Lorentz-transformasjon med hastighet v i x retningen x µ x µ = L µ νx ν + a µ (10) x 0 = γ(x 0 βx 1 ) med β = v/c, γ = 1/ 1 β 2. Koordinatene x 2 og x 3 er uendret. Betingelse på Lorentz-transformasjonens matriseelementer Invariant linje-element x 1 = γ(x 1 βx 0 ) (11) g µν L µ ρl ν σ = g ρσ (12) s 2 = r 2 c 2 t 2 = g µν x µ x ν = x µ x µ (13) Metrisk tensor 0, µ ν g µν = 1, µ = ν = 0 1, µ = ν 0 Hevet og senket indeks x µ = g µν x ν, (x µ ) = (ct, r), (x µ ) = ( ct, r) x µ = g µν x ν, g µρ g ρν = δ ν µ (14) 2

Egentid - tidsdilatation dτ = 1 ds c 2 = 1 dt, (15) γ dτ: egentidsintervall = tid målt i det momentante hvilesystemet (på en tenkt klokke som beveger seg med legemet) ds 2 : invariant linje-element for en infinitesimal del av legemets verdenslinje dt: koordinattid-interval = tidsintervall målt i et vilkårlig valgt inertialsystem Lengdekontraksjon Lengden til et legeme som beveger seg, målt i bevegelsesretningen. L 0 : lengden målt i legemets hvilesystem L: lengden målt (ved samtidighet) i et vilkårlig valgt inertialsystem Firerhastighet L = 1 γ L 0 (16) Firerakselerasjon U µ = dxµ dτ = γ (c, v), U µ U µ = c 2 (17) A µ = du µ dτ = d2 x µ dτ 2, Aµ U µ = 0 (18) Egenakselerasjon a 0 Akselerasjon målt i det momentane hvilesystem, A µ A µ = a 0 2 (19) Firer-bevegelsesmengde p µ = m U µ = mγ(c, v) = ( E, p) (20) c med m som (hvile-) massen til legeme i bevegelse. Relativistisk energi E = γmc 2 (21) γm blir av og til omtalt som den relativistiske massen. 3

3 Elektrodynamikk Maxwells ligninger Maxwells ligninger på kovariant form Elektromagnetisk felttensor E = ρ ɛ 0 B 1 c 2 t E = µ 0j B = 0 E + t B = 0 (22) ν F µν = µ 0 j µ, ν x ν ν F µν = 0, F µν 1 2 ɛµνρσ F ρσ (23) F 0k = 1 c E k, F ij = ɛ ijk B k F 0k = B k, F ij = 1 c ɛ ijke k (24) Firer-strømtetthet (j µ ) = (cρ, j) (25) Ladningsbevaring Elektromagnetiske potensialer µ j µ = 0, t ρ + j = 0 (26) E = φ t A, B = A (27) Firerpotensialer F µν = µ A ν ν A µ, (A µ ) = ( 1 φ, A) (28) c Lorentz-kraften Kraft fra elektromagnetisk felt på punktpartikkel med ladning q Potensialer fra ladnings- og strømfordelinger i Lorentz-gauge, µ A µ = 0: F = q(e + v B) (29) φ(r, t) = 1 ρ(r, t ) 4πɛ 0 r r dv A(r, t) = µ 0 4π 4 j(r, t ) r r dv (30)

Retardert tid t = t 1 c r r (31) Electrisk dipolmoment p = rρ(r)dv (32) Elektrisk dipolpotensial (dipol i origo) Kraft og kraftmoment (om origo) φ = n p 4πɛ 0 r 2, n = r r (33) F = (p )E, M = p E (34) Magnetisk dipolmoment m = 1 2 r j(r) dv (35) Magnetisk dipolpotensial (dipol i origo) Kraft og kraftmoment (om origo) A = µ 0 m n 4πr 2, n = r r (36) F = (m B) (strømsløyfe), M = m B (37) Lorentz-transformasjon av de elektromagnetiske feltkomponentene Lorentz-invarianter Spesielle Lorentz-transformasjoner F µν = L µ ρl ν σf ρσ (38) E 2 c 2 B 2 = c2 2 F µνf µν E B = c 4 F µν F µν (39) E = E, E = γ(e + v B) B = B, B = γ(b v E/c 2 ) (40) Feltene er dekomponert i en parallelkomponent ( ), langs retningen til transformasjonshastigheten v, og en ortogonalkomponent ( ), vinkelrett på v. Eletromagnetisk feltenergitetthet u = 1 2 (ɛ 0E 2 + 1 µ 0 B 2 ) = ɛ 0 2 (E2 + c 2 B 2 ) (41) 5

Elektromagnetisk energi-strømtetthet (Poyntings vektor) S = 1 E B (42) µ 0 Monokromatisk planbølge, planpolarisert E(r, t) = E 0 cos(k r ωt), E 0 = E 0 e 1 B(r, t) = B 0 cos(k r ωt) ; B 0 = B 0 e 2 E 0 k = B 0 k = 0, B 0 = 1 c n E 0, n = k k (43) Monokromatisk planbølge, sirkulærpolarisert Polarisasjonsvektorer Firer-bølgevektorer E(r, t) = Re (E 0 exp[i(k r ωt)]), E 0 = E 0 1 2 (e 1 ± ie 2 ) B(r, t) = Re (B 0 exp[i(k r ωt)]), B 0 = B 0 1 2 (e 2 ie 1 ) (44) e 1 k = e 2 k = 0, e 1 e 2 = 0, e 2 1 = e 2 2 = 1 (45) (k µ ) = ( ω, k), ω = ck (46) c Strålingsfelt, i bølgesonen (r >> r, λ) B(r, t) = µ 0 n 4πc r d dt j(r, t )dv, n = r r Elektrisk dipolstråling E(r, t) = cb(r, t) n (47) B(r, t) = µ 0 n p(t r/c), E(r, t) = cb(r, t) n (48) 4πc r Stråling fra akselerert, ladet partikkel B(r, t) = µ 0q 4πcr [a n] ret, med r(t) som partikkelens posisjonsvektor. Strålingseffekt, Larmors formel E(r, t) = cb(r, t) n ret n = R/R, R(t) = r r(t) (49) P = µ 0q 2 6πc a2 (50) 6