Cómo explicar la diferencia entre la física clásica y la física cuántica, con un ejemplo adecuado, a un estudiante de secundaria

Answer 1

Bueno, aquí hay una respuesta de un estudiante de la clase 12 (¿supongo que vengo a la escuela secundaria?) He escrito una respuesta para la clase 7 y luego para un estudiante de la clase 11. Sé que es largo, pero por favor tengan paciencia conmigo.

¿CÓMO EXPLICARÉ ESTA PREGUNTA A UN ESTUDIANTE DE 7ª CLASE?

Física clásica : bueno, todo lo que viene en nuestros problemas en la vida diaria está cubierto principalmente por la física clásica. Empujas una mesa: física clásica. Enciende el interruptor de la bombilla: física clásica. Ves un arcoíris después de fuertes lluvias: física clásica. Hay 5 cosas importantes en la física clásica.

1. Masa: es la materia contenida en un espacio.
2. Fuerza – nada inaudito. Solo un empujar / tirar / apretar, etc.
3. Tiempo – otra vez nada que aún no sepas. Es lo mismo que ves en tu reloj de pulsera.
4. Espacio: ya has molestado lo suficiente a tu maestro porque tu compañero de banco no te estaba dando suficiente espacio.
5. Energía: has oído hablar de eso, pero necesitas saber un poco más. Cuando dices, estoy cansado de estudiar, tus padres tienen razón, estás mintiendo (¡no has estudiado nada # @ $% ^ *! ). Bien, bromas aparte, la cosa es que no te moviste o hiciste algo, solo estabas sentado en un lugar y mirando tu libro. En silencio (como un buen chico ;-)). Bueno, cuando no te mueves en absoluto, entonces decimos que no perdiste energía, por lo que no puedes estar cansado. Otra cosa importante es que observa muchas cosas como: el sonido, la luz, el calor, etc.son formas de energía. Entonces, cuando ve que la luz proviene de la bombilla, es energía (debe haber escuchado esos anuncios de ahorro de energía. Es por eso que apagan las luces y dicen que acaban de ahorrar energía). Y la energía es interconvertible. Puede obtener luz del calor y viceversa.

Física cuántica : te acabo de contar sobre la energía. Pero de acuerdo con esta rama de la física, si quieres darle algo de energía a alguien, hay un valor mínimo que debes dar o no podrás dar. Por ej. Si tu amigo te pide que le des algo de dinero, entonces no puedes darle menos de 1 paise. No hay nada menos que 1 paise. Además, si quieres darle un poco más, entonces tienes que darle 2 paise. No puedes dar 1,5 paise. No hay nada como 0.5 paise. Lo mismo es el caso con la energía. Esta energía mínima se llama “Quantum”. Ves algo
“Quantum” “Física cuántica”.

Bueno, eres consciente de los gérmenes. Son muy pequeños y no puedes verlos desde tus ojos y son muy malos y te enferman. Hay muchas cosas que son mucho más pequeñas en comparación con los gérmenes. Un germen le parecería tan grande como un océano a usted. Pero estas cosas no son malas como los gérmenes. En realidad son seres no vivos. Funcionan igual que los ladrillos para su casa. Ahora puede hacer una pregunta obvia: los ladrillos hacen una casa, ¿qué hacen estas pequeñas cosas?
Ellos hacen todo. Desde el agua que bebes hasta los ladrillos que hacen tu casa. (Y obviamente, tú)

Estas cosas se llaman: átomos, protones, neutrones, electrones, etc. Sé que los nombres dan tanto miedo como los monstruos de tu pesadilla de la última noche, pero no te asustes. (¿Después de todo, los monstruos no podían hacerte nada? Sabían que eres valiente y poderoso).

Ahora te preguntarás cómo son estas pequeñas cosas.

Bueno, de eso se trata todo este alboroto. La física clásica dice que es como el sistema solar y la física cuántica dice que no se puede determinar la forma exacta de estas pequeñas cosas (no, no porque sean muy pequeñas, la razón es que no forman una forma adecuada). solo adivina cuál podría ser la forma más probable, y eso no se parece en absoluto al Syestem Solar. Por experimentos ahora sabemos que la física clásica está mal.

Esta es la diferencia básica.

¿CÓMO LO EXPLICARÉ A UN ESTUDIANTE DE 11 ° CLASE?

Bueno, ya sabes acerca de Atom, etc., la mala noticia es que te ha engañado el maestro de décimo. Aquí es cómo

Supongo que sabes sobre la energía, el momento y la estructura de un átomo de Bohr.

Un científico: Heisenberg propuso un principio. Dice que no puede determinar el momento y la posición de un objeto simultáneamente. Eso significa que si intenta encontrar la posición de un objeto habrá 2 problemas

1. No podrás encontrar la posición exacta. SIEMPRE.
2. Cuanto más te acercas a la posición de búsqueda, más ambiguo e incierto se vuelve su impulso.

Pero Bohr dijo que los electrones se mueven en órbitas discretas bien definidas. También calculó la velocidad del electrón en una órbita particular y el mundo entero conoce la masa de un electrón. Con masa, velocidad y posición bien definidas, lo que obtienes es un cierto impulso y posición. Entonces, uno de – Bohr o Heisenberg – tiene que estar equivocado. Sobre el curso de experimentos y teorías formadas después de esto, encontramos que Heisenberg tenía razón.

Ahora se debe hacer un nuevo modelo de átomo. Es conocido como modelo mecánico cuántico.

(un cuanto puede explicarse fácilmente como lo hicimos antes).

Puede hacer una pregunta obvia: puede determinar la posición y el impulso de su novia desde cualquier extremo del mundo. ¿Qué quiero decir con que Heisenberg tiene razón? Es una cuestión de cálculo que estamos a punto de comenzar. Abra su libro y comience a resolver números, obtendrá por qué no tenemos mucha incertidumbre en la posición y el impulso de los objetos de tamaño macro.

PD: he visto algunas respuestas que dicen que en el modelo de Bohr el átomo caería dentro del núcleo. En realidad no será así. Esa es una de las principales diferencias entre el MODELO RUTHERFORD y el MODELO BOHR. En el modelo de Rutherford, este problema estaba allí, pero en el modelo de Bohr se cubría diciendo que los electrones solo giran en capas discretas y bien definidas y no pierden energía mientras giran en estas capas de energía discretas.

PPS: hay una historia popular sobre el principio de Heisenberg. Einstein no creía en el principio de Hisenberg. Dijo que no podía creer que Dios jugaría a los dados con el hombre. Ante esto, Bohr respondió: Einstein debería dejar de decirle a Dios qué hacer.

Quizás la conferencia más famosa fue la Quinta Conferencia Internacional Solvay sobre Electrones y Fotones de octubre de 1927, donde los físicos más notables del mundo se reunieron para discutir la teoría cuántica recientemente formulada. Las figuras principales fueron Albert Einstein y Niels Bohr. Einstein, desencantado con el principio de incertidumbre de Heisenberg, comentó “Dios no juega a los dados”. Bohr respondió: “Einstein, deja de decirle a Dios qué hacer”. (Véanse los debates de Bohr-Einstein.) 17 de los 29 asistentes fueron o se convirtieron en ganadores del Premio Nobel, incluida Marie Curie, quien sola entre ellos, había ganado premios Nobel en dos disciplinas científicas separadas.

__ https://en.wikipedia.org/wiki/Solvay_Conference#Fifth_Conference

PPPS: Perdón por perder el tiempo con una respuesta tan larga y aburrida, pero no utilicé términos como Atom, etc. para explicar el tema al alumno de la séptima clase. Solo los usé una vez, solo para que sepan cómo se llama. Recuerdo que cuando estaba en séptima clase no podía entender qué es una fuerza mecánica. Cuando lo entendí, pensé, no podían simplemente decir, cualquier fuerza aplicada por humanos, animales, etc. Por qué complicar las cosas agregando nombres aterradores como “Mecánico” (Ahora estoy enamorado de la Mecánica).

* Escribí una respuesta para la séptima clase también porque si se la puedes explicar a un estudiante de la séptima clase, entonces para un estudiante de la clase 11 debería ser un juego de niños.

Answer 2

[La explicación es larga, sin embargo, he subrayado los puntos importantes, si desea leer solo los subrayados. Perdón por el problema, pero ves que es una explicación científica, ¿qué esperas? ]
Según los primeros modelos, el átomo está formado por un núcleo cargado positivamente, que contiene protones y neutrones, y electrones, que están cargados negativamente, girando alrededor del núcleo con una velocidad que proporciona suficiente fuerza centrípeta que puede contrarrestar la fuerza de atracción entre el núcleo. y electrones (ya que ambos son cargas opuestas). Es como los planetas que giran alrededor de una estrella. Pero si la teoría de Maxwell es cierta, las partículas cargadas cuando se aceleran pierden energía en forma de radiación . Y dado que el electrón i gira alrededor del núcleo, su dirección está cambiando y, por lo tanto, su velocidad está cambiando y, a su vez, se está acelerando. Debido a esto, pierde energía y, por lo tanto, irá en espiral gradualmente hacia el núcleo (en aproximadamente 0.000000001 segundos) . Pero no vemos que los átomos colapsen tan rápido (de hecho, si se colapsan tan rápido, no seríamos como somos). Vea que este no es el caso de los planetas ya que los planetas no están cargados.
esto fue corregido por Niels Bohr. Bohr propuso uno de los primeros mejores modelos de un átomo , que se enseña hasta la química básica en la escuela. Propuso que los electrones orbitan en órbitas con niveles de energía discretos. Entonces no irradian energía. Pero, los desarrollos posteriores al modelo atómico de Bohr indicaron también hacia la naturaleza dual de la luz como onda y materia de partículas, lo que apoyó su teoría al explicar el espectro lineal. pero esto solo se verificó para hidrógeno y átomos similares al hidrógeno (con un solo electrón). ¿Qué hay de los demás?

En 1924, De broglie propuso que la materia también tiene naturaleza dual, partícula y onda. Después de esto, a Heisenberg se le ocurrió el principio de incertidumbre de Heisenberg al afirmar que siempre habrá incertidumbre en la posición y el momento de la materia que calculamos.
[▲ x ▲ p> h / (4 * pi). donde ▲ x es incertidumbre en la posición y ▲ p es incertidumbre en el momento. Si reduce ▲ x, es decir, calcula la posición con mayor precisión, aumentará el error en el momento y viceversa]. Pero, en la teoría de Bohr, el electrón tiene un camino bien definido y la velocidad podría calcularse con precisión. así que su teoría fue descartada y se desarrolló una nueva teoría sobre la estructura del átomo después de que se desarrolló la ecuación de Schrodinger.
Ahora, si intenta aplicar el principio de incertidumbre a los objetos macroscópicos, el error es muy, muy pequeño, por lo que lo descuidamos. Aquí funciona la mecánica clásica. sin embargo a escalas microscópicas, la mecánica cuántica funciona.
Los científicos están trabajando hacia la fusión de estas dos teorías diferentes, utilizando conceptos como la teoría de la relatividad de Einstein, etc.

Answer 3

Puede explicar el modelo de un átomo de acuerdo con la teoría clásica, tiene protones y electrones que se atraen entre sí y la única forma de evitar que colisionen es haciendo que un electrón gire alrededor del núcleo con una velocidad tal que la fuerza centrípeta sea igual a La fuerza de la atracción. Ahora, cuando un electrón gana energía al absorber luz, gira a una órbita más alta.
Ahora, según la teoría clásica, el electrón puede girar en cualquier órbita posible, por lo que un electrón debería poder absorber la luz de cualquier frecuencia, pero observamos que los átomos absorben la luz solo de ciertas frecuencias o solo se permiten ciertas órbitas. Además, una partícula cargada acelerada debe irradiar luz y perder energía, pero eso no sucede en el caso de los electrones en un átomo.