Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 9462
2018-10-16 
На рис. изображен крутильный маятник, являющийся необходимым элементом многих чувствительных измерительных приборов. Небольшое легкое зеркальце 3 связано с тонкой кварцевой нитью, закрепленной в держателях Д. Поворот зеркальца регистрируется с помощью луча света, отражающегося от него. Можно заметить, что чувствительный крутильный маятник никогда не находится в покое: зеркальце совершает флуктуационные колебания относительно положения равновесия. Каково происхождение этих флуктуаций? Как изменятся флуктуации, если систему поместить в вакуум? Можно ли создать такие условия, при которых флуктуации отсутствуют?
Решение:
Небольшие колебания зеркальца крутильного маятника вызваны флуктуацией числа соударений молекул воздуха с зеркальцем, то есть зеркальце под влиянием ударов молекул воздуха ведет себя подобно броуновской частице. Казалось бы, если воздух полностью откачать (что, конечно же, невозможно), исчезнут соударения молекул с зеркальцем и прекратятся его крутильные колебания. Однако, даже если бы мы смогли полностью удалить воздух, колебания зеркальца уменьшились бы, но не исчезли полностью. Полная энергия крутильного маятника состоит из двух слагаемых: $E = E_{ \omega} + E_{вн}$, где $E_{ \omega}$ - энергия крутильных колебаний, определяющаяся круговой частотой $\omega$ колебаний маятника, $Е_{вн}$ - внутренняя энергия зеркальца и нити, включающая энергию хаотического теплового движения атомов зеркальца и нити. Полная энергия $E$ постоянна, но флуктуации $E_{вн}$ приводят к флуктуациям $E_{ \omega}$, т. е. флуктуациям угловой скорости зеркальца.
На рис. изображен крутильный маятник, являющийся необходимым элементом многих чувствительных измерительных приборов. Небольшое легкое зеркальце 3 связано с тонкой кварцевой нитью, закрепленной в держателях Д. Поворот зеркальца регистрируется с помощью луча света, отражающегося от него. Можно заметить, что чувствительный крутильный маятник никогда не находится в покое: зеркальце совершает флуктуационные колебания относительно положения равновесия. Каково происхождение этих флуктуаций? Как изменятся флуктуации, если систему поместить в вакуум? Можно ли создать такие условия, при которых флуктуации отсутствуют?
Решение:
Небольшие колебания зеркальца крутильного маятника вызваны флуктуацией числа соударений молекул воздуха с зеркальцем, то есть зеркальце под влиянием ударов молекул воздуха ведет себя подобно броуновской частице. Казалось бы, если воздух полностью откачать (что, конечно же, невозможно), исчезнут соударения молекул с зеркальцем и прекратятся его крутильные колебания. Однако, даже если бы мы смогли полностью удалить воздух, колебания зеркальца уменьшились бы, но не исчезли полностью. Полная энергия крутильного маятника состоит из двух слагаемых: $E = E_{ \omega} + E_{вн}$, где $E_{ \omega}$ - энергия крутильных колебаний, определяющаяся круговой частотой $\omega$ колебаний маятника, $Е_{вн}$ - внутренняя энергия зеркальца и нити, включающая энергию хаотического теплового движения атомов зеркальца и нити. Полная энергия $E$ постоянна, но флуктуации $E_{вн}$ приводят к флуктуациям $E_{ \omega}$, т. е. флуктуациям угловой скорости зеркальца.
