Domanda:
Se una mela viene ingrandita per le dimensioni della terra, gli atomi nella mela sono approssimativamente le dimensioni della mela originale
Lone Learner
2018-10-01 18:03:16 UTC
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Citando dalle Feynman Lectures on Physics - Vol I:

Gli atomi sono 1 o $ 2 \ times 10 ^ {- 8} \ \ rm cm $ nel raggio. Ora $ 10 ^ {- 8} \ \ rm cm $ è chiamato angstrom (proprio come un altro nome), quindi diciamo che sono 1 o 2 angstrom (Å) in raggio. Un altro modo per ricordarne le dimensioni è questo: se una mela viene ingrandita in base alle dimensioni della terra, gli atomi nella mela hanno all'incirca le dimensioni della mela originale.

Come funziona questo?

Supponiamo che il raggio di una mela media sia di circa $ 6 \ \ rm cm $ ( $ 0,06 \ \ rm m $ ). Il raggio della Terra è di circa $ 6371 \ \ rm km $ ( $ 6371000 \ \ rm m $ ). Pertanto, un $ \ frac {6371000 \ \ mathrm {m}} {0.06 \ \ mathrm {m}} = 106183333.33 $ , ovvero un ingrandimento di circa $ 10 ^ {- 8} $ volte è necessario per ingrandire una mela alle dimensioni della terra.

Se ingrandiamo un atomo di dimensioni diciamo 1 angstrom ( $ 10 ^ {- 10} \ \ rm m $ ) di $ 106183333,33 $ volte, otteniamo $ 0,0106 \ \ rm m $ o $ 1,06 \ \ rm cm $ solo span>. L'atomo non è stato ingrandito alla dimensione della mela originale. Come va bene l'affermazione citata nel libro?

Direi che è ancora una buona approssimazione.Sarebbe un ottimo modo per visualizzarlo (per me) se avessi un vero senso delle dimensioni della Terra.
Il raggio di 6 cm è una * enorme * mela, quasi un litro di volume.È più grande delle dimensioni di un melone.Se scegli un raggio di 3 cm (più delle dimensioni di una pallina da tennis) il rapporto esce entro un fattore migliore di 2.
È davvero difficile comprendere le dimensioni dell'intera Terra.Quando volevo impressionare mia figlia con la piccolezza degli atomi, ho confrontato il numero di atomi in un granello di sabbia con il numero di granelli di sabbia necessari per creare un mucchio grande come una certa montagna * che possiamo vedere da dovenoi viviamo.Naturalmente, l'accuratezza della mia affermazione dipende molto da ciò che secondo voi dovrebbe essere la dimensione di un "granello di sabbia".
* viviamo negli Stati Uniti orientali, quindi ciò che chiamiamo "montagna", alcune persone chiamano "collina verde".
Si spera che qualcuno con migliori capacità di ricerca possa trovare un riferimento, ma ricordo che questo genere di cose (accurate entro tre ordini di grandezza) viene chiamato "approssimazione di Feynman".
@Ben51 e se scegli il raggio di Van der Waals di un atomo di carbonio nella mela, ottieni 1,7 Å e sei praticamente perfetto.
@l0b0 Probabilmente stai pensando al [problema di Fermi] (https://en.wikipedia.org/wiki/Fermi_problem).(Spesso indicato come stima di Fermi o approssimazione di Fermi.) Probabilmente anche Feynman lo usava spesso, e aveva una PR migliore.;)
Un autore successivo ha utilizzato una pallina da golf nel suo confronto.
Forse è diventata una piccola varietà chiamata "Crab apple"?
Una bella lettura sulla stima di Fermi: https://what-if.xkcd.com/84/
@ben51, non è necessariamente così enorme.400+ gr di mele mi vengono regolarmente, avendo 4 alberi, specialmente con le mele da cucina Bramley;400gr di mele hanno un raggio di circa 5 cm (se sferiche e densità specifica di 1 quella mela di 5 cm di raggio pesa 524gr, ma le mele non sono perfettamente rotonde e galleggiano nell'acqua).Quindi non ho problemi con una mela di 6 cm.
"Se un Puffo viene ingrandito alla dimensione della Terra, gli atomi nel Puffo sono approssimativamente le dimensioni del Puffo originale."
@Ben51 Penso che il fattore di errore due qui non sia casuale e qualcuno ha semplicemente confuso il diametro e il raggio della mela.
Quattro risposte:
BioPhysicist
2018-10-01 18:53:59 UTC
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In calcoli "in fondo alla busta" come questo, tutto ciò che puoi fare è guardare gli ordini di grandezza. Come altri hanno sottolineato, non tutte le mele hanno la stessa dimensione e non tutti gli atomi hanno la stessa "dimensione". Tutto ciò su cui possiamo lavorare sono ordini di grandezza, quindi $ 1 \ \ rm cm $ e $ 6 \ \ rm cm $ (sebbene molte persone nei commenti dicano $ 3 \ \ rm cm $ ) dovrebbe essere considerato lo "stesso", poiché potremmo avere a che fare con le mele e atomi di varie dimensioni.

In effetti, se il raggio di una mela è dell'ordine di $ 10 ^ {- 2} \ \ rm m $ e se il raggio della Terra è dell'ordine di $ 10 ^ 6 \ \ rm m $ , il nostro "fattore di conversione" (o come dici tu fattore di ingrandimento) è nell'ordine di $ 10 ^ 8 $ .

Se il nostro raggio atomico è dell'ordine di un Angstrom, o $ 10 ^ {- 10} \ \ rm m $ , applichiamo il nostro fattore di conversione quando soffiamo sulla nostra mela, otteniamo che l'atomo è nell'ordine di $ 10 ^ {- 2} \ \ rm m $ , che è quello che stavamo cercando di mostrare nel primo posto.

Devi tenere a mente che questo è citato come "un modo per ricordare le loro dimensioni". Pertanto, se non conoscessimo la dimensione di un atomo, potremmo prendere la dimensione di una mela, la dimensione della terra, e quindi utilizzare il derivato $ 10 ^ 8 $ span > fattore per scoprire che la dimensione stimata di un atomo è nell'ordine di $ 10 ^ {- 10} \ \ rm m $ . $ ^ * $

Feynman non sta dicendo "Prendi una mela e soffiala fino alle dimensioni della terra. Scoprirai che gli atomi più grandi hanno esattamente le stesse dimensioni delmela originale ".Questo è puramente uno strumento di memoria, o è anche un modo per descrivere la dimensione di un atomo usando oggetti più familiari.Inoltre il libro utilizza anche la parola "approssimativamente", quindi se si tiene conto di tutto ciò, direi che il libro è corretto.


$ ^ * $ Anche se devo ammetterlo, tendo a ricordare le dimensioni di un atomo e non riesco a tenere a mente l'ordinedi magnitudo del raggio terrestre.Quindi potrei usare questo strumento di memoria al contrario per ricordare che la dimensione della terra è di circa 8 ordini di grandezza più grande di una mela.

Parlando di confronti di massa, "un uomo è la media geometrica di un atomo e del Sole".
E il libro menziona anche che gli atomi sono 1-2 Angstrom, quindi sta già consentendo un fattore di errore 2.OTOH, non avrebbe potuto raccogliere facilmente un frutto più piccolo come una prugna o una ciliegia?Familiare come una mela, ma il rapporto sarebbe più vicino.
@Joker_vD Ora dobbiamo mettere in relazione l'energia guadagnata da un uomo che mangia una mela con una sorta di numero cosmico ... Qualcosa come "Un uomo che mangia una mela è come un buco nero che mangia ____" Anche se non mi piacerebbe pensare al grandescala GR mentre si mangia frutta :)
È Internet, abbiamo bisogno di un modo per mettere in relazione un'altra metrica popolare "media maschile".Vediamo, la media geometrica tra un AU e la distanza di Planck ci porta nel campo da baseball?
Mentre sei alla "dimensione della terra", non dimenticare che la distanza tra il polo e l'equatore è quasi esattamente 10.000 km: come è potuto accadere?;-)
@PhilipOakley I nostri precursori alieni avevano stampi terrestri di quelle dimensioni solo quando hanno creato il nostro pianeta.Fatto vero.:)
@PhilipOakley come è stato definito il contatore originale?;)
@mathreadler Il metro faceva parte di un tentativo da parte della Francia di misurare tutto, e una di quelle divisioni decimali era quella precisa distanza polo-equatore.Quindi il contatore originariamente era esattamente quel valore, ma con l'aumentare dei rilievi e della precisione ora otteniamo il valore moderno.Un effetto simile esiste con il miglio nautico, che originariamente era un minuto d'arco (come determinato dal sestante della nave), ma ora ha due definizioni aggiuntive: il vecchio Admiralty 6080 piedi (per il nodo) e il miglio nautico internazionale di 1.852 metri(quei contatori continuano a tornare!)
@PhilipOakley lol, un tentativo?Fondamentalmente nessuno si attacca a nessun'altra unità in questi giorni.
@mathreadler Tutte queste "unità" sono ancora in uso in vari luoghi (personalmente ho dovuto chiarire il valore Nm più volte).Ci sono belle storie sui cartografi che hanno rubato più terra dalla mappa francese di quanto avesse fatto qualsiasi esercito straniero (e la loro migliore stima del 'metro' era leggermente sottodimensionata rispetto alla circonferenza)
imallett
2018-10-01 23:18:30 UTC
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La tua domanda inizia con il chiederti se i numeri corrispondono molto bene, quindi procedi a buttare via tutta la precisione nei tuoi numeri per dimostrare che non lo fanno.

Mentre buttare via la precisione a favore di considerare solo gli ordini di grandezza è utile per l'approssimazione (ed è ciò che le altre risposte stanno spiegando va bene), risulta che se passi semplicemente i numeri come scritti, in realtà ottenere una corrispondenza abbastanza accurata.

Prendendo il raggio atomico come $ 1,5 \ times 10 ^ {- 10} ~ \ text {m} $ (media dell'intervallo indicato sopra) e il raggio della Terra come $ 6371000 ~ \ text {m} $ (indicato sopra), la corrispondenza è esatta quando il raggio dell'oggetto è $ \ circa 30,91 ~ \ text {mm} $ (o diametro $ 61,83 ~ \ text {mm} $ ). La dimensione di una mela varia in base al clima, alla varietà e al periodo di raccolta, ma questa cifra è coerente con una normale mela "175", anche se la maggior parte delle mele vendute negli Stati Uniti sono leggermente più grandi.

Grazie.Adesso ha senso.Se $ x $ è il raggio della mela, allora $ \ frac {6371000} {x} = \ frac {x} {1.5 \ times 10 ^ {- 10}} $ porta effettivamente a $ x = 0,03091 $ o $ 30,91$ mm.
lr1985
2018-10-01 18:24:13 UTC
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Quando si ha a che fare con tali ordini di grandezza, un fattore 6 non influisce molto sul quadro generale.Inoltre, tieni presente che le mele hanno raggi che sono spesso più piccoli di $ 6 $ cm (vedi ad esempio qui).Se prendiamo una mela con un raggio di $ 3 $ cm e un atomo con un raggio di $ 2 $ angstrom, il "confronto di Feynman" (secondo i tuoi numeri) risulta essere abbastanza buono.

Sono d'accordo con "un fattore 6 può essere facilmente ignorato".Un ordine di grandezza è volutamente vago, ma in tutte le definizioni comuni (solo l'esponente nella notazione a * 10 ^ b, tutti i valori all'interno di (0,5x, 5x] e così via) l'ordine cambia per la maggior parte dei valori se moltiplichi o divididi 6.
Non sono in disaccordo con te.In effetti, il termine "disprezzo" potrebbe essere un po 'troppo forte.Riformerò la risposta in modo da "indebolire" la prima frase.Saluti!
Vorrei anche sottolineare che l'OP è veloce e lento con precisione.Quel numero 106.183.333,33 deriva da due valori precisi a forse 1,5 e 4 cifre, quindi il massimo che puoi davvero dire è che l'ingrandimento è di circa 1,1E8 (1,1 x 10 ^ 8).All'improvviso la mela diventa un po 'più grande.
ShakesBeerCH
2018-10-03 14:45:58 UTC
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Proviamolo calcolando la dimensione di un atomo mediante tale confronto.

Wikipedia dice:

I coltivatori commerciali mirano a produrre una mela con un diametro compreso tra 7,0 e 8,3 cm (da 2 3⁄4 a 3 1⁄4 pollici), a causa delle preferenze del mercato.

Quindi utilizziamo un raggio medio di $ 3,825 ~ \ text {cm} $ o $ 0,03825 ~ \ text {m}$ e il raggio della terra di $ 6371000 ~ \ text {m} $ per il calcolo.

Quindi il raggio di un atomo viene calcolato come: $$ r_ {atom} = \ frac {r_ {apple} ^ 2} {r_ {earth}} = \ frac {0.03825 ^ 2 ~ \ text {m} ^ 2} {6371000 ~ \ text {m}} $$

Come risultato otteniamo $ 2,296 \ times 10 ^ {- 10} ~ \ text {m} $ che è abbastanza vicino.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
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