lenz's law and minor clarifications
authorAndrew Lorimer <andrew@lorimer.id.au>
Thu, 4 Oct 2018 05:46:06 +0000 (15:46 +1000)
committerAndrew Lorimer <andrew@lorimer.id.au>
Thu, 4 Oct 2018 05:46:06 +0000 (15:46 +1000)
physics/final.pdf
physics/final.tex
index 70acaa45f492b83f6d973d18554fdeb7d33ffc8a..db09fd38933f3916809395c7219d207e928d36a7 100644 (file)
Binary files a/physics/final.pdf and b/physics/final.pdf differ
index d9766f637ef1f89d4a4a8fe5e4b72bc4a26bd17a..4628ed0ac6ef18b0fcfa57a0311519543c000455 100644 (file)
@@ -49,7 +49,7 @@
 % -----------------------
   \subsection*{Work and energy}
 
-    $W=Fx=\Delta \Sigma E$ (work)
+    $W=Fs=Fs \cos \theta=\Delta \Sigma E$
 
     $E_K = {1 \over 2}mv^2$ (kinetic)
 
 
     $\operatorname{impulse} = \Delta \rho, \quad F \Delta t = m \Delta v$
 
-    $\Sigma mv_0=\Sigma mv_1$ (conservation)
+    $\Sigma (mv_0)=(\Sigma m)v_1$ (conservation)
 
-    $\Sigma E_{K \operatorname{before}} = \Sigma E_{K \operatorname{after}}$ if elastic
+    $\Sigma E_{K \operatorname{before}} = \Sigma E_{K \operatorname{after}}$ if elastic
 
-    $n$-body collisions: $\rho$ of each body is independent
+    % $\Sigma E_K = \Sigma ({1 \over 2} m v^2) = {1 \over 2} (\Sigma m)v_f$
+
+    if elastic:
+    $$\sum _{i{\mathop {=}}1}^{n}E_K (i)=\sum _{i{\mathop {=}}1}^{n}({1 \over 2}m_i v_{i0}^2)={1 \over 2}\sum _{i{\mathop {=}}1}^{n}(m_i) v_f^2$$
+
+    % $n$-body collisions: $\rho$ of each body is independent
 
 % ++++++++++++++++++++++
 \section{Relativity}
 
     $\therefore \, t$ must dilate as speed changes
 
+    {\bf high-altitude particles:} $t$ dilation means more particles reach Earth than expected (half-life greater when obs. from Earth)
+
     {\bf Inertial reference frame} $a=0$
 
     {\bf Proper time $t_0$ $\vert$ length $l_0$} measured by observer in same frame as events
 % -----------------------
   \subsection*{Energy and work}
 
-    $E_0 = mc^2$ (rest)
+    $E_{\text{rest}} = mc^2, \quad E_K = (\gamma-1)mc^2$
 
-    $E_{total} = E_K + E_{rest} = \gamma mc^2$
+    $E_{\text{total}} = E_K + E_{\text{rest}} = \gamma mc^2$
 
-    $E_K = (\gamma 1)mc^2$
-
-    $W = \Delta E = \Delta mc^2$
+    $W = \Delta E = \Delta mc^2=(\gamma-1)m_{\text{rest}} c^2$
 
 % -----------------------
   \subsection*{Relativistic momentum}
     $$v={\rho \over {m\sqrt{1+{p^2 \over {m^2 c^2}}}}}$$
 
 % -----------------------
-  \subsection*{High-altitude muons}
-    \begin{itemize}
-      {\item $t$ dilation more muons reach Earth than expected}
-      {\item normal half-life $2.2 \operatorname{\mu s}$ in stationary frame, $> 2.2 \operatorname{\mu s}$ observed from Earth}
-    \end{itemize}
 
 % +++++++++++++++++++++++
 \section{Fields and power}
 
     \[T={\sqrt{4 \pi^2 r^3} \over {GM_\text{planet}}}\tag{period}\]
 
-    \[\sqrt[3]{{GMT^2}\over{4\pi^2}}\tag{radius}\]
+    \[r = \sqrt[3]{{GMT^2}\over{4\pi^2}}\tag{radius}\]
 
 % -----------------------
   \subsection*{Magnetic fields}
     % \textbf{Right hand slap:} $B \perp I \perp F$ \\
     % ($I$ = thumb)
 
-    \textbf{Flux-time graphs:} $m \times n = \operatorname{emf}$
+    \includegraphics[width=\columnwidth]{graphics/lenz.png}
+
+    \textbf{Flux-time graphs:} $m \times n = \operatorname{emf}.$
+    If $f$ increases, ampl. \& $f$ of $\mathcal{E}$ increase
 
     \textbf{Transformers:} core strengthens \& focuses $\Phi$
 
   % -----------------------
   $T={1 \over f}\quad$(period: time for one cycle)
   $v=f \lambda \quad$(speed: displacement / sec)
+  $f={c \over \lambda}\quad\hspace{0.7em}$(for $v=c$)
 
   % -----------------------
   \subsection*{Doppler effect}
   % -----------------------
   \subsection*{Interference}
 
-  \includegraphics[width=4.5cm]{graphics/possons-spot.png}
+  \includegraphics[width=4.5cm]{graphics/poissons-spot.png} \\
   Poissons's spot supports wave theory (circular diffraction)
 
   \textbf{Standing waves} - constructive int. at resonant freq
 
   \textbf{Coherent } - identical frequency, phase, direction (ie strong & directional). e.g. laser
 
-  \textbf{Incoherent} - e.g. incandescent bulb
+  \textbf{Incoherent} - e.g. incandescent/LED
 
 
 
   % -----------------------
   \subsection*{Harmonics}
 
-  \(\lambda = {{al} \div n}\quad\) (\(\lambda\) for \(n^{th}\) harmonic)\\
-  \(f = {nv \div al}\quad\) (\(f\) for \(n_{th}\) harmonic at length
-  \(l\) and speed \(v\)) \\
-  where \(a=2\) for antinodes at both ends, \(a=4\) for antinodes at one end
+  1st harmonic = fundamental
+
+  \textbf{for nodes at both ends:} \\
+  \(\hspace{2em} \lambda = {{2l} \div n}\)
+  \(\hspace{2em} f = {nv \div 2l} \)
+
+  \textbf{for node at one end ($n$ is odd):} \\
+  \(\hspace{2em} \lambda = {{4l} \div n}\)
+  \(\hspace{2em} f = {nv \div 4l} \) \\
+  alternatively, $\lambda = {4l \over {2n-1}}$ where $n\in \mathbb{Z}$ and $n+1$ is the next possible harmonic
+
+
+  % \(a=2\) for nodes at both ends, \\ \(a=4\) for node at one end
 
   % -----------------------
   \subsection*{Polarisation}
 
   angle of incidence $\theta_i =$ angle of reflection $\theta_r$
 
-  Critical angle $\theta_c = \sin^-1{n_2 \over n_1}$
+  Critical angle $\theta_c = \sin^{-1}{n_2 \over n_1}$
 
   Snell's law $n_1 \sin \theta_1=n_2 \sin \theta_2$
 
+  ${v_1 \div v_2} = {\sin\theta_1 \div \sin\theta_2}$
+
+  $n_1 v_1 = n_2 v_2$
+
 
 % +++++++++++++++++++++++
 \section{Light and Matter}
   % -----------------------
   \subsection*{Planck's equation}
 
-  \[ f={c \over \lambda},\quad E=hf={hc \over \lambda}=\rho c \]
+  \[ \quad E=hf={hc \over \lambda}=\rho c = qV\]
   \[ h=6.63 \times 10^{-34}\operatorname{J s}=4.14 \times 10^{-15} \operatorname{eV s} \]
   \[ 1 \operatorname{eV} = 1.6 \times 10^{-19} \operatorname{J} \]
 
-  \subsection*{Force of electrons}
-  \[ F={2P_{\text{in}}\over c} \]
-  % \begin{align*}
-    \[ \text{photons / sec} = {\text{total energy} \over \text{energy / photon}} \]
-    \[ ={{P_{\text{in}} \lambda} \over hc}={P_{\text{in}} \over hf} \]
-    % ={P_{\text{in}} \lambda} \over hc}={P_{\text{in}} \over hf}
-  % \end{align*}
-
   \subsection*{De Broglie's theory}
 
   \[ \lambda = {h \over \rho} = {h \over mv} \]
   \[ \rho = {hf \over c} = {h \over \lambda} = mv, \quad E = \rho c \]
+  \[ v = \sqrt{2E_K \div m} \]
   \begin{itemize}
     \item cannot confirm with double-slit (slit $< r_{\operatorname{proton}}$)
     \item confirmed by e- and x-ray patterns
   \end{itemize}
 
+  \subsection*{Force of electrons}
+  \[ F={2P_{\text{in}}\over c} \]
+  % \begin{align*}
+  \[ \text{photons / sec} = {\text{total energy} \over \text{energy / photon}} \]
+  \[ ={{P_{\text{in}} \lambda} \over hc}={P_{\text{in}} \over hf} \]
+  % ={P_{\text{in}} \lambda} \over hc}={P_{\text{in}} \over hf}
+  % \end{align*}
+
   \subsection*{X-ray electron interaction}
 
   \begin{itemize}
-    \item e- stable if $mvr = n{h \over 2\pi}$ where $n \in \mathbb{Z}$
+    \item e- stable if $mvr = n{h \over 2\pi}$ where $n \in \mathbb{Z}$ and $r$ is radius of orbit
     \item $\therefore 2\pi r = n{h \over mv} = n \lambda$ (circumference)
     \item if $2\pi r \ne n{h \over mv}$, no standing wave
     \item if e- = x-ray diff patterns, $E_{\text{e-}}={\rho^2 \over 2m}={({h \over \lambda})^2 \div 2m}$
     \item $V_{\operatorname{sup}} > 0$: attracted to +ve
     \item $V_{\operatorname{sup}} < 0$: attracted to -ve, $I\rightarrow 0$
     \item $v$ of e- depends on shell
-    \item max current depends on intensity
+    \item max $I$ (not $V$) depends on intensity
   \end{itemize}
 
   \subsubsection*{Threshold frequency $f_0$}
@@ -528,7 +546,7 @@ $f \cdot V$ & ${h \over q}$ & $f_0$ & $-\phi \over q$ &
 
   measuring location of an e- requires hitting it with a photon, but this causes $\rho$ to be transferred to electron, moving it.
 
-  \subsection*{Wave-particle duaity}
+  \subsection*{Wave-particle duality}
 
   \subsubsection*{wave model}
   \begin{itemize}