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Lösungsskizzen, 3. Tutorium, SS 2016
T9. FREIES TEILCHEN a). System
Die Hamiltonfunktion beschreibt daher ein freies Teilchen in einer Dimension.
b). Phasenraum Γ = R 2
c). Trajektorie Phasenraum
E = const entspricht p = const, d. h. es ergeben sich Geraden parallel zur x-Achse.
dp
dt = 0 → p(t) = p 0 = const
dx dt = p
m = p 0
m → x(t) = x 0 + p 0
m t
T10. HARMONISCHER OSZILLATOR a). System
Die Hamiltonfunktion beschreibt einen harmonischer Oszillator.
b). Phasenraum Γ = R × R
c). Kurven im Phasenraum Die Kurven im Phasenraum sind Ellipsen
d). Bewegungsgleichungen
˙ x = ∂H
∂p = p m
˙
p = − ∂H
∂x = −mω 2 x Mithilfe der Randbedingungen x(0) = x 0 und p(0) = p 0 ergibt sich
x(t) = x 0 cos(ωt) + p 0
mω sin(ωt)
p(t) = p 0 cos(ωt) − mωx 0 sin(ωt)
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T11. TONKS GAS a). Phasenraum Γ
Γ =
p N , q N 0 ≤ q 1 ≤ q 2 · · · ≤ q N −1 ≤ q N ≤ L, p i ∈ R (1)
b). Volumen des Konfigurationsraumes
V (Π) =
Z
0≤q
1≤q
2···≤q
N−1≤q
N≤L
dq N = L N N !
c). Skizze des Konfigurationsraumes für N = 2 Dazu siehe Abb. 1.
q
1q
2L
L
Abbildung 1. Konfigurationsraum Π für N = 2
d). Trajektorie im Konfigurationsraum Es wird folgende Konfiguration gewählt:
q 1 (0) = L/2 q 2 (0) = L/2
p 1 (0) = −p/2
p 2 (0) = p (2)
Mit diesen Anfangswerten ergibt sich folgende Trajektorie Abb. 2. Bei t 1 stößt Teilchen 2 mit der Wand. Ein Stoß q
1q
2L
L L/2
L/2 t
0t
1t
2t
3t
4b b
b
bb
Abbildung 2. Konfigurationsraum Trajektorie
mit der Wand führt dazu, dass sich der Impuls der Teilchen umkehrt. Bei t 2 kollidiert Teilchen 1 mit der linken Wand.
Stoßen beide Teilchen miteinander tauschen sie ihre Impulse, da wir gleich schwere Teilchen angenommen haben. Dies
ist zum Zeitpunkt t 3 der Fall. Zur Zeit t 4 kollidiert Teilchen 1 wieder mit der linken Wand.
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e). Trajektorie Phasenraum
Hierzu betrachten wir aber nur den Unterraum welcher von p 1 und p 2 aufgespannt wird. Es folgt die Trajektorie Abb. 3.
p
1p
2 p2
p
-
p- p
2p 2
p
-
p2
- p
b
t
0b
t
1b
t
2b
t
3b