Következő lapNext Page Arrow

Fizlab (MyPhysicsLab.hu)

Négyatomos molekula mechanikai modellje

This page is part of the website prepared by Sándor Nagy with kind permission from Erik Neumann as a translation to Hungarian of his original site MyPhysicsLab—Physics Simulation with Java.

Ez a szimuláció 4 tömegpontot mutat. Mindegyiket rugó köti a többihez. A tömegek kétdimenziós mozgást végeznek.
Változtatható paraméterek a tömegek, a gravitáció és a csillapítás (súrlódás), továbbá a rugó nyugalmi hossza és merevsége. Az egérrel változtatni lehet bármelyik tömegpont kiindulási helyzetét (mindig azét, amelyik közelebb van a kurzorhoz, amikor kattintunk). A grafikonon ábrázolható fizikai mennyiségek azonosítójában szereplő 0 a piros atomra utal, az 1 pedig a kékre.
Ha nem jön elő a szimuláció, akkor érdemes elolvasni a Java engedélyezéséről szóló instrukciókat.


Az alábbi gombokra kattintva különböző paraméterérték-kombinációk közül választhatunk. Próbáljuk megtalálni az összes stabil konfigurációt!
1 stabil konfiguráció. Energia: 4,63
2 stabil konfiguráció. Energiák: 3,55 és 3,98
1 stabil konfiguráció. Energia: 0,48
Nagyon rugalmasan rezeg: gravitáció és csillapítás nélkül.
Kevésbé rugalmasan rezeg: gyenge gravitációval és csillapítás nélkül.
Hosszú piros rugók, csillapítás nincs, a gravitáció gyenge.

Ha nagy a csillapítás, a gravitáció pedig nulla, akkor az atomok elég hamar megállapodnak valamilyen konfigurációban. Vegyük észre, hogy a piros atomból kiinduló három rugó piros, a maradék három pedig zöld. A piros és a zöld rugók nyugalmi hosszát és merevségét egymástól függetlenül lehet változtatni. Ezáltal aszimmetria vihető be az atomok elrendeződésébe.

A szimmetrikus esetben (ami alatt azt értjük, hogy az összes rugó hossza és & merevsége azonos) csak a négyzetes elrendeződés stabil. (Tulajdonképpen van egy metastabil elrendeződés is, amikor a piros atom középen van, de ez nagyon labilis, és nehéz kiügyeskedni.)

Ha a "Piros rugó hossza 2,5" feliratú gombot választjuk, akkor a piros rugók rövidebbek lesznek, mint a zöldek. Ez aszimmetrikussá teszi az atomok helyzetét. Ebben az esetben 2 stabil konfiguráció van más-más energiaértéknél.

Ha a "Piros rugó hossza 2" választással élünk, akkor a piros rugók sokkal rövidebbek lesznek a zöldeknél. Ettől az egyik stabil lonfiguráció lehetelenné válik, ezért csak egy marad.

Dinamikus rendszerek esetében az ilyesmit bifurkációnak hívják, ami azt jelenti, hogy ha egy paraméter értékét (pl. az adott esetben a rugó hosszát) lassan változtatjuk, akkor egyszer csak hirtelen megváltozik a rendszer stabil állapotainak a száma.

A feltüntetett energiát a kinetikus (mozgási) energia és a potenciális (helyzeti) energia összegeként kapjuk. Az utóbbiban benne van a nyugalmi hosszuktól eltérített rugókban tárolt energia, valamint a gravitációs energia is.

A fordító megjegyzése: Természetesen a molekulák leírására nem a newtoni mechanika érvényes, hanem a kvantummechanika. A fenti applet azonban alkalmas arra, hogy valaki kvantummechanika nélkül is érzékelje a szerkezti kémia jelentőségét, továbbá a különböző konformációk eltérő stabilitását, ill. energiáját. Egyébként az egyik sarok megfelelő "aktív centrum" ahhoz, hogy az oda beszorított molekulában kialakítsuk (katalizáljuk) az említett metastabil konfigurációt, melynek 10,85 körüli energiája van. (Lásd a Kétatomos molekula mechanikai modelljéhez fűzött megjegyzésemet is.)


Látogatószám 2013.02.27. óta:

free hit counters