¿Qué constantes debe saber un físico de memoria?

La constante física más importante es la velocidad de la luz, por lo que debe memorizar que su valor es, en unidades geométricas,

[matemáticas] \ displaystyle c = 1. [/ matemáticas]

Si está trabajando en mecánica cuántica o gravedad cuántica, también debe memorizar el valor de la constante de Planck que, en unidades geométricas, lee

[matemáticas] \ displaystyle \ hbar = 1. [/ matemáticas]

Para la relatividad general, por otro lado, es extremadamente importante conocer la constante gravitacional sin dudarlo y su valor es, en unidades geométricas,

[matemáticas] G = 1. [/ matemáticas]

OK, eso fue una broma. Creo que la pregunta fue respondida adecuadamente muchas veces en este hilo. Estoy de acuerdo con la afirmación de que necesita recordar órdenes de magnitud de las constantes, pero el valor numérico se puede encontrar fácilmente en Internet o en cualquier otro lugar.

Creo que es más importante recordar las constantes que aparecen en varias fórmulas. No es su valor numérico. Por ejemplo, en las ecuaciones de Einstein tienes

[matemáticas] R_ {ab} – \ frac {1} {2} \, g_ {ab} \, R = – 8 \ pi T_ {ab}. [/matemáticas]

OK, si entiendes la relatividad, puedes reconstruir fácilmente el lado izquierdo, pero ¿qué constante hay en el lado derecho? ¿Y con qué signo? Hay muchas convenciones que difieren en los signos en diferentes lugares, por lo que es bueno elegir una convención y usarla siempre. (De hecho, en este caso la constante es [matemáticas] 8 \ pi G / c ^ 4 [/ matemáticas], pero G = c = 1 como mencioné anteriormente)

Otro ejemplo puede ser el álgebra de los operadores de creación / aniquilación en mecánica cuántica. Lo es

[matemáticas] [a, a ^ +] = 1 \ qquad \ mathrm {o} \ qquad [a ^ +, a] = 1? [/matemáticas]

Puede responder fácilmente a estas preguntas con un poco de álgebra y recordar algunos hechos elementales, pero mejor que hacerlo cada vez es memorizarlo.

Suena como una trivialidad (¡y lo es!) Pero a veces es muy molesto ver personas que no recuerdan estas cosas y luchan en busca del signo correcto o algo similar. Tuve un muy buen profesor en la universidad, era muy inteligente y sabía muchas cosas. Pero desconocía por completo esos detalles. Entonces, estaba hablando de algo interesante sobre el efecto Aharonov-Bohm. Fue sorprendente y finalmente quiso obtener alguna ecuación para la fase de la función de onda del electrón. Y comenzó la tragedia. Quería introducir el potencial vectorial para el campo magnético, que manejó, y relacionar el potencial escalar y el vector con el campo eléctrico, y por supuesto escribió

[matemática] \ mathbf {E} = – \ nabla \ phi + \ frac {\ partial \ mathbf {A}} {\ partial t}. [/matemáticas]

La convención es que el segundo término en el lado derecho debería aparecer con el signo menos. De todos modos, es solo una cuestión de convención y puedes definir el potencial de la manera que prefieras. Sin embargo, recordó que la condición de Lorenz es

[matemática] \ partial_ \ mu A ^ \ mu = 0, \ qquad A ^ \ mu = (\ phi, \ mathbf {A}) [/ math]

y esto era inconsistente con su definición. Entonces, en lugar de derivar el efecto Aharonov-Bohm, pasó media hora buscando señales faltantes. Entonces, los valores numéricos de las constantes no son tan importantes, pero recordar las definiciones y constantes particulares en forma simbólica sí lo es.

¡Ninguno en absoluto! No recuerdo el valor exacto (*) de ninguna constante física de memoria, simplemente porque no lo necesito. En mi trabajo nunca tengo que usar los valores numéricos reales de las constantes físicas, y si alguna vez surge una situación en la que necesito esos valores, simplemente los busco. (O mejor aún, conecte la ecuación a Wolfram | Alpha y deje que se preocupe por los valores exactos de las constantes …)

Además, en física teórica usamos principalmente unidades naturales, donde algunas constantes muy populares simplemente reciben el valor “uno”: [matemática] c = \ hbar = k_B = 1 [/ matemática], y a veces también [matemática] G = 1 [/ matemáticas]. Así que sí recuerdo los valores de esas constantes, pero eso es trivial, por supuesto.

También recuerdo algunas aproximaciones bien conocidas y fáciles de recordar; la velocidad de la luz es de aproximadamente 300,000 km / s, la constante de estructura fina es de aproximadamente 1/137, la masa del electrón es de aproximadamente 500 keV, y así sucesivamente. Simplemente no hay razón para conocer estas constantes con mayor precisión; para muchos propósitos prácticos, como “controles de cordura” en resultados teóricos para ver si tienen sentido, todo lo que realmente necesito saber es el orden de magnitud de los valores.

(*) Hasta incertidumbre experimental cuando corresponda, por supuesto.

Aquí hay algunos que trato de recordar (no siempre con éxito):

[matemáticas] c \ simeq 3 \ veces 10 ^ 8 ~ {\ rm m} / {\ rm s} [/ matemáticas] (velocidad de la luz),
[matemática] G \ simeq 6.67 \ veces 10 ^ {- 11} ~ {\ rm m} ^ 3 / {\ rm kg} \ cdot {\ rm s} ^ 2 [/ matemática] (constante de Newton),
[matemática] h \ simeq 6.626 \ veces 10 ^ {- 34} ~ {\ rm m} ^ 2 {\ rm kg} / {\ rm s} [/ matemática] (constante de Planck),
[matemáticas] \ alpha \ simeq 1 / 137.036 [/ matemáticas] (constante de estructura fina),
[matemáticas] \ theta_W \ simeq 0.231 [/ matemáticas] (ángulo de Weinberg),
[matemáticas] M_ \ oplus \ simeq 6 \ veces 10 ^ {24} ~ {\ rm kg} [/ matemáticas] (masa de la Tierra),
[matemáticas] R_ \ oplus \ simeq 6.37 \ veces 10 ^ 6 ~ {\ rm m} [/ matemáticas] (radio de la Tierra),
[matemáticas] M_ \ odot \ simeq 2 \ veces 10 ^ {30} ~ {\ rm kg} [/ matemáticas] (masa solar),
[matemáticas] 1 ~ {\ rm AU} \ simeq 1.5 \ veces 10 ^ {11} ~ {\ rm m} [/ matemáticas] (unidad astronómica),
[matemáticas] 1 ~ {\ rm ly} \ simeq 9.46 \ times 10 ^ {15} ~ {\ rm m} \ simeq 10 ^ {16} ~ {\ rm m} [/ math] (año luz),
[matemáticas] 1 ~ {\ rm pc} \ simeq 3.26 ~ {\ rm ly} [/ math] (parsec),
[math] H_0 \ simeq 70 {\ rm km} / {\ rm s} / {\ rm Mpc} [/ math] (constante de Hubble),
[matemáticas] m_e \ simeq 511 ~ {\ rm keV} [/ matemáticas] (masa de electrones),
[math] m_p \ simeq 938 ~ {\ rm MeV} \ simeq 1 ~ {\ rm GeV} [/ math] (masa de protones),
[matemáticas] 1 ~ {\ rm eV} \ simeq 1.6 \ veces 10 ^ {- 19} ~ {\ rm J} [/ matemáticas] (electronvoltio),
[math] R \ simeq 8.314 ~ {\ rm J} / {\ rm K} \ cdot {\ rm mol} [/ math] (constante de gas ideal),
[matemáticas] \ sigma \ simeq 5.67 \ veces 10 ^ {- 8} {\ rm W} / {\ rm m} ^ 2 {\ rm K} ^ 4 [/ matemáticas] (constante de Stefan-Boltzmann),
[matemáticas] 1 ~ {\ rm kiloton} = 4.184 \ veces 10 ^ {12} ~ {\ rm J} = 10 ^ {12} ~ {\ rm cal} [/ math] (equivalente a TNT).

Trabajo en materia condensada / óptica y mi asesor espera que memoricemos (además de lo obvio) las constantes comunes de electromagnetismo y física atómica:
[matemáticas] 4 \ pi \ varepsilon_0 \ aprox [/ matemáticas] 110pF / m

[matemática] Z_0 = 377 [/ matemática] k [matemática] \ Omega [/ matemática] (impedancia del espacio libre)

[matemáticas] \ alpha = \ frac {1} {137} [/ matemáticas] (estructura fina constante)

y para un proyecto reciente
[matemática] R_K = 26 [/ matemática] [matemática] k \ Omega [/ matemática] (constante de von Klitzig, es decir, el cuanto de resistencia)

junto con los factores de conversión para pasar de longitud de onda (nm) a energía (eV) a números de onda (cm [matemática] ^ {- 1} [/ matemática]), y los índices de refracción y las constantes dieléctricas de los materiales comúnmente utilizados (vidrio, GaAs , Titanato de estroncio, etc.)

Pero los que más odio son los [math] 4 \ pi [/ math] ‘y [math] c [/ math]’ que necesitas para pasar del SI a las unidades gaussianas.

Recordar los valores exactos de las constantes no tiene sentido. Lo importante es recordar el orden de magnitud de las constantes. Entonces, la luz tarda aproximadamente un segundo en llegar a la luna, y en un nanosegundo la luz viaja a lo largo de una pajita típica. Estructura fina constante en 1/137. Un electrón es 500 kev.

En la mayoría de las situaciones, desea establecer todas las constantes en 1 y luego colocarlas en palabras clave. También es típico establecer las constantes en números para que los números con los que está trabajando sean números naturales. Por ejemplo, las explosiones de supernovas se miden típicamente en “enemigos” (10 ^ 51 ergios). Esto significa que se trata de números alrededor de 1 o 2.

La mente humana no está diseñada para comprender grandes números, por lo que desea mantener sus números de tamaño razonable.

Olvídate de aprender las constantes de memoria: eso no tiene sentido y no tiene valor.

Sin embargo, debe conocer los valores típicos para varias cantidades (no constantes). Por ejemplo, debe saber que la velocidad del sonido en la atmósfera es de aproximadamente 340 m / s. El valor exacto no es tan importante, pero el orden de magnitud es importante. Este valor explica por qué cuentas tres en una tormenta eléctrica, porque el sonido viaja aproximadamente 1 kilómetro en tres segundos.

Lo mismo se aplica a un montón de otros valores.

Hay constantes que no necesita usar.

Por ejemplo, si está utilizando unidades SI en electromagnetismo, nunca use [math] \ varepsilon_0 [/ math] sino [math] \ frac {1} {\ mu_0 c ^ 2} [/ math].

Pero si calcula condensadores muy a menudo, [math] \ varepsilon_0 = 8.8 \ mathrm {pF / m} [/ math] puede ser útil.

Además, recuerdo que la resistividad por oro del cuadrado es de 0.22 ohm para un espesor de 100 nm (en lugar de recordar 22 nΩ · m). Y sé que el cobre es un poco mejor, algo así como 0.17 en lugar de 0.22. Para calcular la resistividad de un cable de cobre de 1 mm ^ 2, 100 m de largo, creo el cable usando cuadrados: longitud = 100000 (mm para 100 m), espesor 10000 (0.1 micrómetro para 1 mm), resistencia = 0.17 × longitud / espesor = 1.7 ohm. Loco, no?

Incluso para la luz de velocidad, son útiles pequeños números: 1 / c = 3.3 ps / mm es útil para la propagación de eventos pulsados. Ahora soy aficionado a una c = pie ligero / ns.

No hay una regla, pero sucede porque usas las mismas todo el tiempo. No he estado en física durante años, pero aquí, como ejemplo, es mi lista en este momento:

Pi 3.14
e 2.7
c 3e8 m / s
-273C = 0K
R (PV = nRT) 8 en unidades SI
Estructura fina 1/137
Masa de tierra 6e24kg
Pi * 1E7s / a
k_B 1.3e-23
h 6e-34
Masa de protones 1e-27kg
Masa de electrones 1/1836 protón
Avogadro 6e23
g 9.82

Siempre tengo que buscar la permitividad del vacío. 🙂

Así como la energía del enlace químico y las masas exactas de elementos e isótopos.

Definitivamente la velocidad de la luz ~ [matemática] 3 \ veces10 ^ 8 \ matemática {ms} ^ {- 1} [/ matemática], le ayuda a darse cuenta del efecto de la relatividad en experimentos de pensamiento simples. Como físico de plasma, considero que la carga electrónica y la masa, así como [matemáticas] (4 \ pi) \ epsilon_0 [/ matemáticas], son bastante indispensables. También son muy útiles si eres un físico de materia condensada. También es útil para mí convertir aproximadamente de electronvoltios a Kelvin: [math] 1 \ mathrm {eV} \ aprox 10 ^ 4 \ mathrm {K} \ \ (k_b / e) [/ math]. Y la masa de electrones y protones también es buena. Si eres un físico cuántico / de partículas, las cosas son mucho más fáciles: [matemática] \ hbar = 1, c = 1 [/ matemática], etc. 😛 Supongo que los astrofísicos necesitarán memorizar G grande en algún sistema de unidades relevante.
La razón por la que recomiendo aprender algo constante es que si realmente quieres hacer cálculos rápidos en un pedazo de papel o en tu cabeza, no quieres perder el tiempo buscando la constante que usas todo el tiempo. Sin embargo, nunca he hecho un gran esfuerzo para memorizarlos, simplemente sucede. 🙂

Recuerdas de memoria qué números escribes en tu calculadora.

Por ejemplo, sé las longitudes de los acordes de los polígonos al heptágono, porque usé mucho estos números en una calculadora de cuatro funciones. Por ejemplo, los acordes del heptágono tienen una relación de 1: 1.801937736: 2.2469796037.

Es útil conocer algunas constantes, como la velocidad de la luz (983574900 pies / s), o la carga de electrones (15.14E-18 Vb), o incluso la constante de avagadro (273.16e24 Da / lb-mol), pero la mayoría de ellas Realmente no importa. Puedes calcular la masa de electrones del hecho de que 1822.8887 m_e = 1 Da.

Es útil saber pi (3.1415926535897) y 4pi (12.5663706144), pero nunca encontré mucho uso para 2pi. Puede calcular la constante de Planck como 2h = e ^ 2 * 137.035999056, por lo que no tiene mucho sentido allí.

Hay algún beneficio en saber que un metro mide 39.37007974 pulgadas y un kilogramo equivale a 15432.36 granos troy.

Creo que es más importante recordar las relaciones. Por ejemplo, convertir los Estados Unidos a medidas métricas. Incluso aquí, las aproximaciones a menudo son suficientes. Por ejemplo, para convertir centígrados a Fahrenheit, uso F = (C * 2) + 30 en lugar de F = (C * 9/5) + 32. Y viceversa. Esto funciona bastante bien para “temperaturas ambiente”.

es útil saber las constantes de memoria porque le ahorra MUCHO tiempo. En un examen de física (todavía estoy en la escuela) el tiempo es realmente esencial, por lo que es bueno tener que mirar lo menos posible. La constante de Planck es buena para saber, como lo es la constante universal de la gravitación. Otros que encuentro útiles para conocer son, obviamente, c (velocidad de la luz), L (constante de Avogadro que es más útil en química pero aún puede ser útil), masa de un electrón, masa de un protón, carga en electrones (y, por lo tanto, protones ), la permitividad del espacio libre, la permeabilidad del espacio libre y la constante de estructura fina.

1. Porque casi todas las constantes son 1 en el sistema apropiado de unidades. Y se pueden buscar las constantes restantes sin unidades (e, Pi, la constante de estructura fina).

[matemáticas] 5.67 \ veces 10 ^ {- 8} W m ^ {- 2} K ^ {- 4} = \ sigma [/ matemáticas]
es la constante de Stephan Boltzmann. Sin embargo, nunca puedo recordar las unidades. Pero el valor es asombroso.

¡La mejor unidad de todas!

Los que usa todos los días en sus cálculos.
Necesitaba la masa en reposo de un electrón (511 keV) para escapar de los fotopicos.
Beta-efectivo (0.0075) para cálculos de reactividad.
Pi fue útil a veces.

http://www.google.com de memoria.

Sé que es inútil recordar constantes …
Pero recuerdo que la velocidad de la luz es c = 299,792,458 m / s, este es un valor exacto debido a la definición … Muchas otras constantes no son exactas, por lo que las hace aún más inútiles para recordar.

Además de las otras respuestas:

  • [matemáticas] \ pi = 3 [/ matemáticas]
  • [matemáticas] \ pi ^ {2} = 10 [/ matemáticas]
  • [matemáticas] g = 10 [/ matemáticas]
  • hay [matemáticas] \ pi 10 ^ {7} [/ matemáticas] segundos en un año