Найти скорость протона, если его релятивистская масса в 3 раза больше его массы покоя. найти также его кинетическую энергию и полную энергию.

M = mo / √[ 1 – (v/c)² ] ;

1 – (v/c)² = (mo/m)² ;

(v/c)² = 1 – (mo/m)² ;

v = c√[ 1 – (mo/m)² ] ≈ 300 000 √[ 1 – 1/9 ] ≈ 282 000 км/с ;

E = mc² = (m/mo) mo c² ≈ 3*1.67*10^[–27]*9*10^[16] ≈ 451 пДж ≈ 2.82 ГэВ ;

Eк = E – Eo = mc² – moc² = (m–mo)c² = ( mo(m/mo) – mo ) c² ;

Eк = ( (m/mo) – 1 ) mo c² ≈ 2*1.67*10^[–27]*9*10^[16] ≈ 301 пДж ≈ 1.88 ГэВ 

Q (количество теплоты) на плавление потребуется 340 КДж, а на испарение воды (Q1) взятой при 0 градусов по Цельсия - 2720 КДж или 2,72 М (мега) Дж. Всего потребуется (Qобщее) 3060 КДж или 3,06 МДж или 3060000 Дж.

Решение:
Qобщее = Q + Q1;
Q = температура плавления умножить на массу воды (лямда m (масса));
Q1 = Q2 (Нагревание) + Q3 (Испарение);
Q2 = с (Удельная теплоёмкость) m (t2 - t1)
Q3 = r(у кого-то в учебниках L (Удельная теплота парообразования)) m

Q =340000 Дж х 1 кг = 340000 Дж = 340 КДж
Q2 = 4200 х 1 кг (100 - 0) = 420000 Дж = 420 Кдж
Q3 = 2300000 Дж/кг х 1 кг = 2300000 Дж = 2300 КДж
Q1 = 420 КДж + 2300 КДж = 2720 КДж
Qобщее = 340 КДж + 2720 КДж = 3060 КДж = 3,06 МДж
ответ: Q = 3,06 МДж.

Для начала приведем скорости к системе СИ
V=54 км/ч=54000 м/3600c=15м/с
U=72 км/ч=72000 м/3600c=20м/с

квадрат расстояния между автомобилями вычисляем по формуле Пифагора
d²=(L-Vt)²+(L-Ut)²
найдем производную от d²
(d²)'=2(L-Vt)(-V)+2(L-Ut)(-U)
минимальное d² (и соответственно минимальное d) будет в момент времени t, когда (d²)'=0
2(L-Vt)(-V)+2(L-Ut)(-U)=0
V(L-Vt)+U(L-Ut)=0
VL-V²t+UL-U²t=0
L(V+U)=t(V²+U²)

t=450м *(15 м/c+20 м/c)/(15² м²/с²+20² м²/с²)=450 м/(225+400)м/с=25,2с

подставляем это значение t в формулу для d²
d²=(450м-15м/с * 25,2с)²+(450м-20м/с * 25,2с)²=8100 м²
d=90,0м