Морозов Александр Гавриилович (moralg) wrote,
Морозов Александр Гавриилович
moralg

Categories:

Уроки физики. 8. Все типы сил, придуманных Всевышним.

Из школьной физики нам известны гравитационное и электромагнитное взаимодействия. Но в природе этих типов больше - есть еще сильное (ядерное) и слабое взаимодействия. Какова их природа, в чем их особенности, каковы их интенсивности и каковы пространственные масштабы их действия? Вот эти вопросы и обсудим на этом уроке.


1. Гравитационное и электромагнитное взаимодествия.

В школе вы изучали два типа сил –
гравитационные (всемирного тяготения) и электромагнитные на примере электростатического взаимодействия частиц. Оба эти типа сил имеют одинаковую зависимость от расстояния между взаимодействующими частицами – силы убывают обратно пропорционально квадрату расстояния между ними, а потенциалы – обратно пропорционально первой степени расстояния. И оба эти типа сил имеют одинаковую зависимость от зарядов взаимодействующих частиц - гравитационная сила пропорциональна произведению масс (гравитационных зарядов) частиц, а электростатическая сила пропорциональна произведению электрических зарядов частиц.

Этот удивительнейший факт одинаковых функциональных зависимостей двух разных по своей природе типов взаимодействий дает основания сравнивать их интенсивности на любых расстояниях и, в том числе, на наиболее естественном природном примере. Таковым, на мой взгляд, является пример взаимодействующих протона и электрона в атоме водорода. Отношение интенсивностей этих сил в атоме водорода есть
(при оценке используем систему единиц измерений СГС) :


  Fграв/Fэлектр = Gmpme/e²  0,44*10↑(– 39).       (1)

Гравитационные силы в атоме водорода почти на 40 порядков слабее электростатических! Теперь понятно, почему в атомной физике, химии и биологии на гравитационные силы никто не обращает внимание. Но в движении макроскопических тел, являющихся в практическом плане электрически нейтральными, гравитация может выходить на первый план. Особенно для движущихся в космосе тел.

Гравитационные и электромагнитные силы принято называт дальнодействующими. Формально, то есть, математически, это видно из того факта, что сумма (интеграл) сил от некоего «заряда» по сфере любого радиуса, в центре которого находится этот заряд, не зависит от радиуса. Реально это связано с тем, что эти силы (точнее – изменения потенциалов этих полей) распространяются в пространстве со скоростью света.


2. Сильное (ядерное) взаимодействие.

Только в 30-х годах прошлого века пришли к пониманию о существовании третьего типа сил –
сильного или ядерного взаимодействия. Именно оно удерживает протоны и нейтроны в ядрах атомов, а кварки – в протонах и нейтронах. Характерный потенциал сил ядерного взаимодействия имеет вид (потенциал Юкавы):

U(r) = – k*exp( – r/rо)/r,       (2)

где k – некий коэффициент, а rо10↑(-13) см – характерный размер протона и нейтрона. А коэффициент k таков, что в пределах r < rо силы ядерного взаимодействия интенсивнее электростатических примерно на два порядка (в сотню с небольшим раз). Но на расстояниях r > 5rо ↑5 ~ 150) силы ядерного взаимодействия оказываются уже слабее электростатических.

Знак минус в потенциале Юкавы говорит о том, что ядерные силы есть силы притяжения. Именно они удерживают протоны и нейтроны в ядрах атомов, противодействуя силам электростатического отталкивания между протонами. Но быстрое убывание ядерных сил с расстоянием между частицами приводит к тому, что при
r > 5rо силы электростатического отталкивания между протонами становятся больше ядерных. Возможно поэтому атомов с ядрами, в которых протонов больше чем примерно 120-130 (такое ядро будет иметь радиус r ~ 5rо), существовать просто не может – силы электростатического отталкивания их создать не дадут. По этой причине ядерные силы называют короткодействующими.


3. Слабое взаимодействие.

Есть
еще один тип короткодействующих сил – силы слабого взаимодействия. На практике человек познал их еще с момента открытия радиоактивности. Это взаимодействие ответственно, в основном, за распады частиц. Но как особый тип взаимодействия этот тип сил был понят примерно через полвека после открытия радиоактивности. Характерный масштаб действия таких сил на три порядка меньше размера протона, то есть равен по порядку величины
10↑(-16) см. Поэтому вид их потенциала толком не изучался.


Tags: Уроки физики
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Чем могу быть полезен?

    Еще Козьма Прутков говаривал: Специалист подобен флюсу, полнота его одностороння. К середине 1980-х я тоже стал подобен флюсу, что было…

  • Маленькие рассказы о космосе (18).

    За 10 лет в ЖЖ написал немало постов по космической тематике. Расфасовав их метками по разным подтемам. Но будучи сделанными в разное время по…

  • Уроки физики...

    На 77-м году жизни оказался вновь востребованным. В качестве профессора на 0,5 ставки на той кафедре, которую сам же и создавал в 1988-м в ВолГУ.…

promo moralg march 5, 2018 03:01 44
Buy for 30 tokens
Многие из нас вздрагивают, когда дорогу нам перебегает черная кошка. Но неприятных последствий обычно не возникает и мы быстро забываем о ней. Но два дня назад на северо-восток США обрушилась очередная буря и совершила совсем не очередное действо - сломала дерево, которое 227 лет назад посадил…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 33 comments