Síly v přírodě.
V přírodě je jich mnoho odlišné typy síly: gravitace, gravitace, Lorentz, Ampér, interakce stacionárních nábojů atd., ale všechny nakonec vedou k malému počtu základních (hlavních) interakcí. Moderní fyzika věří, že v přírodě existují pouze čtyři typy sil nebo čtyři typy interakcí:
1) gravitační interakce (prováděná prostřednictvím gravitačních polí);
2) elektromagnetická interakce (prováděná prostřednictvím elektromagnetická pole);
3) jaderný (nebo silný) (poskytuje spojení mezi částicemi v jádře);
4) slabý (zodpovědný za procesy rozkladu). elementární částice).
V rámci klasické mechaniky se zabývají gravitačními a elektromagnetickými silami, dále pružnými silami a třecími silami.
Gravitační síly(gravitační síly) jsou síly přitažlivosti, které se řídí zákonem univerzální gravitace. Jakákoli dvě tělesa jsou k sobě přitahována silou, jejíž modul je přímo úměrný součinu jejich hmotností a nepřímo úměrný druhé mocnině vzdálenosti mezi nimi:
kde =6,67×10 –11 N×m 2 /kg 2 – gravitační konstanta.
Gravitace- síla, kterou je těleso přitahováno Zemí. Pod vlivem gravitační síly směrem k Zemi padají všechna tělesa se stejným zrychlením vzhledem k zemskému povrchu, které se nazývá gravitační zrychlení. Podle druhého Newtonova zákona na každé těleso působí síla , zvané gravitace. Aplikuje se na těžiště.
Hmotnost–S bahno, kterým tělo, přitahované k Zemi, působí na závěs nebo podpěru . Na rozdíl od gravitace, která je gravitační silou působící na těleso, je hmotnost pružnou silou působící na podpěru nebo zavěšení. Gravitace se rovná hmotnosti pouze tehdy, když je podpěra nebo zavěšení nehybné vzhledem k Zemi. Pokud jde o modul, hmotnost může být větší nebo menší než gravitační síla. Když zrychlený pohyb podpěra (například výtah nesoucí náklad) pohybová rovnice (s přihlédnutím k tomu, že reakční síla podpěry je rovna velikosti hmotnosti, ale má opačné znaménko ): Þ . Pokud je pohyb nahoru , dolů: .
Když je tělo ve volném pádu, jeho váha rovna nule, tj. je ve stavu stav beztíže.
Elastické síly vznikají v důsledku interakce těles, doprovázené jejich deformací. Elastická (kvazielastická) síla je úměrná posunutí částice z rovnovážné polohy a směřuje do rovnovážné polohy:
Třecí síly vznikají v důsledku existence interakčních sil mezi molekulami a atomy kontaktujících těles. Síly trnů: a) vznikají při kontaktu dvou pohybujících se těles; b) působit rovnoběžně s kontaktní plochou; d) směřující proti pohybu těla.
Tření mezi povrchy pevné látky v nepřítomnosti jakékoli vrstvy nebo maziva se nazývá schnout. Tření mezi pevným a kapalným nebo plynným prostředím a také mezi vrstvami takového prostředí se nazývá viskózní nebo kapalina. Existují tři typy suchého tření: statické tření, kluzné tření a valivé tření.
Statická třecí síla je síla působící mezi tělesy v kontaktu, která jsou v klidu. Má stejnou velikost a opačně směřuje k síle, která nutí těleso k pohybu: ; , kde m je koeficient tření.
Kluzná třecí síla nastává, když jedno těleso klouže po povrchu druhého: a směřuje tangenciálně k třecím plochám do strany, opačný pohyb dané tělo vzhledem k jinému. Koeficient kluzného tření závisí na materiálu těles, stavu povrchů a relativní rychlosti pohybu těles.
Když se tělo převalí přes povrch druhého, valivá třecí síla, která zabraňuje kutálení těla. Valivá třecí síla pro stejné materiály kontaktujících těles je vždy menší než kluzná třecí síla. Toho se v praxi využívá při výměně kluzných ložisek za kuličková nebo válečková.
Elastické síly a třecí síly jsou určeny povahou interakce mezi molekulami látky, která je elektromagnetického původu, proto jsou svou povahou elektromagnetického původu. Gravitační a elektromagnetické síly jsou zásadní – nelze je redukovat na jiné, jednodušší síly. Elastické a třecí síly nejsou zásadní. Základní interakce se vyznačují jednoduchostí a přesností zákonů.
Ve vesmíru existují čtyři typy sil, které určují povahu interakcí mezi objekty. Dvě z nich jsou známé jako gravitační A elektromagnetické. Síla způsobuje změny v určitém systému. Gravitační síly ve vesmíru udržují například planety na jejich oběžné dráze a shromažďují vesmírný prach, což má za následek vznik hvězd. Newtonovy zákony pohybu definují sílu působící na těleso jako součin hmotnosti tohoto tělesa a zrychlení, které přijímá. Elektromagnetické síly působící uvnitř a mezi atomy mají větší dopad než gravitační síly (vzájemná přitažlivost). Elektrické síly působící mezi opačně nabitými protony a elektrony zabraňují rozpadu atomů a molekul. Stejné elektrické síly zajišťují soudržnost mezi pevnými a kapalnými materiály. Ve vesmíru se nazývají další dva typy sil silný A slabé interakce. Působí pouze uvnitř atomových jader a neovlivňují vesmír jako celek.
Ve fyzice zase existuje tzv standardní model - to jsou teoretické představy (soubor rovnic) o čtyřech typech základních sil interakce mezi objekty, které existují ve Vesmíru. Dvě z těchto čtyř interakcí jsou - silný A slabý— objevují se pouze uvnitř atomových jader. Třetí je elektromagnetické interakce a za čtvrté - gravitační.
Dohromady tyto teoretické koncepty umožňují předvídat výsledek jakékoli známé základní interakce. Slabá síla řídí radioaktivní rozpad. Silné interakce se spojují protony A neutrony(také zvaný nukleony) v jádrech atomy, a také na sebe váže elementární částice tzv kvarky, na nukleon. Elektromagnetická interakce se podílí na vytváření světla a dalších typů elektromagnetického záření záření. Váže také atomy do molekul a tvoří všechny nám známé látky. Díky gravitační interakci se v blízkosti hvězdy drží planety, které rotují společně s jejich satelity kolem hvězd a samotné hvězdy se pohybují po svých drahách dovnitř galaxií.
2. Silná interakce
Silná interakce drží protony a neutrony uvnitř atomu. Každý atom se skládá z centrálního kladně nabitého jádra složeného z protonů a neutronů, které zabírá pouze malý zlomek objemu atomu, ale obsahuje většinu jeho hmoty, a z okolního mračna mnohem lehčích záporně nabitých elektronů. Počet elektronů v atomu se rovná počtu nabitých částic v jádře - protonů - a určuje, jak bude daný atom spojen v molekule s ostatními atomy. Protony jsou jedním ze tří typů elementárních částic, které tvoří atom. Elektricky neutrální částice (neutrony) jádra určují jeho hmotnost, ale neovlivňují počet elektronů, a proto nemají téměř žádný vliv na spojení daného atomu s ostatními.
Chemické vlastnosti atomu jsou určeny počtem protonů v jeho jádře a odpovídajícím počtem elektronů obíhajících kolem jádra. Téměř veškerá hmotnost atomu je soustředěna v jádře. Individuální hmotnost protonu a neutronu je přibližně 1800krát větší než hmotnost elektronu.
Když se však fyzici ponořili hlouběji do vnitřního fungování atomu, zjistili, že neutron a proton jsou zase vyrobeny z kvarky, přičemž každý z nich představuje tři kvarky. Hlavní otázkou v moderní fyzice je, zda jsou kvarky také stavěny z ještě menších částic.
Silná interakce , je nejsilnější ze základních interakcí elementárních částic. Silné interakce zahrnují hadrony. (Hadrony tj. kvarky, elementární částice účastnící se silné interakce (baryony a mezony včetně všech rezonancí).
Silná interakce převyšuje elektromagnetickou interakci asi 100x, její rozsah působení je asi 10-13 cm Zvláštním případem silné interakce jsou jaderné síly. Moderní teorií silné interakce je kvantová chromodynamika.
Kvantová chromodynamika je kvantová teorie pole silné interakce kvarků a gluonů, která se uskutečňuje prostřednictvím výměny mezi nimi – gluonů. (Gluony jsou hypotetické elektricky neutrální částice s nulovou hmotností a spinem 1, které interagují mezi kvarky. Podobně jako kvarky mají i gluony kvantovou charakteristiku „barvy“.)
Na rozdíl od fotonů se gluony vzájemně ovlivňují, což vede zejména ke zvýšení síly interakce mezi kvarky a gluony, když se od sebe vzdalují. Předpokládá se, že právě tato vlastnost určuje působení jaderných sil na krátkou vzdálenost a nepřítomnost volných kvarků a gluonů v přírodě.
3. Elektromagnetická interakce
Elektromagnetická interakce, základní interakce zahrnující částice, které mají elektrický náboj (nebo magnetický moment). Nosičem elektromagnetické interakce mezi nabitými částicemi je elektromagnetické pole, neboli kvanta pole - fotony. Pokud jde o „sílu“, elektromagnetická interakce zaujímá střední pozici mezi silnými a slabými interakcemi a má velký dosah. Určuje interakci mezi jádry a elektrony v atomech a molekulách, proto se většina sil projevujících se v makroskopických jevech redukuje na elektromagnetickou interakci: elastické síly, tření, chemická vazba atd. Elektromagnetická interakce vede také k záření elektromagnetické vlny, podílí se na generování světla a dalších typů elektromagnetických záření.
Také váže atomy do molekul, tvoří všechny nám známé látky.
V roce 1647 Francouzský fyzik a filozof Pierre Gassendi navrhl, že atomy se zpočátku spojují do speciálních skupin, které nazval molekuly (od lat. krtci - „hmotnost“, se zdrobnělou příponou cula).
Okamžitě vyvstala otázka: jak vzniká vazba mezi atomy v molekulách? Myšlenka, že atomy jsou spojeny pomocí háčků, nakonec přestala chemiky uspokojovat, protože Ukázalo se, že složité chemické přeměny nelze vysvětlit primitivními mechanickými interakcemi.
V začátek XIX PROTI. Švédský chemik Jens-Jakob Berzelius navrhl elektrochemickou teorii afinity. Věřil, že atomy jsou k sobě přitahovány kvůli přítomnosti dvou opačných elektrických nábojů v každém z nich, které se nacházejí v určité vzdálenosti od sebe.
Myšlenka, že síly držící atomy pohromadě v molekule jsou elektrické povahy, se ukázala jako správná, ale první kroky k pochopení přírody chemická vazba bylo možné udělat až po objevu elektronu a rozvoji elektronové teorie atomové struktury.
V roce 1907 ruský chemik Nikolaj Aleksandrovič Morozov navrhl, že chemická vazba mezi atomy by mohla být výsledkem tvorby elektronových párů. To potvrdil v roce 1916 americký fyzikální chemik Gilbert-Newton Lewis. Podle Lewisových výpočtů se ukázalo, že molekula bude energeticky nejstabilnější, pokud se kolem každého jejího atomu vytvoří osmielektronový obal („elektronový oktet“). Ne nadarmo mají chemicky inertní vzácné plyny právě takovou sadu vnějších elektronů. Chemická vazba je podle Lewise tvořena jedním, dvěma, třemi páry elektronů patřících do oktetů dvou sousedních atomů.
Lewisovy myšlenky jsou pochopitelné a pohodlné, ale neposkytují poznatky o původu sil, které způsobují přitahování neutrálních atomů a tvorbu molekul.
V roce 1927 teoretičtí fyzici vysvětlili vznik molekuly vodíku tímto způsobem. Každý z atomů tohoto prvku má jeden elektron, který zaujímá sférický ls-atomový orbital a je přitahován ke kladně nabitému jádru. Pokud je možné přiblížit dva atomy vodíku, pak každý z elektronů začne být přitahován dvěma jádry nebo (což je totéž) obě jádra budou přitahována elektrony.
V tomto případě se ustaví rovnováha mezi přitažlivými a odpudivými silami (proton-proton a elektron-elektron) a vytvoří se stabilní dvouatomová molekula vodíku.
Aby se zabránilo rozptylu atomů, musí elektrony strávit co nejvíce času mezi jádry. Jak toho dosáhnout?
Atomové orbitaly se při interakci atomů částečně překrývají a vzájemně prostupují. V oblasti pronikání elektronových „mraků“ vzniká dodatečný elektrický náboj.
Oblast částečného překrytí se chová jako nezávislý orbital a platí zde stejná pravidla jako při vyplňování atomových orbitalů včetně Pauliho principu. Podle tohoto principu musí mít dva elektrony v molekule vodíku různé spiny (spin je vlastní magnetický moment elektronu) - jsou označeny protilehlými šipkami: ↓.
Pauliho princip vysvětluje, proč je vytvoření dvouatomové molekuly helia nemožné. Aby byla taková molekula He2 stabilní, musí být v oblasti překrytí čtyři elektrony. Existují však pouze dva směry rotace, což znamená, že mezi jádry mohou být pouze dva elektrony. Zbývající elektrony „roztrhnou“ jádra a atomy se rozletí. Molekula se netvoří. Na překrývání se mohou podílet nejen s-orbitaly, ale i jiné orbitaly. Elektronová mračna atomů se však překrývají a pronikají do sebe pouze tehdy, mají-li podobné energie a stejnou symetrii. Zde je například fluor F, jehož atom má elektronový vzorec [He] 2s22pK Každý atom fluoru má sedm valenčních elektronů – tak se nazývají vnější elektrony schopné tvořit chemickou vazbu. |
Atomové orbitaly obsazené páry elektronů, a to i valenčními, se nepřekrývají ze stejného důvodu jako orbitaly atomů helia. Každý atom fluoru má však jeden orbital s jediným (nespárovým) elektronem – tyto orbitaly se budou navzájem pronikat (překrývat). V oblasti překrytí budou dva elektrony ze dvou atomů fluoru, které je spojí do molekuly.
Různé orbitaly se také mohou překrývat. Tak vzniká vazba v molekule fluorovodíku HF. Faktem je, že s-orbital atomu vodíku a p-orbital atomu fluoru mají různé tvary, ale stejná symetrie: při rotaci kolem osy spojující jádra atomů se shodují samy se sebou. Jeden elektron z obou atomů se nachází v oblasti, kde se tyto orbitaly překrývají. A tak pár elektronů spojuje atomy vodíku a fluoru: získá se molekula HF.
Pro sférické s-orbitaly existuje pouze jedna možnost překrytí, ale p-orbitaly se mohou překrývat různé způsoby. Jeden z nich je znázorněn na příkladu molekuly fluoru. S takovým přesahem, tzv σ vazba. Je tu ale ještě jedna možnost – překrytí s postranními oblastmi elektronového mraku. V tomto případě se tvoří π vazba, která je mnohem slabší než vazba σ a může vzniknout jen navíc k ní. K tomu musí mít dva atomy p-orbitaly, které se mohou podílet na překryvu. Tuto možnost mají atomy kyslíku. Elektronový vzorec atomu kyslíku je [He] 2s 2 2p 4 a zde je šest valenčních elektronů. Atom kyslíku má na jedné p-orbitaly mají dva elektrony a zbývající dva mají každý po jednom. Právě tyto atomové orbitaly s jednotlivými (nespárovými) elektrony se podílejí na překrytí.
Dva p-orbitaly dvou atomů kyslíku umístěných podél čáry spojující jejich jádra se překrývají a tvoří vazbu σ. A p-orbitaly kolmé k této přímce vytvářejí další vazbu π. Vazba se stává dvojitou a na její tvorbě se podílejí dva páry elektronů. Bylo to, jako by atomy kyslíku vztáhly dvě ruce k sobě.
Atom dusíku N (jeho elektronový vzorec je [He] 2s 2 2p 2) ze sedmi elektronů jsou valenční, z nichž pět je umístěno samostatně na třech p-orbitály. Když se elektronová mračna dvou atomů dusíku překrývají, vytvoří se jedna σ a dvě π vazby. To už je trojitá vazba. Vyznačuje se mimořádnou silou a je zřejmé, proč se molekuly dusíku N2 dostávají do kontaktu s takovými obtížemi. chemické reakce. Obecně je výhodné mít několik orbitalů s nepárovými elektrony - můžete vytvořit několik vazeb s jinými atomy. Místo použití dvou vazeb ke vzájemnému spojení v molekule O2 může atom kyslíku k sobě připojit dva atomy vodíku – výsledkem je molekula vody H2O.
Mechanismus vzniku chemické vazby, při kterém je použit jeden elektron z každého atomu, se nazývá výměna. Zde se zdá, že si všechny atomy vyměňují své elektrony.
Pokud si například dva lidé vymění jablka, každý bude mít opět jedno jablko, a pokud si vymění nápady, každý bude mít dvě. Co když je jeden z nich velký vynálezce a má už dva nápady, ale jeho partner žádný? No a během komunikace bude výsledek stejný – každý má dva nápady, které se stanou společnými. Takže pár elektronů v oblasti překrytí se může objevit i tehdy, když se dva orbitaly překrývají - prázdný a jeden se dvěma elektrony. Toto je mechanismus donor-akceptor pro tvorbu chemické vazby: atom donoru se volně rozdává a atom akceptoru přijímá dva spárované elektrony.
Na základě elektromagnetických interakcí se tak vysvětlují nejen elektrické a magnetické jevy, ale také optické, tepelné a chemické.
4. Slabá interakce
Slabá interakce je jednou ze základních interakcí, kterých se účastní všechny elementární částice (kromě fotonu). Slabá interakce je mnohem slabší než silná interakce, ale také elektromagnetická interakce, ale je nezměrně silnější než gravitační interakce. Předpokládaný akční rádius slabé interakce je asi 2·10-16 cm Slabá interakce určuje většinu rozpadů elementárních částic, interakci neutrin s hmotou atd. Slabá interakce je charakterizována porušením parity, podivností. , „kouzlo“ atd. V kon. 60. léta vznikla jednotná teorie slabých a elektromagnetických interakcí (tzv. elektroslabá interakce).
Parita, kvantové číslo, které charakterizuje symetrii vlnové funkce fyzikálního systému nebo elementární částice při některých diskrétních transformacích: pokud během takové transformace y nemění znaménko, pak je parita kladná, pak parita je negativní. Pro absolutně neutrální částice (nebo systémy), které jsou identické s jejich antičásticemi, lze kromě prostorové parity zavést koncepty parity náboje a kombinované parity (u ostatních částic jejich nahrazení antičásticemi mění samotnou vlnovou funkci).
Podivnost(S), celé číslo (nula, kladné nebo záporné) kvantové číslo charakterizující hadrony. Podivnost částic a antičástic je ve znamení opačného. Hadrony s S≠0 se nazývají podivné. Podivnost je zachována v silné a elektromagnetické interakci, ale je narušena (o 1) ve slabé interakci.
"Kouzlo"(kouzlo, kouzlo), kvantové číslo charakterizující hadrony (neboli kvarky); zachována v silné a elektromagnetické interakci, ale je narušena slabou interakcí. Částice s nenulovou hodnotou kouzlo se nazývají "charmed" částice.
Slabá síla například řídí radioaktivní rozpad.
Radioaktivní rozpad - jde o postupné snižování počtu radioaktivních atomů látky při samovolném jaderném rozpadu, v důsledku čehož tyto atomy přecházejí z nestabilního stavu do stabilního. Doba, během níž se polovina takových atomů rozpadne, se nazývá poločas rozpadu. Proces radioaktivního rozpadu je doprovázen emisí částic alfa, nukleonů, elektronů a gama záření, a to buď přímo z nestabilních atomových jader, nebo v důsledku jaderné reakce.
Radioaktivní rozpad je přirozený proces, který kolem nás probíhá neustále. Právě radioaktivní rozpad prvků, jako je uran, thorium a draslík, ohřívá nitro Země. Vnitřní teplo zemského jádra je také generováno radioaktivním rozpadem prvků vytvořených v těle hvězd a zahrnutých do složení primitivní Země v důsledku Velký třesk. Stejné teplo zase dodává energii tektonické aktivitě Země.
Doba potřebná k rozpadu poloviny daného množství radioaktivního materiálu (uvolnění energie) se nazývá poločas rozpadu. Atom se rozkládá štěpením (nebo štěpením) atomové jádro, přechod z nestabilního stavu do stabilního. Všechny radioaktivní látky mají tendenci dosáhnout časem stabilního stavu a tento proces je doprovázen emisí ionizujícího záření. Poločasy různých radioaktivních materiálů se liší od méně než miliontiny sekundy až po miliony let. Poločas rozpadu jakékoli dané látky je konstantní a nezávisí na fyzikálních podmínkách, jako je tlak nebo teplota. Proto lze radioaktivitu použít k odhadu časových intervalů měřením podílu jader, která se již rozpadla. Například měřením množství uhlíku zbývajícího ve fosilii můžeme zjistit, jak dlouho fosilní materiál vznikl.
Poločasy radioaktivní látky Období, která představují pro lidstvo největší hrozbu, nejsou ani příliš krátká, ani příliš dlouhá. Krátkodobé látky ztrácejí svou aktivitu tak rychle, že nepředstavují žádné nebezpečí. Radioaktivita materiálů s velmi dlouhou životností klesá tak pomalu, že je škodlivá ionizující radiace Jsou prakticky bezpečné.
5. Gravitační interakce
Gravitační interakce, univerzální (vlastní všem typům hmoty) interakce, nejslabší ze základních interakcí elementárních částic, má povahu přitažlivosti.
Pokud je tato interakce relativně slabá a tělesa se pohybují pomalu ve srovnání s rychlostí světla ve vakuu S, pak platí Newtonův zákon univerzální gravitace. V případě silných polí a rychlostí srovnatelných s C, je nutné použít obecnou teorii relativity (GTR) vytvořenou A. Einsteinem, která je zobecněním Newtonovy teorie gravitace založené na speciální teorii relativity. Obecná teorie relativity je založena na principu ekvivalence — místní nerozlišitelnosti gravitačních sil a setrvačných sil, které vznikají při zrychlování vztažné soustavy. Tento princip se projevuje v tom, že v daném gravitačním poli se tělesa libovolné hmotnosti a fyzikální povahy pohybují stejným způsobem při stejné počáteční podmínky. Einsteinova teorie popisuje gravitaci jako vliv fyzikální hmoty na geometrické vlastnosti časoprostoru (s.-t.); tyto vlastnosti zase ovlivňují pohyb hmoty a další fyzikální procesy. V takto zakřiveném p.-v. k pohybu těles „setrvačností“ (tedy za nepřítomnosti jiných vnějších sil než gravitačních) dochází po geodetických liniích, podobně jako přímky v nezakřiveném prostoru, tyto linie jsou však již zakřivené. V silné pole gravitace, geometrie běžného trojrozměrného prostoru se ukáže jako neeuklidovská a čas plyne pomaleji než mimo pole. Einsteinova teorie předpovídá konečnou rychlost změny gravitačního pole rovnou rychlosti světla ve vakuu (tato změna se přenáší ve formě gravitačních vln), možnost vzniku černých děr atd. Experimenty potvrzují účinky tzv. obecná teorie relativity.
Po provedení myšlenkových experimentů dospěl Einstein k závěru, že skutečné gravitační pole bude ekvivalentní zrychleným systémům pouze tehdy, bude-li časoprostor zakřivený, tzn. neeuklidovský: „Náš svět je neeuklidovský. Jeho geometrickou povahu tvoří hmoty a jejich rychlosti. Gravitační rovnice obecné teorie relativity se snaží odhalit geometrické vlastnosti našeho světa.“ Velký fyzik vycházel ze skutečnosti, že časoprostorové kontinuum má Riemannovu povahu. A Riemannian (v užším slova smyslu) je prostorem neustálého pozitivního zakřivení. Jeho vizuální obraz je povrch obyčejné koule, na které nejkratší linka není přímá.
Prostor našeho světa tedy z hlediska obecné relativity nemá konstantní nulové zakřivení. Jeho zakřivení se mění bod od bodu a je určeno gravitačním polem. A čas plyne v různých bodech jinak. Gravitační pole není nic jiného než odchylka vlastností reálného prostoru od vlastností ideálního (euklidovského) prostoru. Gravitační pole v každém bodě je určeno hodnotou zakřivení prostoru v tomto bodě. Zakřivení časoprostoru je v tomto případě dáno nejen celkovou hmotností látky, z níž je tělo složeno, ale také všemi druhy energie v něm přítomných, včetně energie všech fyzikálních polí. V obecné relativitě je tedy zobecněn princip identity hmoty a energie speciální teorie relativity: E =mc 2 . Nejdůležitější rozdíl mezi GTR a jinými fyzikálními teoriemi je tedy v tom, že popisuje gravitaci jako vliv hmoty na vlastnosti časoprostoru, tyto vlastnosti časoprostoru naopak ovlivňují pohyb těles a fyzikální procesy v něm jim.
V obecné relativitě je pohyb hmotného bodu v gravitačním poli považován za volný „setrvačný“ pohyb, který se však nevyskytuje v euklidovském, ale v prostoru s měnícím se zakřivením. V důsledku toho pohyb bodu již není přímočarý a rovnoměrný, ale probíhá podél geodetické linie zakřiveného prostoru. Z toho plyne, že pohybová rovnice hmotného bodu, stejně jako světelný paprsek, musí být zapsána ve formě rovnice geodetické přímky zakřiveného prostoru. Pro určení zakřivení prostoru je nutné znát výraz pro složky fundamentálního tenzoru (obdoba potenciálu v Newtonově teorii gravitace). Úkolem je při znalosti rozložení gravitujících hmot v prostoru určit funkce souřadnic a času (složka základního tenzoru); pak můžete zapsat rovnici geodetické přímky a vyřešit problém pohybu hmotného bodu, problém šíření světelného paprsku atd.
Einstein našel obecnou rovnici gravitačního pole (která se v klasickém přiblížení změnila v Newtonův gravitační zákon) a vyřešil tak problém gravitace v r. obecný pohled. Rovnice gravitačního pole v obecná teorie relativita je soustava 10 rovnic. Na rozdíl od Newtonovy teorie gravitace, kde existuje jeden potenciál gravitačního pole, který závisí na jediné veličině – hustotě hmoty, je v Einsteinově teorii gravitační pole popsáno 10 potenciály a může být vytvořeno nejen hustotou hmoty, ale také tokem hmoty. a tok hybnosti.
Dalším zásadním rozdílem mezi GTR a jeho předchůdci fyzikálními teoriemi je odmítnutí řady starých konceptů a formulace nových. GTR tak opouští pojmy „síla“, „potenciální energie“, „inerciální soustava“, „euklidovský charakter časoprostoru“ atd. V GTR se používají netuhá (deformovatelná) referenční tělesa, protože neexistují tuhých těles v gravitačních polích a pohybových hodinách závisí na stavu těchto polí. Takový referenční systém (říká se mu „referenční škeble“) se může libovolně pohybovat a jeho tvar se může měnit, použité hodiny mohou mít libovolně nepravidelný chod. Obecná teorie relativity prohlubuje koncept pole, spojuje dohromady koncepty setrvačnosti, gravitace a časoprostorové metriky a počítá s možností gravitačních vln. Gravitační vlny vznikají proměnným gravitačním polem, nerovnoměrným pohybem hmot a šíří se prostorem rychlostí světla. Gravitační vlny v pozemských podmínkách jsou velmi slabé. Existuje možnost reálného záznamu gravitačního záření vznikajícího při grandiózních katastrofických procesech ve Vesmíru - výbuchy supernov, srážky pulsarů atd.
Seznam použité literatury
1. Albert Einstein a teorie gravitace. - M., 1979. - S. 570.
- Velká řada znalostí. Chemie. - M.: Svět knihy, Ruské encyklopedické partnerství, 2006. - S. 10 - 21.
- Velká encyklopedie Cyrila a Metoděje, 2007. - www.KM.ru [elektronický multiportál]
4. Brenan R. Slovník vědecké gramotnosti. - M: Mir, 1997. - 368 s.
5. Grushevitskaya T.G., Sadokhin A.P., Concepts moderní přírodní vědy: Učebnice pro vysoké školy. - M., 2002.
6. Ilčenko V.R. Křižovatka fyziky, chemie a biologie. - M.: Vzdělávání, 1986. - S.134 - 140.
7. Naydysh V.M., Pojmy moderních přírodních věd: učebnice. - ed. 2., revidovaný a doplňkové - M.: Alfa-M, INFRA-M, 2004.
8. Filosofické problémy přírodních věd. - M.: postgraduální škola, 1985.
9. Einstein A., Infeld L., Evoluce fyziky. - M., 1965.
Příručka obsahuje soubor podpůrných poznámek a víceúrovňových úloh sestavených podle aktuální učebnice fyziky a nového vzdělávacího standardu.
Podpůrné poznámky ve formě schematických bloků vzdělávací informace(vzorce, kresby, symboly atd.) pokrývají všechna hlavní témata kurzu fyziky 7. ročníku a představují integrální struktura. Optimální možností výuky je, když je učitel systematicky aplikuje ve své práci při prezentaci nového materiálu, při dotazování a při systematizaci znalostí.
PEVNÝ
- má tvar a objem
- obtížné změnit tvar a objem
- molekuly (atomy) jsou uspořádány v přísném pořadí (krystaly), blízko sebe
- silná přitažlivost mezi molekulami (atomy)
- molekuly (atomy) kmitají kolem určitého bodu
KAPALINA
- přebírá tvar nádoby, ve které se nachází
- snadno mění tvar
- udržuje objem (obtížně se mění)
- molekuly jsou umístěny blízko sebe
- molekuly se nevzdalují na velké vzdálenosti
- přitažlivost mezi molekulami není příliš silná
- molekuly náhle změní polohu
- kapaliny jsou tekuté
PLYN
- nemají vlastní tvar a konstantní objem
- zcela vyplňte poskytnutý objem
- snadno měnit objem a tvar
- molekuly jsou umístěny daleko od sebe
- molekuly k sobě nemají téměř žádnou přitažlivost
OBSAH
Předmluva 3
Podpůrné poznámky
OK-7.1 Úvod 4
OK-7.2 Fyzikální veličiny a jejich měření 5
OK-7.3 Cenové rozdělení měřidel 6
OK-7.4 Hlavní etapy ve vývoji fyziky 7
OK-7.5 Struktura hmoty 8
OK-7.6 Difúze 9
OK-7.7 Interakce molekul 10
OK-7.8 Tři skupenství hmoty 11
OK-7.9 Mechanický pohyb 12
OK-7.10 Rovnoměrný a nerovnoměrný pohyb 13
OK-7.11 Setrvačnost 14
OK-7.12 Interakce těles 15
OK-7,13 Tělesná hmotnost 15
OK-7.14 Hustota hmoty 16
OK-7,15 Síla 17
OK-7.16 Fenomén gravitace. Gravitace 18
OK-7.17 Elastická síla. Hookův zákon 19
OK-7,18 Tělesná hmotnost 20
OK-7.19 Přidání sil 20
OK-7,20 Třecí síla 21
OK-7.21 Tlak 22
OK-7.22 Tlak plynu 23
OK-7.23 Pascalův zákon 24
OK-7.24 Tlak v kapalině a plynu 24
OK-7.25 Komunikační nádoby 25
OK-7.26 Atmosférický tlak 26
OK-7.27 Měření atmosférický tlak 26
OK-7.28 Hydraulický stroj 27
OK-7.29 Vztlaková síla 28
OK-7.30 Archimédův zákon 29
OK-7.31 Plovoucí tělesa 30
OK-7.32 Navigace lodí 30
OK-7.33 Aeronautika 30
OK-7.34 Mechanické práce 31
OK-7,35 Výkon 31
OK-7.36 Jednoduché mechanismy 32
OK-7,37 Páka 32
OK-7.38 Blok 33
OK - 7,39 " zlaté pravidlo» mechanika 33
OK-7,40 Energie 34
Víceúrovňové úkoly
RZ-7.1. Mechanický pohyb (problémy s výpočtem) 35
RZ-7.2. Mechanický pohyb (grafické úlohy) 39
RZ-7.3. Hustota látky 46
RZ-7.4. Síly v přírodě 49
RZ-7.5. Tlak pevných látek 51
RZ-7.6. Tlak kapalin a plynů 55
RZ-7.7. Archimédova moc 62
RZ-7.8. Mechanické práce 68
RZ-7.9. Síla 72
RZ-7.10. Jednoduché mechanismy. Účinnost mechanismů. Energie 75
Odpovědi 81
Tabulky fyzikální veličiny 90
Základní vzorce 93.
Stáhněte si e-knihu zdarma ve vhodném formátu, sledujte a čtěte:
Stáhněte si knihu Fyzika, ročník 7, Základní poznámky a víceúrovňové úkoly, Maron A.E., 2009 - fileskachat.com, rychlé a bezplatné stažení.
- Základní poznámky a víceúrovňové úkoly, stupeň 7, K učebnici pro všeobecně vzdělávací instituce A.V. Peryshkin „Fyzika“, Maron E.A., 2016
ZÁKLADNÍ SÍLY
ZÁKLADNÍ SÍLY, čtyři základní síly, které zná moderní fyzika. Nejznámější a nejslabší je GRAVITY. Gravitační síla mezi Zemí a objektem vysvětluje pojem HMOTNOST objektu. Mnohem silnější je ELEKTROMAGNETICKÁ SÍLA působící mezi elektricky nabitými částicemi. Díky ní se atomy k sobě přitahují a chemicky je na sebe váže. Dvě další známé síly působí pouze na subatomární úrovni: slabá jaderná síla, spojená s rozpadem částic, střední úrovně mezi gravitačními a elektromagnetickými silami; Silná jaderná síla, která je spojena s "lepidlem", které spojuje jádra dohromady, je nejmocnější silou známou v přírodě.
.
Podívejte se, co je „FUNDAMENTAL FORCES“ v jiných slovnících:
HNACÍ SÍLY, viz ZÁKLADNÍ SÍLY ... Vědecké a technické encyklopedický slovník
- ... Wikipedie
Středová síla je síla, jejíž čára působení v jakékoli poloze tělesa, na které působí, prochází bodem zvaným střed síly (bod na obr. 1). V tomto případě je tělo zpravidla považováno za hmotný bod a střed je také... ... Wikipedia
Klasická mechanika Druhý Newtonův zákon Historie... Základní pojmy... Wikipedie
Ve fyzice jsou konzervativní síly (potenciální síly) síly, jejichž práce nezávisí na tvaru trajektorie (závisí pouze na počátečním a koncovém bodě působení sil). Definice tedy následuje: konzervativní síly jsou ty síly, jejichž práce je ... ... Wikipedie
Ve fyzice jsou konzervativní síly (potenciální síly) síly, jejichž práce nezávisí na tvaru trajektorie (závisí pouze na počátečním a koncovém bodě působení sil). To vede k následující definici: konzervativní síly jsou síly, které působí na... ... Wikipedii
Typ ozbrojených sil je hlavní složkou námořní síly státu, charakterizující jeho schopnost ovládat oceánské (námořní) komunikace. Moderní námořnictvo zahrnuje nejen lodě, letadla a rakety, ale také pobřežní služby,... ... Collierova encyklopedie
Moderní encyklopedie
Jaderné síly- JADERNÉ SÍLY, síly, které drží nukleony (protony a neutrony) v jádře. Jaderné síly působí pouze ve vzdálenostech ne větších než 10-13 cm, jsou 100-1000krát větší než síla interakce elektrických nábojů a nezávisí na náboji nukleonů. Jaderné síly... Ilustrovaný encyklopedický slovník
knihy
- Základní myšlenky finančního světa. Evoluce, Peter Bernstein. O čem kniha pojednává Kniha je téměř celá věnována praktické aplikaci teoretického vývoje, proměně jejich formy a obsahu v souvislosti s technickým pokrokem. Díla Harryho Markowitze a...
Jedním z největších úspěchů fyziky za poslední dvě tisíciletí byla identifikace a definice čtyř typů interakcí, které řídí vesmír. Všechny se dají popsat řečí polí, za kterou vděčíme Faradayovi. Bohužel však žádný ze čtyř druhů nemá plné vlastnosti silových polí popsaných ve většině děl sci-fi. Uveďme seznam těchto typů interakce.
1. Gravitace. Tichá síla, která nedovolí našim nohám opustit oporu. Zabraňuje rozpadu Země a hvězd a pomáhá udržovat integritu Sluneční Soustava a galaxie. Bez gravitace by nás rotace planety vyhnala ze Země do vesmíru rychlostí 1000 mil za hodinu. Problém je v tom, že vlastnosti gravitace jsou přesně opačné než vlastnosti fantastických silových polí. Gravitace je síla přitažlivosti, nikoli odpuzování; je extrémně slabý – samozřejmě relativně; funguje na obrovské, astronomické vzdálenosti. Jinými slovy, je to téměř pravý opak ploché, tenké, neproniknutelné bariéry, kterou lze nalézt téměř v každém vědeckofantastickém románu nebo filmu. Například pírko k podlaze přitahuje celá planeta – Země, ale zemskou gravitaci můžeme snadno překonat a pírko zvednout jedním prstem. Náraz jednoho z našich prstů dokáže překonat gravitační sílu celé planety, která váží více než šest bilionů kilogramů.
2. Elektromagnetismus (EM). Síla, která osvětluje naše města. Lasery, rádio, televize, moderní elektronika, počítače, internet, elektřina, magnetismus – to vše jsou důsledky projevu elektromagnetické interakce. Možná je to nejužitečnější síla, kterou se lidstvu podařilo za celou svou historii využít. Na rozdíl od gravitace může působit jako přitahování i odpuzování. Pro roli silového pole se však nehodí z několika důvodů. Za prvé, může být snadno neutralizován. Například plast nebo jakýkoli jiný nevodivý materiál snadno pronikne silným elektrickým nebo magnetickým polem. Kus plastu vhozený do magnetického pole jím volně proletí. Za druhé, elektromagnetismus působí na velké vzdálenosti a není snadné se soustředit v rovině. Zákony EM interakce jsou popsány rovnicemi Jamese Clerka Maxwella a zdá se, že silová pole nejsou řešením těchto rovnic.
3 a 4. Silné a slabé jaderné interakce. Slabá interakce je síla radioaktivního rozpadu, ta, která zahřívá radioaktivní jádro Země. Tato síla stojí za sopečnými erupcemi, zemětřeseními a unášením kontinentálních desek. Silná interakce zabraňuje rozpadu atomových jader; dodává energii slunci a hvězdám a je zodpovědný za osvětlení vesmíru. Problém je v tom, že jaderná síla působí pouze na velmi malé vzdálenosti, většinou uvnitř atomového jádra. Je tak pevně svázán s vlastnostmi samotného jádra, že je extrémně obtížné jej ovládat. V současnosti známe pouze dva způsoby, jak tuto interakci ovlivnit: můžeme rozbít subatomární částici na kousky v urychlovači nebo odpálit atomovou bombu.
Přestože ochranná pole v sci-fi a neposlouchejte známé fyzikální zákony, stále existují mezery, které pravděpodobně v budoucnu umožní vytvoření silového pole. Za prvé, existuje možná pátý typ základní interakce, kterou zatím nikdo v laboratoři neviděl. Může se například ukázat, že tato interakce funguje pouze na vzdálenosti několika palců na stopu – a nikoli na astronomické vzdálenosti. (Nicméně první pokusy odhalit pátý typ interakce přinesly negativní výsledky.)
Za druhé, můžeme být schopni dosáhnout toho, aby plazma napodobovalo některé vlastnosti silového pole. Plazma je „čtvrté skupenství hmoty“. První tři nám známá skupenství hmoty jsou pevné, kapalné a plynné; nejběžnější formou hmoty ve vesmíru je však plazma: plyn složený z ionizovaných atomů. Atomy v plazmatu nejsou navzájem propojené a postrádají elektrony, a proto mají elektrický náboj. Lze je snadno ovládat pomocí elektrických a magnetických polí.
Viditelná hmota vesmíru existuje z větší části ve formě různých typů plazmatu; z něj vzniká slunce, hvězdy a mezihvězdný plyn. V obyčejný život s plazmou se téměř nikdy nesetkáme, protože tento jev je na Zemi vzácný; plazma je však vidět. Chcete-li to provést, stačí se podívat na blesk, slunce nebo obrazovku plazmové televize.