Содержание

Сводная таблица «Силы в природе»

Сила упругости возникает при деформации тела (то есть при изменении объема или формы тела).

Электромагнитная

Сила вызвана взаимодействием протонов и электронов, входящих в состав атомов веществ.

Закон Гука

Модуль силы упругости прямопропорционален изменению длины тела

 

 —  изменение длины тела

 – коэффициент жесткости тела

 

состояние равновесия тела

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сила упругости всегда направлена в сторону, противоположную смещению частиц вещества при деформации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 (всегда перпендикулярна поверхности опоры).

 

Вес тела:

 

 

 

 

 

 

 

 

Вес тела приложен к опоре или подвесу (всегда перпендикулярен поверхности опоры).

 

По III закону Ньютона:

 

Сила трения возникает при соприкосновении поверхностей тел.

Электромагнитная

Сила вызвана взаимодействием протонов и электронов, входящих в состав атомов веществ соприкасающихся поверхностей.

 

 – коэффициент трения (зависит от качества обработки соприкасающихся поверхностей и веществ, из которых они изготовлены)

 – всегда

 

Формула справедлива для силы трения скольжения и максимальной силы трения покоя.

Сила трения покоя:

 

 

 

 

 

Сила трения скольжения:

 

 

 

 

 

 

 

Сила трения качения

 

Сила трения направлена в сторону противоположную движения (или возможного движения для силы трения покоя) тела.

 

 
 

 

 

 

 

 

Гравитационная сила

Гравитационная

Закон всемирного тяготения

Любые два тела притягиваются друг к другу с силой прямопропорциональной произведению масс этих тел и обратнопропорциональной квадрату расстояния между этими телами.

 – гравитационная постоянная

 

Границы применимости

 

 

две материальные точки

 

 

 

 

 

 

 

                                                                  

 

 

два шара (r – расстояние между центрами шаров)

 

 

 

 

 

                    

 

 

 

 

шар большого радиуса и тело на его поверхности (r- радиус большого шара)

Сила тяжести:

 – тело вблизи поверхности планеты

 

 — ускорение свободного падения у поверхности планеты

 

 
 

 

 – тело на высоте h над поверхностью планеты

 

 — ускорение свободного падения тела, находящегося на высоте h над поверхностью планеты

Движение спутников

 – первая космическая скорость у поверхности планеты (

 – первая космическая скорость у поверхности планеты

 — первая космическая скорость на высоте h над планетой

 

 — первая космическая скорость на высоте h над планетой

 

 

 – радиус планеты

 

 – масса планеты

 

h – высота над поверхностью планеты

 

Сила Архимеда возникает при погружении тела в жидкость или газ.

Электромагнитная

 – плотность жидкости или газа

 — объем погруженной в жидкость или газ части тела

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поведение тела, находящегося в жидкости или газе, зависит от соотношения между модулями силы тяжести Fт и архимедовой силы Fа, которые действуют на это тело. Возможны следующие три случая:

Fт>FАр— тело тонет;

Fт=FАр— тело плавает внутри жидкости или газе на любой глубине;

Fт<FАр— тело всплывает до тех пор, пока  Fт=Fа за счет уменьшения объема погруженной части тела, затем начнет плавать на поверхности жидкости.

 

Условие плавания тела

Fт=FАр

Силы в природе — Класс!ная физика

Силы в природе

Подробности
Просмотров: 607

«Физика — 10 класс»

В главе 2 мы ввели понятие силы как количественной меры действия одного тела на другое.
В этой главе мы рассмотрим, какие силы рассматриваются в механике, чем определяются их значения.

Много ли видов сил существует в природе?
Перечислите известные вам силы.
Какую природу они имеют — гравитационную или электромагнитную?

На первый взгляд кажется, что мы взялись за непосильную и неразрешимую задачу: тел на Земле и вне её бесконечное множество.
Они взаимодействуют по-разному.

Так, например, камень падает на Землю; электровоз тянет поезд; нога футболиста ударяет по мячу; потёртая о мех эбонитовая палочка притягивает лёгкие бумажки, магнит притягивает железные опилки; проводник с током поворачивает стрелку компаса; взаимодействуют Луна и Земля, а вместе они взаимодействуют с Солнцем; взаимодействуют звёзды и звёздные системы, луч света отражается от зеркала и т. д.

Подобным примерам нет конца.

Похоже, что в природе существует бесконечное множество взаимодействий (сил)?
Оказывается, нет!

Четыре типа сил.

В безграничных просторах Вселенной, на нашей планете, в любом веществе, в живых организмах, в атомах, в атомных ядрах и в мире элементарных частиц мы встречаемся с проявлением всего лишь четырёх типов сил: гравитационных, электромагнитных, сильных (ядерных) и слабых.

Гравитационные силы, или силы всемирного тяготения, действуют между всеми телами, имеющими массу, — все тела притягиваются друг к другу.

Но это притяжение существенно обычно лишь тогда, когда хотя бы одно из взаимодействующих тел так же велико, как Земля или Луна.
Иначе эти силы столь малы, что ими можно пренебречь.

Электромагнитные силы действуют между частицами, имеющими электрические заряды.

Сфера их действия особенно обширна и разнообразна.

В атомах, молекулах, твёрдых, жидких и газообразных телах, живых организмах именно электромагнитные силы являются главными.
Такие, казалось бы, чисто механические силы, как силы трения и упругости, имеют электромагнитную природу.
Велика их роль в атомах.

Ядерные силы действуют между частицами в атомных ядрах и определяют свойства ядер.

Область действия ядерных сил очень ограничена.


Они заметны только внутри атомных ядер (т. е. на расстояниях порядка 10-15 м).
Уже на расстояниях между частицами порядка 10-13 м (в тысячу раз меньших размеров атома — 10-10 м) они не проявляются совсем.

Слабые взаимодействия вызывают взаимные превращения элементарных частиц, определяют радиоактивный распад ядер, реакции термоядерного синтеза.

Они проявляются на ещё меньших расстояниях, порядка 10-17 м.

Ядерные силы — самые мощные в природе.

Если интенсивность ядерных сил принять за единицу, то интенсивность электромагнитных сил составит 10-2, гравитационных — 10-40, слабых взаимодействий — 10-16.

Сильные (ядерные) и слабые взаимодействия проявляются на таких малых расстояниях, когда законы механики Ньютона, а с ними вместе и понятие механической силы теряют смысл.

Интенсивность сильного и слабого взаимодействий измеряется в единицах энергии (в электрон-вольтах), а не единицах силы, и потому применение к ним термина «сила» объясняется многовековой традицией все явления в окружающем мире объяснять действием характерных для каждого явления «сил».

В механике мы будем рассматривать только гравитационные и электромагнитные взаимодействия.

Силы в механике.

В механике обычно имеют дело с тремя видами сил — силами тяготения, силами упругости и силами трения.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский



Динамика — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Основное утверждение механики — Сила — Инертность тела. Масса. Единица массы — Первый закон Ньютона — Второй закон Ньютона — Принцип суперпозиции сил — Примеры решения задач по теме «Второй закон Ньютона» — Третий закон Ньютона — Геоцентрическая система отсчёта — Принцип относительности Галилея. Инвариантные и относительные величины — Силы в природе — Сила тяжести и сила всемирного тяготения — Сила тяжести на других планетах — Примеры решения задач по теме «Закон всемирного тяготения» — Первая космическая скорость — Примеры решения задач по теме «Первая космическая скорость» — Вес. Невесомость — Деформация и силы упругости. Закон Гука — Примеры решения задач по теме «Силы упругости. Закон Гука» — Силы трения — Примеры решения задач по теме «Силы трения» — Примеры решения задач по теме «Силы трения» (продолжение) —

Повторительно-обобщающий урок в 10 классе «Основы динамики. Силы в природе»

Урок по физике

по теме:

«Повторительно-обобщающий урок «Основы динамики. Силы в природе»

10 класс

Тип урока: Обобщение изученного материала.

Тема урока: «Основы динамики. Силы в природе. Решение задач».

Цель урока:

1.  Совершенствование умений решения задач по теме «Основы динамики», применять знания о сложении и вычитании векторов к решению физических задач.2.  Развитие элементов творческой деятельности учащихся.

3. Воспитание в учениках средствами урока уверенность в своих силах.

 Задачи урока:Образовательные:- формировать практические навыки решения задач;- учить обучающихся использовать теоретические знания для решения задач;Развивающие: — развивать умения применять математические знания в измененной ситуации при решении физических задач;- развивать умение работать с текстом;- развивать коммуникативные умения обучающихся;- развивать умение обучающихся формулировать и выражать собственные мысли;Воспитательные:- способствовать формированию научного мировоззрения;- учить детей видеть практическую пользу знаний.

Оборудование:

•  Бруски

•  Динамометры

•  Лента измерительная

Наглядные пособия и раздаточный материал:

•  Обобщающая таблица

•  Тестовые задания

•  Карточки с текстами задач

Ход урока

I. Обобщение материала по теме: «Законы динамики. Силы в природе».

Весь мир игра, а люди в нем актеры. Представьте, что вы пришли устраиваться на престижную работу. Здесь находится комиссия, которая проводит с вами собеседование. Сегодня мы распределим роли таким образом:

Вы презентуете себя, свои знания для поступления на престижную работу, требующую знаний законов динамики. ( У каждого на столе флажок с именем и фамилией)

Наши гости – независимые эксперты, выставляющие вам оценку.

Ну а я работодатель, оцениваю вашу профпригодность по средней оценке независимых экспертов.

Итак начнем.

Я хотела бы знать не сколько хорошо вы знаете теоретический материал — формулы, законы, определения. Предлагаю отгадать загадки и назвать силы.

ЗАГАДКИ

С утра сегодня тарарам,Пляшут вещи тут и там,А мы кричим от радости:“Исчезла сила … (…)!”

Вызвали меня к доске, Я стою в большой тоске.Мел держать не в силах я, Ох, и где ж ты сила (…)!

Вот дощечка через речкуПо ней как речку перейти?Шагом иль бегом без трудностиПоможет мне сила (…).

Силу надо мне измеритьКакой прибор беру я смело?Не амперметр, не вольтметр,А прибор (…)!

Измеряем массу в килограммах,Время точно уж в секундах, Ну а силу круто так Измеряем в (…).

На доске нарисована обобщающая таблица по силам. Заполнить эту таблицу. Задание

выполняет 1 учащийся.

Теперь меня интересует, насколько хорошо вы можете применять свои знания в объяснении различных жизненных ситуациий. Предлагаю вам выбрать одну из задач и дать ответ. Ответ прошу остальных учащихся прокоментировать ответ на вопрос. Это тоже будет учитываться экспертами.

Качественные задачи

1.   Два вагона разных масс движутся с одинаковой скоростью. Как изменится скорость вагонов, если приложить к ним одну и ту же силу, препятствующую движению. Какой из вагонов раньше остановится?

2.  Почему автомобилю трудно тронуться с места на обледенелой улице?

4. Человек прыгает со стула, держа в руке гирю в 10 кг. С какой силой давит гиря на руку человека в то время, когда он находится в воздухе?

5. Почему медицинские иглы полируют до зеркального блеска?

6. Однажды семикласник Вася, только что изучивший на уроке физики взаимодействие тел, был сбит с ног нечаянно выскочившим из школы третьекласником Димочкой. С какой целью Вася после этого случая гнался за Димочкой полтора часа?

Ответ: чтобы привести в исполнение закон природы, по которому действие тела на другое тело не может быть односторонним. Всякое действие рождает противодействие.

Теперь я хочу проверить вашу коммуникабельность. Коммуника́бельность (новолат. соединимый, сообщающийся) — способность к общению, к установке связей, контактов, общительность.

Для этого предлагаю вам объединиться в группы и выполнить экспериментальное задание. (Приборы на столе, задание написано на листке бумаги)

Положите брусок на стол и отметьте его начальное положение. Толкните брусок рукой и заметьте его новое положение на столе. Измерив, тормозной путь, модуль силы трения скольжения, вес тела и определив массу тела, вычислите модуль начальной скорости и время торможения бруска.

S (м)

m (кг)

Fтр (Н)

v0 (м/с)

v (м/с)

а (м/с2)

t (c)

Fтр =

Проанализировать работу

Задания наши усложняются, поэтому необходимо сделать небольшой перерыв, то есть физкультминутку.

На каждой работе цениться человек эрудированный. Эруди́ция (от лат. eruditia — ученость, познания) — широкие (но не глубокие) познания.

Поэтому я предлагаю вам решить задачу, объединяющую знания по физике, истории, литературе и математике

— Какое произведение иллюстрирует этот рисунок?-Кто автор этого произведения?-Прочтите строки из басни.

«Однажды Лебедь, Рак да ЩукаВезти с поклажей воз взялисьИ вместе, трое, все в него впряглись;Из кожи лезут вон,А возу все нет ходу!Поклажа бы для них казалась и легка:Да Лебедь рвется в облака,Рак пятится назад,А Щука тянет в воду!Кто виноват из них, кто прав –Судить не нам;Да только воз и ныне там!»(И.А.Крылов)- Каков смысл этой басни?В басне выражено скептическое отношение к Александру I, она высмеивает неурядицы в Государственном Совете 1816 г. реформы и комитеты, затеваемые Александром I, не в силах были стронуть с места глубоко увязший воз самодержавия. В этом-то, с политической точки зрения, Иван Андреевич был прав. — Каков физический аспект басни? Прав ли Крылов в том, что воз и ныне там?- Как вы считаете, какие знания необходимы для решения этой задачи?(Ответ: определить силы, действующие на тело и равнодействующую сил, правила нахождения равнодействующей сил) -Какая сила называется равнодействующей сил? сила, равная геометрической сумме всех приложенных к телу (точке) сил, называется равнодействующей или результирующей силой.

-Чему равна равнодействующая сил на этом рисунке? Рисунок 1

R=0, т.к. |F1 | = |F2| 

-Как ведет себя данное тело? (Ответ: либо покоится, либо движется прямолинейно и равномерно)-Какой закон Ньютона это подтверждает?(Ответ: I закона Ньютона: существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано)-Какое правило векторов необходимо применить для нахождения равнодействующей сил?(Ответ: сложение и вычитание векторов)-Как можно, опираясь на определение равнодействующей силы, сформулировать I закон Ньютона?«Если равнодействующая сил, приложенных к телу, равна…, то тело сохраняет свое состояние … или … прямолинейного движения»-Как поступить при нахождении равнодействующей, если силы, приложенные к телу, направлены в одну сторону по одной прямой?Задача №1 (решение задачи №108 Григория Остера из задачника «Физика»)Дед, взявшись за репку, развивает силу тяги до 600 Н, бабка – до 100 Н, внучка – до 50 Н, Жучка – до 30 Н, кошка – до 10 Н и мышка – до 2 Н. Чему равна равнодействующая всех этих сил, направленных по одной прямой в одну и ту же сторону? Справилась бы с репкой эта компания без мышки, если силы, удерживающие репку в земле, равны 791 Н?Вычислить алгебраически:(Ответ. Модуль равнодействующей силы, равный сумме модулей сил, с которыми дед тянет за репку, бабка за дедку, внучка за бабку, Жучка за внучку, кошка за Жучку, а мышка за кошку, будет равен 792 Н. Вклад мускульной силы мышки в этот могучий порыв равен 2 Н. Без Мышкиных ньютонов дело не пойдет.А если действующие на тело силы направлены под прямым углом друг к другу? Вычислить геометрически.Мы все повторили для того, чтобы ответить на вопрос, прав ли в басне И.А. Крылов?Решение:

допустим, что силы действующие на воз, равны

найдите построением равнодействующую всех приложенных к возу сил.

(Ответ: после построения равнодействующей, что И.А. Крылов, безусловно, прав)

Подойдем к решению задачи с другой стороны.

Наименование

Размеры, см

Масса, кг

Скорость, м/с

Мощность, Вт

Рак (речной)

0,2 — 0,5

0,3 — 0,5

Щука 

60 -70

3,5 – 5,5

456,5

Лебедь 

7 – 10 (13)

13,9 – 22,2

Из таблицы видно, что все животные очень разные. Мощность, развиваемая телами при равномерном прямолинейном движении, которое возможно при равенстве силы тяги и силы сопротивления, может быть рассчитана по следующей формуле:

N=F×ʋ (формула 7 класса)При нахождении (построении) равнодействующей -Какой вывод можно сделать?(Ответ: при данных условиях воз будет смещаться в сторону движения Лебедя. Следовательно, с точки зрения физики, неправ был дедушка Крылов!) 

Вы хорошо показали себя, и сейчас я предлагаю вам отдохнуть и решить пару устных задач1. Чему равна сила, действующая на скворца на взлете, если его движение описывается уравнением x = x0+ 13t + 5t2, а его масса 80г?

Перед отлетом скворец решил подкрепиться . Нашёл червяка и стал тянуть его из земли силой 2Н. С какой силой должен сопротивляться червяк, чтобы остаться в живых?

и так ваши предварительные испытания подошли к концу. Мы постарались повторить основные формулы, законы динамики, еще раз

4. Закрепление изученного материала, контроль

Самостоятельная работа на листочках 

I вариант

II вариант 

5. Подведение итогов урока

Вот мы и раскрыли еще одну тайну… Ибо, как сказал А.Эйнштейн: «Самое прекрасное и глубокое из доступных нам чувств – это ощущение тайны, ибо в нем – источник истинной науки»

Методи…

Если Вы являетесь автором этой работы и хотите отредактировать, либо удалить ее с сайта — свяжитесь, пожалуйста, с нами.

Силы в природе

Прежде чем изучать взаимодействие тел, необходимо задаться вопросом: какие вообще существуют виды взаимодействий? Какие существуют силы в природе?

Мы познакомимся с фундаментальными типами взаимодействий, а также с актуальными на сегодняшний день теориями о некоторых видах взаимодействий. В настоящее время, в физике разделяют всего четыре типа фундаментальных сил.

Итак, первый вид сил или первый вид взаимодействия вам хорошо знаком — это гравитационное взаимодействие. В общем и целом, можно сказать, что гравитационные силы действуют между всеми телами, и все тела притягиваются друг к другу. Как правило, гравитационными силами можно пренебречь, если речь не идет об огромных телах, таких как небесные тела (то есть планеты, звезды и так далее).

Второй тип взаимодействия вам тоже хорошо знаком — это электромагнитные силы. Эти силы действуют между всеми частицами, имеющими заряд электрические заряды. Электромагнитные силы, как и гравитационные, тоже имеют обширную сферу действия. Электромагнитное взаимодействие проявляется в любых живых организмах и в любых состояниях вещества.

Существует также, так называемое «сильное взаимодействие» — это проявление ядерных сил, с которыми вы уже немного познакомились, изучая курс физики девятого класса. Эти силы очень кратковременные. Конечно же, область действия ядерных сил не распространяется за пределы атомных ядер. Несмотря на это, ядерные силы очень важны. Именно исходя из знаний о сильном взаимодействии, люди смогли развить такую отрасль, как ядерная энергетика. Разумеется, есть и не самая полезная сторона: например, изобретение ядерного оружия.

Наконец, существует так называемое «слабое взаимодействие» — это взаимодействие, которое вызывает взаимные превращения элементарных частиц. Именно слабое взаимодействие определяет радиоактивный распад и термоядерные реакции. Таким образом, существует четыре типа фундаментальных взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое (последние два вида взаимодействий относятся к ядерным взаимодействиям).

Гравитационное взаимодействие считается самым слабым из всех типов взаимодействий. Однако, оно представляет наибольший интерес на сегодняшний день. До недавнего времени не было известно, какая частица отвечает за массу. Менее двух лет назад, эксперименты, проводимые на большом адронном коллайдере подтвердили существование бозона Хиггса. Именно эта частица отвечает за массу тел, а, следовательно, за гравитационное взаимодействие. Существует также гипотечиская частица, которая называется гравитоном, и, согласно одной из гипотез, она является переносчиком гравитационного взаимодействия.

Еще задолго до открытия элементарных частиц, человечество достаточно хорошо изучило гравитационное взаимодействие небесных тел. Но сегодня, ученые все больше убеждаются, что описание гравитационных взаимодействий на микроскопическом уровне не может быть выполнено с помощью классической теории гравитации, подобно тому, как не все процессы описываются с помощью классической механики Ньютона. Описать гравитационное взаимодействие на микроскопическом уровне уже давно пробуют с помощью квантовой теории гравитации, но она ещё до конца не разработана.

Основными направлениями, пытающимися построить квантовую теорию гравитации, являются две теории: это петлевая квантовая гравитация и теория струн.

Петлевая гравитация отстаивает дискретную структуру пространства и времени. То есть, согласно петлевой гравитации, пространство состоит из мельчайших частичек (которые называются квантовыми ячейками). Эти ячейки соединены друг с другом определенным образом, при котором на микроскопическом уровне, они создают дискретную структуру пространства, а на больших масштабах переходят в гладкую непрерывную структуру.

Теория струн гласит, что пространство и время неделимо, и пронизано некими струнами, с помощью которых и происходят все взаимодействия в так называемом, пространственно-временном континуме. Более подробно с такими понятиями вы познакомитесь при изучении теории относительности. На сегодняшний день нет известного человечеству способа проверить хотя бы одну из этих теорий. Вполне возможно, что и та, и другая теория является правильной. Ведь то же самое произошло при изучении природы света: долгое время ученые спорили о том, что же такое свет: электромагнитная волна или поток фотонов? В итоге, приняли корпускулярно-волновой дуализм, который говорит о том, что свет можно рассматривать и как поток частиц, и как волну.

Электромагнитное взаимодействие отличается тем, что заметно проявляется как макроскопическом уровне, так и на микроскопическом.

Именно это взаимодействие обуславливает изменения агрегатного состояния вещества и химические превращения. Также, электромагнитное взаимодействие может определять ряд физических свойств тела. Например, физический размер атома задан через электрическую постоянную и заряд электрона.

Электромагнитные поля играют огромную роль в жизни небесных тел, в частности, нашей планеты Земля. Как вы знаете, Земля обладает магнитным полем, которое, например, защищает нас от солнечного ветра.

Пожалуй, электромагнитные явления наиболее изучены, среди остальных типов фундаментальных явлений. Эти явления мы подробно будем изучать немного позже.

А сейчас давайте рассмотрим сильные и слабые взаимодействия. Сильные взаимодействия происходят внутри ядер атомов. На таких маленьких расстояниях (то есть порядка 10–15 м), величина сильного взаимодействия между нуклонами становится несоизмеримой, по сравнению с электромагнитным взаимодействием, не говоря уже о гравитационном.

Напомним, что нуклонами называются частицы внутри ядра: протоны и нейтроны. До открытия ядерных сил, ученые долго не могли понять, как ядра атомов остаются стабильными, если протоны, имеющие положительные заряд, должны отталкиваться в результате электромагнитного взаимодействия. Ответ мог быть только один: ядерное взаимодействие значительно сильнее электромагнитного на таких маленьких расстояниях. Именно поэтому, ядерная энергетика получила такое развитие в современном мире: при разрушении ядерных связей выделяется огромное количество энергии. Кроме того, несколько нестабильных нейтронов способны создать цепную реакцию, которая в итоге выльется в колоссальный выброс энергии. Такие реакции называются неуправляемыми ядерными реакциями и используются в военных целях. Разумеется, подобные испытания наносят огромный вред экологии, но есть и полезное применение ядерной физики. Со временем люди научились управлять ядерными реакциями с целью получения полезной энергии. Установки, в которых проходят контролируемые ядерные реакции, называются ядерными реакторами.

Несмотря на то, что человечество с успехом изучило некоторые стороны сильного взаимодействия, чёткой теории о сильном взаимодействии нет. На данный момент, развивающейся и основной теорией, описывающей сильное взаимодействие, является квантовая хромодинамика. Фундаментальная природа сильных взаимодействий в общем и целом понятна, но сопутствующие математические расчеты крайне сложны. Более подробно вы сможете изучить сильное взаимодействие позже.

И, наконец, слабое взаимодействие. Слабые взаимодействия проявляются на еще меньшем расстоянии (порядка 10–18 м). В этом взаимодействии участвуют все фундаментальные лептоны и кварки. Но самое главное, что слабое взаимодействие является единственным, в котором участвуют нейтрино.

Дело в том, что масса и размер нейтрино крайне малы, и нейтрино является электрически нейтральным. Таким образом, эти частицы обладают огромной проникающей способностью: например, через 1 см2 поверхности Земли проходит порядка 60 000 000 000 нейтрино, испущенных Солнцем. Именно слабым взаимодействием обусловлены термоядерные реакции, происходящие внутри звезд. На Солнце происходит так называемый водородный цикл, в результате которого и выделяется столь огромная энергия в течение миллиардов лет.

В этом цикле помимо двух нейтрино, также испускаются и два позитрона. Напомним, что позитрон является античастицой — частицей, «противоположной» электрону. Различные частицы в результате слабого взаимодействия могут обмениваться массами, энергией и электрическим зарядом. Это приводит к тому, что частицы превращаются друг в друга.

Также, как и было сказано в начале, слабое взаимодействие обуславливает радиоактивный распад, с которым вы познакомились в девятом классе. Именно слабое взаимодействие помогло объяснить β-распад. Напомним, что β-распад характеризуется испусканием электрона и антинейтрино из ядра. При этом, один из нейтронов превращается в протон.

Возникает вопрос: откуда электрон и антинейтрино взялись внутри ядра? Только теория слабого взаимодействия помогла понять, что электрон и антинейтрино не находились внутри ядра, а родились в процессе β-распада.

Силы в природе | Обучонок

В готовом исследовательском проекте по физике на тему «Силы в природе» автором предложена теория о том, что опытным путем можно доказать, что сила тяжести зависит от массы тела, сила трения зависит от силы нормального давления ирода соприкасающихся поверхностей, а сила Архимеда от плотности жидкости и объема тела.

Подробнее о работе:


В рамках индивидуального проекта по физике изучены теоретические сведения и практические опыты по силе трения, силе тяжести и силе Архимеда, дано их понятие и определено значение физических сил в жизни человека, рассмотрены факторы, влияющие на величину силы тяжести, силы трения, силы Архимеда.

Практическая значимость работы состоит в том, что результаты проделанных опытов в рамках исследовательской работы по физике «Силы в природе» дают возможность более наглядно раскрыть значение величины силы тяжести, силы трения, силы Архимеда и определить важность данных сил в жизни человека.

Оглавление

Введение
1.Теоретическое обоснование физических сил в природе.
1.1. История открытия и понятие силы тяжести.
1.2.История открытия и понятие силы трения.
1.3.История открытия и понятие силы Архимеда.
1.4.Значение сил в жизни человека.
2. Эксперименты с силами
2.1. Опыты и результаты исследования
Заключение
Список литературы
Приложение

Введение

Силы в природе имеют огромное значение в жизни человека. Необходимо знать силы природы, чтобы совершать какие-либо открытия или создавать новые механизмы. Мы постоянно сталкиваемся с силами в природе и чаще всего не обращаем на это внимание. Для людей они выглядят привычными и понятными.

Поэтому поводу возникает проблема: от чего зависят силы в природе?

Выбор данной темы исследования «Силы в природе» обусловлен неполнотой знаний природных явлений и стремлением определить особенности нескольких сил, таких как: сила тяжести, сила трения и сила Архимеда.

Цель: исследовать факторы в природе, влияющие на значение силы тяжести, силы трения, сила Архимеда.

Объект: сила тяжести, сила трения, сила Архимеда.

Предмет: факторы, влияющие на величину силы тяжести, силы трения, силы Архимеда.

Продукт: презентация.

Гипотеза: опытным путем доказать или опровергнуть то, что сила тяжести зависит от массы тела, сила трения зависит от силы нормального давления ирода соприкасающихся поверхностей, а сила Архимеда от плотности жидкости и объема тела.

Задачи:

  1. Подбор литературы по проблеме
  2. Изучение, анализ, обобщение литературы по проблеме
  3. Изучение влияния факторов в природе на значение силы тяжести, силы трения, сила Архимеда
  4. Методы исследования
  5. Анализ полученных результатов
  6. Создание проектного продукта — презентации

В процессе работы применялись методыисследования:

  1. Теоретические (изучение, анализ, обобщение литературы)
  2. Эмпирические (наблюдения, беседы, измерения)
  3. Интерпретационные (количественная и качественная обработка результатов)

Описание проекта: исследовательская работа по физике .

Новизной работы является постановка простейших опытов, позволяющих изучить факторы, влияющие на значение силы тяжести, силы трения, сила Архимеда.

Практическая значимость работы состоит в том, что результаты проделанных опытов, дают возможность более наглядно раскрыть значение величины силы тяжести, силы трения, силы Архимеда и определить важность данных сил в жизни человека.

Структура работы: работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы,4 рисунка, приложения.

Перейти к разделу: 2. Теоретическое обоснование физических сил в природе

Лаборатория 1 — Таблица силы

Введение

Все измеримые величины могут быть классифицированы либо как скаляр, либо как вектор. У скаляра есть только величина, а у вектора есть и величина, и направление. Примерами скалярных величин являются количество учеников в классе, масса объекта или скорость объекта, и это лишь некоторые из них. Скорость, сила и ускорение являются примерами векторных величин. Утверждение «автомобиль движется со скоростью 60 миль в час» говорит нам о том, как быстро движется автомобиль, но не о том, в каком направлении он движется.В этом случае мы знаем, что скорость автомобиля равна 60 км/ч. С другой стороны, утверждение «автомобиль, движущийся со скоростью 60 миль в час строго на восток» дает нам не только скорость автомобиля, но и направление. В этом случае скорость автомобиля составляет 60 миль в час строго на восток, и это векторная величина. В отличие от скалярных величин, которые складываются арифметически, сложение векторных величин включает в себя как величину, так и направление. В этой лабораторной работе мы будем использовать таблицу сил для определения равнодействующей двух или более векторов сил и научимся складывать векторы, используя как графические, так и аналитические методы.

Обсуждение принципов

Векторное представление

Как упоминалось выше, векторная величина имеет как величину, так и направление. Вектор обычно представляется стрелкой, где направление стрелки представляет собой направление вектора, а длина стрелки представляет величину вектора. В трехмерном пространстве вектор, направленный за пределы страницы (или вдоль положительной оси z ), представлен (кругом с точкой внутри него), а вектор, направленный внутрь страницы (или вдоль отрицательной оси z ). -ось) представлена ​​​​(кружком с × внутри него). В математических уравнениях вектор представлен как A. В некоторых учебниках вектор представлен жирной буквой A . Отрицательным вектором A является вектор той же длины, но с направлением, противоположным направлению A. См. рис. 1 ниже.

Рисунок 1 : Векторы в виде стрелок

Декартова система координат используется для графического представления векторов. Хвост вектора помещается в начало координат, а направление вектора определяется углом θ (тета) между положительной осью x и вектором, как показано на рис.2.

Рисунок 2 : Графическое представление вектора

Компоненты векторов

Важным приемом математической работы с векторами является их разбиение на составляющие x и y . В этом примере мы рассмотрим вектор положения A, направленный под углом 30° к оси + x и имеющий величину 8,0 миль. Из головы вектора проведите линию, перпендикулярную оси x , и вторую линию, перпендикулярную оси y .Мы называем эти линии проекциями вектора на оси x и y . Проекция вектора на ось y дает величину компонента x вектора (зеленая линия на рис. 3 ниже), а проекция вектора на ось x дает величина y -компоненты (красная линия на рис. 3).

Рисунок 3 : Разбиение вектора на компоненты x и y

Обратите внимание, что зеленые и красные линии на диаграмме выше образуют две стороны прямоугольника с вектором в качестве диагонали прямоугольника.Мы также можем посмотреть на описанную выше ситуацию двумя другими способами, как показано на рис. 4.

Рисунок 4 : Представление компонентов вектора

На рис. 4а у нас есть прямоугольный треугольник, в котором вектор является гипотенузой, сторона, параллельная оси x (зеленая стрелка), является x -компонентой вектора, а сторона параллельна y -ось (красная стрелка) — это y -компонент вектора. Рис. 4b математически эквивалентен рис. 4a, но теперь

A y

проведены по оси y .

Нахождение компонентов по величине и направлению вектора

Мы знаем направления векторов

A x

и

A y

, но чтобы найти их величины, нам нужно использовать некоторые тригонометрические тождества. На рис. 5 гипотенуза представляет величину вектора A, а две другие стороны прямоугольного треугольника представляют компоненты вектора A x и y .

Рисунок 5 : Нахождение компонентов вектора

Для любого прямоугольного треугольника справедливы следующие тригонометрические тождества. Здесь смежная сторона относится к стороне, примыкающей к углу θ , а противоположная сторона относится к стороне, противоположной углу θ . Рассмотрим установку на рис. 5а. Используя определения в уравнениях. (1) и (2), имеем

( 3 )

cos θ = или A x = A cos θ

( 4 )

sin θ = или A y = A sin θ На рис. 5b, однако, угол θ определяется иначе. В этом случае

( 5 )

sin θ = или A x = A sin θ

( 6 )

cos θ = или A y = A cos θ Распространенной ошибкой является предположение, что

A x

всегда является компонентом косинуса, а

A y

всегда является компонентом синуса. Однако это будет зависеть от того, какой из двух углов прямоугольного треугольника определяется как θ .Обратите внимание, что

A x

примыкает к углу θ на рис. 5а, а на рис. 5б

A y

примыкает к углу θ . На рис. 3 величина А составляет 8,0 миль, а ее направление на 30° выше оси + x . Таким образом, вы находите величины

A x

и

A y

следующим образом:

( 7 )

A x = A cos θ = 8,0 миль * cos(30°) = 6.9 миль

( 8 )

A y = A sin θ = 8,0 миль * sin(30°) = 4 мили

Другими словами, если бы вы шли пешком, вы могли бы пройти 6,9 мили строго на восток (вдоль оси + x ), а затем 4 мили на север (вдоль оси + y ). Это привело бы вас к тому же месту назначения, если бы вы прошли 8 миль в направлении, которое составляет 30° от оси + x .

Нахождение величины и направления вектора по компонентам

Если вы не знаете величину или направление вектора, но знаете расстояния, пройденные в направлениях x и y , вы можете использовать теорему Пифагора, чтобы найти гипотенузу, то есть общее пройденное расстояние.

( 9 )

2 = A x 2 + A Y 2 или A =
3 A x 0 2 + A Y 2
Направление вектора можно найти с помощью одного из следующих уравнений.

( 10 )

θ = sin −1

( 11 )

θ = cos −1

( 12 )

θ = тангенс −1

Некоторые основные свойства векторов

Два вектора равны, если они имеют одинаковую величину и направление. Итак, на бумаге вы можете переместить вектор в другое место, но пока вы сохраняете ту же длину и ориентацию стрелки, два вектора будут равны. На рис. 6а два вектора А и В имеют одинаковую длину и ориентацию. Негатив вектора имеет ту же длину, но с обратным направлением, как показано на рис. 6б. Вектор, умноженный на скаляр, будет вектором того же направления, что и исходный вектор, но с другой величиной. На рис. 6с p — это скаляр.Вектор B имеет то же направление, что и A, но он длиннее в p раз, где p больше 1. Если бы p было меньше 1, то B был бы короче A.

Рисунок 6 : Свойства вектора

Графический метод добавления векторов

Рассмотрим два вектора A и B, ориентированные, как показано на рис. 7. Нам нужно найти сумму и разность двух векторов. В отличие от добавления скалярных величин, в этом случае нам нужно учитывать как величину, так и направление.

Рисунок 7 : Два вектора

Чтобы добавить два вектора, сдвиньте второй вектор так, чтобы его хвост оказался в начале первого вектора. Сумма двух векторов представляет собой вектор, проведенный из хвоста первого вектора в начало второго вектора. На рис. 8а B перемещается так, что его хвост находится в голове A. Обратите внимание, что направление B не меняется. Красная стрелка показывает сумму. Сложение коммутативно, поэтому вы получите тот же результат, переместив A в начало B.Чтобы найти разность двух векторов, мы можем взять отрицательное значение второго вектора и добавить его к первому вектору, выполнив шаги, описанные выше для сложения. Другими словами, . Это показано на рис. 8б.

Рисунок 8 : Сумма и разность двух векторов

Аналитический метод сложения векторов

Сложение или вычитание векторов включает в себя разбиение векторов на компоненты и последующее сложение или вычитание компонентов x и y по отдельности.Теперь, используя уравнения. (9) 2 = A x 2 + A Y 2 или A =
3 A x 0 2 + A Y 2
и (12) θ = tan −1
мы можем найти величину и направление результирующего вектора R больше двух, если сложить его. векторов или вычитания векторов.На рис. 5а

А х = 1

и

В х = 3

дают

А х

+

В х = 4;

A y = −3

и

B y = 2

, что дает

A y + B y = −1.

Эти значения согласуются с компонентами x и y красной стрелки на рис. 5а. В случае вычитания

А х — В х = -2; А y — B y = -5

.Эти значения согласуются с компонентами x и y красной стрелки на рис. 5b.

Векторы силы

В этой лабораторной работе вы будете иметь дело с векторами силы. В дополнение к общим свойствам векторов, обсуждавшимся до сих пор в этой лабораторной работе, следующие определения будут полезны при работе с этой лабораторной работой. Векторная сумма двух или более сил равна равнодействующей . Результирующий может, по сути, заменить отдельные векторы. уравновешивающее набора сил — это сила, необходимая для удержания системы в равновесии. Она равна и противоположна равнодействующей совокупности сил.

Цель

Цель этого эксперимента состоит в том, чтобы найти равновесие одной или нескольких известных сил с помощью таблицы сил и сравнить результаты с результатами, полученными аналитическим методом.

Оборудование

  • Таблица сил
  • Линейка
  • Струны
  • Весовые вешалки
  • Ассорти весов
  • Пузырьковый уровень

Процедура

Имея два вектора силы, вы определите третью силу, которая установит равновесие в системе.Эта третья сила известна как уравновешивающая, и она будет равна и противоположна равнодействующей двух известных сил. Вы будете использовать таблицу сил, как показано на рис. 9, и работать с векторами сил. Силовой стол представляет собой круглую платформу, установленную на треноге. Три ножки штатива имеют регулируемые винты, которые можно использовать для выравнивания круглой платформы. Круглая платформа имеет маркировку угла в градусах на своей поверхности. Два или более шкива могут быть зажаты в любом месте вдоль края платформы.В этой лабораторной работе мы будем использовать три шкива. Три струны прикреплены к центральному кольцу, а затем каждая струна пропущена через шкив. К другому концу струн добавляются массы.

Рисунок 9 : Таблица сил

Висячие массы будут создавать силу натяжения в каждой струне. Массы прямо пропорциональны гравитационной силе (о которой вы узнаете позже в курсе). Сила натяжения каждой струны равна силе тяжести.Например, удвоение массы удваивает силу и т. д. Когда силы уравновешены, кольцо будет расположено точно в центре стола. Когда силы не уравновешены, кольцо будет упираться в одну сторону центральной стойки. Примечание : Сила каждой подвешенной массы будет равна мг , где г — ускорение свободного падения. Чтобы упростить чтение углов, предположим, что ось x проходит от отметки 180° до отметки 0°, где 0° является положительным направлением x , а ось y начинается от отметку 270° к отметке 90°, где 90° является положительным направлением y . См. рис. 10.

Рисунок 10 : Силовой стол с осями

Процедура A: Нахождение равновесия двух известных сил

1

Воспользуйтесь пузырьковым уровнем, чтобы проверить горизонтальность круглой платформы. При необходимости используйте регулировочные винты для выполнения необходимых регулировок.

2

Вам даны два груза массой 150 г, которые нужно расположить под углами 60° и 300°. Помните, что подвески для гирь имеют массу 50 г каждая, и это должно быть включено как часть массы для подвешивания.Вы определите величину (в ньютонах) и угол третьей силы, необходимые для уравновешивания сил этих двух масс.

3

Представьте эти силы в виде векторов на диаграмме в рабочем листе. Обязательно включите оси. Каждый вектор на диаграмме должен быть нарисован так, чтобы чем больше вектор, тем большую силу он представлял.

4

Вычислите компоненты x и y (с точностью до тысячной доли ньютона) и введите эти значения в Таблицу данных 1 на рабочем листе.

5

Найдите компоненты равнодействующей двух векторов x и y и введите эти значения в Таблицу данных 1 на рабочем листе.

6

Теперь вычислите компоненты равновесия этих двух векторов x и y и введите эти значения в рабочий лист.

8

Добавьте этот вектор на диаграмму, чтобы представить третью силу.

9

Расположите третью струну под углом, который вы определили в шаге 6, и повесьте груз (включая подвесной груз), соответствующий расчетной третьей силе, представляющей третью силу.Отрегулируйте (при необходимости) массу и угол, пока кольцо не окажется в центре. Запишите это значение в рабочий лист.

10

Сравните рассчитанные и экспериментальные значения для третьей силы, вычислив разницу в процентах между двумя значениями. См. Приложение Б.

11

Сравните расчетные и экспериментальные значения угла для третьей силы, вычислив процентную разницу между двумя значениями угла.

КПП 1:
Попросите вашего ассистента проверить вашу диаграмму, расчеты и настройку таблицы сил.

Процедура B: Определение размещения двух неизвестных сил

12

Подвесьте груз массой 300 г (включая подвеску) на отметке угла 150°.

13

Выберите значения для величины и угла второй массы и введите это значение в Таблицу данных 2 на рабочем листе. Вы должны использовать гири только с шагом 10 г. Значения для F 2 должны отличаться от значений, используемых в процедуре A. Подумайте о симметрии при выборе угла для F 2 .

15

Начертите силовую диаграмму для этой установки в отведенном для этого месте рабочего листа.

16

Заполните Таблицу данных 2 и определите величину и угол для F 3 , необходимые для достижения равновесия; т. е. привести кольцо к центру силового стола.

17

Теперь подвесьте два выбранных груза под выбранными углами. Отрегулируйте одну или обе эти массы, а также их углы, если необходимо, так, чтобы кольцо располагалось по центру силового стола.Введите эти значения в рабочий лист.

18

Вычислите процентную разницу между выбранными значениями и экспериментальными значениями для величины двух сил и запишите их в рабочий лист.

19

Вычислите процентную разницу между выбранными значениями и экспериментальными значениями углов двух сил и запишите их в рабочий лист.

КПП 2:
Попросите вашего ассистента проверить вашу диаграмму, расчеты и настройки таблицы Force Table.

Copyright © 2010 Advanced Instructional Systems, Inc. и Университет штата Северная Каролина. | Кредиты

Стандартная модель | ЦЕРН

Силы и частицы-носители

Во Вселенной действуют четыре фундаментальные силы: сильное взаимодействие, слабое взаимодействие, электромагнитное взаимодействие и гравитационное взаимодействие. Они работают в разных диапазонах и имеют разную силу.Гравитация самая слабая, но она имеет бесконечный радиус действия. Электромагнитная сила также имеет бесконечный радиус действия, но она во много раз сильнее гравитации. Слабые и сильные взаимодействия действуют только на очень коротком расстоянии и доминируют только на уровне субатомных частиц. Несмотря на свое название, слабое взаимодействие намного сильнее гравитации, но оно действительно самое слабое из трех других. Сильное взаимодействие, как следует из названия, является самым сильным из всех четырех фундаментальных взаимодействий.

Три фундаментальные силы возникают в результате обмена частицами-носителями силы, которые принадлежат к более широкой группе, называемой «бозонами».Частицы вещества передают дискретное количество энергии, обмениваясь друг с другом бозонами. Каждому фундаментальному взаимодействию соответствует свой бозон — сильное взаимодействие переносится «глюоном», электромагнитное взаимодействие переносится «фотоном», а «бозоны W и Z» отвечают за слабое взаимодействие. Хотя это еще не найдено, «гравитон» должен быть соответствующей несущей силу гравитации частицей. Стандартная модель включает в себя электромагнитные, сильные и слабые взаимодействия и все их частицы-носители и хорошо объясняет, как эти силы действуют на все частицы материи.Однако гравитация, наиболее знакомая нам в повседневной жизни сила, не является частью Стандартной модели, поскольку комфортное вписывание гравитации в эту структуру оказалось сложной задачей. Квантовую теорию, используемую для описания микромира, и общую теорию относительности, используемую для описания макромира, трудно уместить в единую структуру. Никому не удалось сделать их математически совместимыми в контексте Стандартной модели. Но, к счастью для физики элементарных частиц, когда дело доходит до мельчайших частиц, влияние гравитации настолько слабо, что им можно пренебречь.Только когда материя находится в массе, например, в масштабах человеческого тела или планет, доминирует эффект гравитации. Таким образом, Стандартная модель по-прежнему хорошо работает, несмотря на вынужденное исключение одной из фундаментальных сил.

Что такое основные силы в природе?

Вы когда-нибудь задумывались, как было бы здорово, если бы вы могли летать и не касаться земли? Ну, это определенно будет приятно весь день! Но угадайте, что держит вас привязанным к земле, это гравитационные силы.Без сил гравитации было бы невозможно оставаться на земле, и вы, вероятно, летали бы вокруг. Гравитация также считается одной из четырех фундаментальных энергий в природе, но что такое Фундаментальные силы в природе? Итак, есть четыре фундаментальные силы, и вот список всех сил вместе с их природой и особыми свойствами, из которых они состоят!

Сила играет важную роль в нашей повседневной жизни, начиная с поднятия стакана воды и заканчивая толканием или вытягиванием предмета.Нам определенно нужна сила. В природе существует четыре фундаментальные силы. Фундаментальные силы являются причиной каждого явления, происходящего в природе. Сила — это просто действие, которое заставляет толкать, тянуть, поднимать или перемещать что-либо. Согласно второму закону движения Ньютона сила определяется как произведение массы на ускорение. В этой статье мы подробно рассмотрим четыре фундаментальные силы.

Свойства слабого ядерного взаимодействия, наблюдаемые во Вселенной

  1. Слабое ядерное взаимодействие — единственная сила, которая не подчиняется симметрии четности.

  2. Именно эти слабые ядерные взаимодействия ответственны за превращение кварка в различные другие формы.

  3. Частицы-носители, обладающие значительной массой, ответственны за распространение слабых взаимодействий во Вселенной.

Четыре фундаментальных сил природы

четыре фундаментальных сил в природе:

  1. гравитационные силы

  2. электромагнитная сила

    5

    слабая ядерная сила

  3. Сильная ядерная сила

Мы подробно обсудим четыре фундаментальные силы одну за другой.

 

Гравитационная сила

  • Почему мы стоим на земле? Почему подброшенный в воздух предмет падает на землю? и т.д. На эти вопросы ответом является действие гравитационной силы. За счет действия гравитационной силы земля удерживает нас на планете. Гравитационная сила — это сила, которая отвечает за удержание планет на их орбитах, и это связано с их бесконечно большим радиусом действия.

  • Гравитационная сила — одна из четырех фундаментальных сил.Он считается самым слабым из четырех. Сила гравитации имеет притягательную природу.

  • Эффект гравитации был впервые разработан Ньютоном, он сформулировал закон, известный как закон всемирного тяготения Ньютона. Согласно закону тяготения Ньютона, сила притяжения между двумя точечными объектами прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

  • Когда мы рассматриваем массивные объекты, такие как солнце или планеты-гиганты, сила гравитации считается сильной, поскольку массы этих объектов значительно больше.2}$

    Где,

    G — Универсальная гравитационная постоянная

    м1 — Масса первого объекта

    м2 — Масса второго объекта

    r — Расстояние между двумя

    • Пример силы гравитации Луна вращается вокруг Земли, что связано с наличием гравитации между Землей и Луной. Когда мы подбрасываем мяч в воздух, он легко падает под действием силы тяжести.

     

    Электромагнитная сила

    • Мы знаем, что все на этой земле состоит из атомов.Атомы состоят из плотного ядра с протонами, нейтронами и электронами. Электроны являются частью атома, но они находятся вне ядра, электроны занимают самую внешнюю орбиту атома. Электроны заряжены отрицательно.

    • Согласно законам физики, частицы притягиваются только к частицам с противоположным зарядом и отталкиваются от частиц с одинаковым зарядом, другими словами, одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются.

    • Вы когда-нибудь задумывались, почему расческа заряжается, когда вы постоянно расчесываете волосы? Почему субатомные частицы удерживаются вместе? Причина в электромагнитных силах.

    • Электромагнитные силы имеют большой радиус действия, и их влияние уменьшается с расстоянием благодаря экранирующему эффекту. Субатомные частицы, обладающие малым радиусом действия и обладающие электромагнитным полем, достаточно сильны. Электромагнитные силы считаются сильными силами, но они все же слабы по сравнению с сильными ядерными силами.

     

    Сильные ядерные силы

    • Среди четырех фундаментальных сил ядерные силы являются самыми сильными силами притяжения в природе.Мы знаем, что материя удерживается вместе благодаря электромагнитным силам. Тогда возник вопрос, как ядро ​​удерживается в атоме, изначально не было никакого объяснения того, как ядро ​​удерживается вместе в атоме.

    • Если мы рассматриваем только электромагнитные силы и гравитационные силы, то ядро ​​не может удерживаться вместе в атоме, это не означает, что внутри ядра существует другая сила, более сильная, чем сила гравитации и электромагнитная сила.

    • Это привело к идентификации ядерных сил. Сильные ядерные силы ответственны за удержание ядер атомов вместе. Одинаковые заряженные протоны притягиваются друг к другу за счет ядерной силы.

    • Сильные ядерные взаимодействия являются доминирующей силой в реакциях и настолько сильны, что связывают протоны с зарядами в ядре. Он наиболее привлекателен по своей природе, но иногда может быть отталкивающим. Ядерные силы имеют диапазон 1fm.

     

    Слабые ядерные взаимодействия

    Слабое взаимодействие — это взаимодействие, существующее между элементарными частицами, которые ответственны за то, что определенные процессы происходят с малой вероятностью.Физики описывают это взаимодействие через обмен переносящими силу частицами, называемыми бозонами. Определенные виды бозонов ответственны за слабое взаимодействие, электромагнитное взаимодействие и сильное взаимодействие. Давайте взглянем на важные свойства слабых ядерных взаимодействий:

    • Слабое ядерное взаимодействие — это единственная сила, которая не следует симметрии по четности.

    • Слабое ядерное взаимодействие является единственным фундаментальным взаимодействием, которое не следует симметрии зарядовой четности.

    • Слабое ядерное взаимодействие ответственно за превращение кварка в другие формы.

    • Несущие частицы со значительными массами ответственны за распространение слабого взаимодействия.

     

    Знаете ли вы?

    Фундаментальные силы также рассматриваются как взаимодействия, поскольку они обсуждаются на основе взаимодействий, происходящих между двумя объектами независимо от размера. Их называют фундаментальными взаимодействиями в природе.

    23.1 Четыре фундаментальные силы — Физика

    Раздел Цели обучения

    К концу раздела вы сможете делать следующее:

    • Дать определение, описать и дифференцировать четыре фундаментальные силы
    • Опишите частицы-носители и объясните, как их обмен передает силу
    • Объясните, как работают ускорители частиц для сбора данных о физике элементарных частиц

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    Цели обучения в этом разделе помогут вашим учащимся освоить следующие стандарты:

    • (5) Научные концепции. Учащийся знает природу сил в физическом мире. Ожидается, что студент:
      • (H) описывают доказательства и эффекты сильных и слабых ядерных взаимодействий в природе.

    Основные термины раздела

    частица-носитель встречный луч циклотрон Диаграмма Фейнмана гравитон
    физика элементарных частиц пион квантовая электродинамика синхротрон W−W− бозон
    W+W+ бозон слабое ядерное взаимодействие Z0Z0 бозон

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    Перед началом раздела попросите учащихся составить список различных сил.Кроме того, может оказаться полезным рассмотреть гравитационные и электрические поля, эксперимент Резерфорда с золотой фольгой, генератор Ван де Граафа, распад частиц и теорему импульс-импульс.

    Несмотря на кажущуюся сложность Вселенной, в ней осталось всего четыре основные силы. Эти силы ответственны за все взаимодействия, известные науке: от очень малых до очень больших и до тех, которые мы испытываем в нашей повседневной жизни. Эти силы описывают движение галактик, химические реакции в наших лабораториях, структуру атомных ядер и причину радиоактивного распада.Они описывают истинную причину таких знакомых терминов, как трение и нормальная сила. Эти четыре основные силы известны как фундаментальные, потому что только они ответственны за все наблюдения сил в природе. Четыре фундаментальные силы — это гравитация, электромагнетизм, слабое ядерное взаимодействие и сильное ядерное взаимодействие.

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей
    • Некоторых студентов может обескуражить мысль о том, что две из четырех фундаментальных сил почти не обсуждались в курсе.Напомните им, что почти все их ежедневные наблюдения и взаимодействия обусловлены гравитационными и электромагнитными силами, и что эта глава не будет отучать их предыдущие уроки. Обсуждения сильных и слабых ядерных взаимодействий призваны помочь им понять организацию частиц и их распад.
    • Перед началом урока попросите учащихся предсказать относительную силу четырех сил, от самой слабой до самой сильной. Обращайтесь к их рейтингу, когда вы представляете раздел.Позже это будет полезным инструментом для обсуждения того, почему слабое взаимодействие не является самым слабым взаимодействием, и должно помочь учащимся лучше оценить открытие науки.

    Понимание четырех сил

    Гравитационная сила наиболее знакома нам, потому что она описывает многие из наших обычных наблюдений. Это объясняет, почему упавший мяч падает на землю и почему наша планета вращается вокруг Солнца. Это дает нам свойство веса и многое определяет в движении объектов в нашей повседневной жизни.Поскольку гравитационная сила действует между всеми массовыми объектами и способна действовать на больших расстояниях, ее можно использовать для объяснения большей части того, что мы наблюдаем, и даже для описания движения объектов в астрономических масштабах! Тем не менее, гравитация невероятно слаба по сравнению с другими фундаментальными силами и является самой слабой из всех фундаментальных сил. Подумайте вот о чем: вся масса Земли необходима, чтобы удержать железный гвоздь в земле. Тем не менее, с помощью простого магнита можно преодолеть силу гравитации, что позволяет гвоздю двигаться вверх в космосе с ускорением.

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    Краткая демонстрация магнита-гвоздя, как описано выше, является мощным способом помочь учащимся распознать слабость гравитации. Могут последовать дискуссии о том, почему люди склонны считать гравитацию сильной силой, что произошло бы, если бы существовал заряженный объект размером с Землю и так далее.

    Электромагнитная сила отвечает как за электростатические взаимодействия, так и за магнитную силу, наблюдаемую между стержневыми магнитами.При рассмотрении электростатических отношений между двумя заряженными частицами электромагнитная сила известна как кулоновская сила. Электромагнитная сила является важной силой в химических и биологических науках, поскольку она отвечает за молекулярные связи, такие как ионная связь и водородная связь. Кроме того, электромагнитная сила стоит за обычными физическими силами трения и нормальной силой. Как и гравитационная сила, электромагнитная сила представляет собой закон обратных квадратов.Однако электромагнитная сила не существует между любыми двумя объектами массы, а только между теми, которые заряжены.

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    Уделите время обзору сил и химических концепций. Посмотрите на каждый с точки зрения электромагнитной силы. Рассмотрим такие термины, как нормальная сила, трение, химическая связь, поверхностное натяжение и капиллярное действие. Позвольте учащимся рассмотреть всепроникающую природу электромагнитной силы в своих ежедневных наблюдениях.

    При рассмотрении структуры атома электромагнитная сила несколько очевидна. В конце концов, электроны удерживаются на месте силой притяжения ядра. Но что заставляет ядро ​​оставаться неповрежденным? В конце концов, если все протоны положительны, логично предположить, что кулоновская сила между протонами немедленно отталкивает ядро. Ученые предположили, что внутри ядра должна существовать другая сила, чтобы удерживать его вместе. Далее они предположили, что эта ядерная сила должна быть значительно сильнее, чем гравитация, которую наблюдали и измеряли веками, а также сильнее, чем электромагнитная сила, которая заставляла бы протоны ускоряться, удаляясь друг от друга.

    Сильное ядерное взаимодействие — это сила притяжения, существующая между всеми нуклонами. Эта сила, действующая одинаково между протон-протонными связями, протон-нейтронными связями и нейтронно-нейтронными связями, является самой сильной из всех сил на коротких расстояниях. Однако на расстоянии 10 90 200 –13 90 201 см, или диаметре одного протона, сила рассеивается до нуля. Если ядро ​​большое (в нем много нуклонов), то расстояние между каждым нуклоном может быть намного больше, чем диаметр одного протона.

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    В это время может быть полезно предложить учащимся составить таблицу, классифицируя каждую по важным характеристикам: сила притяжения или сила притяжения/отталкивания, сила силы, диапазон силы и т. д. Хотя таблица 23.1 поможет в организации, учащиеся лучше усвоят материал, если составят таблицу самостоятельно.

    [OL][AL]Чтобы сделать взаимосвязь сильного взаимодействия сила-расстояние более наглядной, покажите учащимся график ниже.

    Обратите внимание, что отталкивание считается положительной сильной силой, а притяжение считается отрицательной сильной силой.

    [AL]Спросите учащихся, какое расстояние соответствует долине, представляющей максимальную силу притяжения. Примечание. Это эквивалентно среднему расстоянию между двумя нуклонами.

    Слабое ядерное взаимодействие ответственно за бета-распад, как показано в уравнении ZAXN →   Z+1AYN–1 + e + v.ZAXN →   Z+1AYN–1 + e + v. Напомним, что бета-распад – это когда бета-частица выбрасывается из атома.Чтобы ускориться от ядра, на частицу должна действовать сила. Энрико Ферми был первым, кто представил этот тип силы. Хотя эта сила имеет соответствующее обозначение, она остается более сильной, чем гравитационная сила. Однако его диапазон еще меньше, чем у сильного взаимодействия, как видно из таблицы 23.1. Слабое ядерное взаимодействие важнее, чем может показаться в настоящее время, о чем мы поговорим, когда будем обсуждать кварки.

    Сила Приблизительная относительная прочность [1] Диапазон
    [1] Относительная сила основана на сильном взаимодействии протон-протонной пары.
    Гравитация 10-3810-38 ∞∞
    Слабый 10−1310−13 <10-18м<10-18м
    Электромагнитный 10-210-2 ∞∞
    Сильный 1 <10-15м<10-15м

    Стол 23.1 Относительная сила и диапазон четырех фундаментальных сил

    Передача четырех фундаментальных сил

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    Этот подраздел может вызвать беспокойство у студентов, которые хорошо понимают концепцию гравитационного поля. Вы можете заверить этих студентов в том, что концепция поля все еще используется для объяснения и предсказания явлений.

    Подобно тому, как это беспокоило Эйнштейна до того, как он сформулировал теорию гравитационного поля, концепция сил, действующих на расстоянии, очень беспокоила физиков элементарных частиц. То есть как один протон знает о существовании другого? Кроме того, что заставляет один протон отталкивать второй протон? Или, если на то пошло, что такого в протоне, который заставляет нейтрон притягиваться? Эти таинственные взаимодействия были впервые рассмотрены Хидэки Юкавой в 1935 году и заложили основу для большей части того, что мы сейчас понимаем в физике элементарных частиц.

    Хидэки Юкава сосредоточил внимание на сильной ядерной силе и, в частности, на ее невероятно малой дальности действия. Его идея представляла собой смесь частиц, теории относительности и квантовой механики, применимую ко всем четырем силам. Юкава предположил, что ядерная сила на самом деле передается посредством обмена частицами, называемыми частицами-носителями, и что то, что мы обычно называем силовым полем, состоит из этих частиц-носителей. Специально для сильного ядерного взаимодействия Юкава предположил, что ранее неизвестная частица, называемая пионом, обменивается между нуклонами, передавая силу между ними.На рис. 23.3 показано, как пион переносит силу между протоном и нейтроном.

    Фигура 23,3 Сильное ядерное взаимодействие передается между протоном и нейтроном путем создания и обмена пиона. Пион, созданный временным нарушением закона сохранения массы-энергии, переходит от протона к нейтрону и снова захватывается. Она не наблюдаема напрямую и называется виртуальной частицей. Обратите внимание, что протон и нейтрон в процессе меняют свою идентичность.Диапазон действия силы ограничен тем фактом, что пион может существовать только короткое время, допускаемое принципом неопределенности Гейзенберга. Юкава использовал конечный диапазон сильного ядерного взаимодействия для оценки массы пиона; чем короче пробег, тем больше масса частицы-носителя.

    В сильном взаимодействии Юкавы предполагается, что несущая частица движется со скоростью света и постоянно перемещается между двумя показанными нуклонами. Предсказанная Юкавой частица была наконец обнаружена в составе космических лучей в 1947 году.Его название, пион, означает пи-мезон, где мезон означает , средняя масса ; это средняя масса, потому что она меньше нуклона, но больше электрона. Юкава запустил область, которая теперь называется квантовой хромодинамикой, а частицы-носители теперь называются глюонами из-за их сильной связывающей способности. Причина изменения имени частицы будет объяснена позже в этом разделе, когда мы будем обсуждать кварки.

    Как вы можете предположить, сильное взаимодействие — не единственное взаимодействие с частицей-носителем.Ядерный распад из-за слабого взаимодействия также требует переноса частиц. В слабом взаимодействии находятся следующие три: слабый отрицательный носитель, W ; слабый положительный носитель, W + ; и носитель нулевого заряда Z 0 . Как мы увидим, Ферми сделал вывод, что эти частицы должны нести массу, так как общая масса продуктов ядерного распада немного больше, чем общая масса всех реагентов после ядерного распада.

    Частица-носитель электромагнитного взаимодействия, что неудивительно, является фотоном.В конце концов, точно так же, как лампочка может излучать фотоны из заряженной вольфрамовой нити, фотон можно использовать для передачи информации от одной электрически заряженной частицы к другой. Наконец, гравитон является предполагаемой несущей частицей для гравитации. Хотя он еще не найден, ученые в настоящее время ищут доказательства его существования (см. «Безграничная физика: в поисках гравитона»).

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    [BL][OL]Концепция несущей частицы, передающей силу, аналогична концепции использования энергии для передачи информации.Как сообщить другу, что ты в школе? Вы отправляете текстовое сообщение? Помахать им у их шкафчика? Кричать в коридоре? В каждом случае волны передают энергию от вас к вашему другу. Точно так же частицы-носители необходимы для переноса слабого ядерного взаимодействия.

    Так как же частица-носитель передает фундаментальную силу? На рис. 23.4 показан виртуальный фотон, передаваемый от одной положительно заряженной частицы к другой. Передаваемый фотон называется виртуальной частицей, потому что его нельзя непосредственно наблюдать при передаче силы.На рис. 23.5 показан способ графического отображения обмена виртуальным фотоном между двумя положительно заряженными частицами. Этот график зависимости времени от положения называется диаграммой Фейнмана в честь блестящего американского физика Ричарда Фейнмана (1918–1988), который разработал его.

    Фигура 23,4 Изображение в части (а) показывает обмен виртуальным фотоном, передающим электромагнитное взаимодействие между зарядами, точно так же, как обмен виртуальным пионом переносит сильное ядерное взаимодействие между нуклонами.Изображение в части (b) показывает, что прохождение фотона нельзя наблюдать напрямую, потому что это разрушило бы его и изменило бы силу. В этом случае фотон не достигает другого заряда.

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    Термин виртуальная частица на самом деле относится к возмущению в пространстве, созданному присутствием двух нуклонов. Использование термина виртуального намекает на то, что частицу-носитель не следует путать с обычной частицей массы.Однако полное понимание истинной природы виртуальных частиц зависит от математики и теории, выходящей за рамки этого текста.

    Диаграмму Фейнмана следует читать снизу вверх, чтобы показать движение частиц во времени. На нем вы можете видеть, что левый протон отталкивается влево от испускания фотона, а правый протон чувствует импульс вправо при получении фотона. Помимо диаграммы Фейнмана, Ричард Фейнман был одним из теоретиков, разработавших область квантовой электродинамики (КЭД), которая дополнительно описывает электромагнитные взаимодействия в субмикроскопическом масштабе. За эту работу он разделил Нобелевскую премию 1965 года с Джулианом Швингером и С.И. Томонагой. Диаграмму Фейнмана, объясняющую сильное силовое взаимодействие, выдвинутое Юкавой, можно увидеть на рис. 23.6. Здесь вы можете увидеть изменение типа частицы из-за обмена пи-мезоном.

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    [BL][OL][AL]Чтобы помочь учащимся объяснить диаграмму Фейнмана, задайте ряд конкретных вопросов. В каком направлении движется левый протон? Что с ним происходит, когда он испускает виртуальный фотон? В каком направлении движется виртуальный фотон? Принимается ли фотон нужным протоном в то же время, когда он испускается? Какое влияние фотон оказывает на правильную траекторию протона?

    Фигура 23.5 Диаграмма Фейнмана для обмена виртуальным фотоном между двумя положительно заряженными частицами иллюстрирует, как электромагнитная сила передается в квантово-механическом масштабе. Время отображается по вертикали, а расстояние — по горизонтали. Две положительно заряженные частицы отталкиваются друг от друга в результате обмена фотонами.

    Фигура 23,6 На изображении показана диаграмма Фейнмана для обмена π+ (пиона) между протоном и нейтроном, переносящего между собой сильное ядерное взаимодействие.Эта диаграмма представляет ситуацию, более наглядно показанную на рис. 23.3.

    Относительные массы перечисленных частиц-носителей характеризуют кое-что важное о четырех фундаментальных силах, как это видно из таблицы 23.2. Бозоны W (состоящие из бозонов W−W− и W+W+) и Z-бозоны (бозоны Z0Z0), носители слабого ядерного взаимодействия, почти в 1000 раз массивнее пионов, носителей сильного ядерного взаимодействия. В то же время расстояние, на которое может передаваться слабое ядерное взаимодействие, примерно в 11 000–11 000 раз превышает расстояние передачи сильного взаимодействия.В отличие от частиц-носителей, имеющих ограниченный радиус действия, фотон является безмассовой частицей, у которой нет предела дальности передачи электромагнитной силы. Эта взаимосвязь приводит ученых к пониманию того, что еще не обнаруженный гравитон, вероятно, также не имеет массы.

    Сила Частица-носитель Диапазон Относительная прочность [1]
    [1] Относительная сила основана на сильной силе, ощущаемой парой протон-протон.
    Гравитация Гравитон (теоретически) ∞∞ 10-3810-38
    Слабый Бозоны W и Z <10-18м<10-18м 10-210-2
    Электромагнитный Фотон ∞∞ 10−1310−13
    Сильный Пи-мезоны или пионы (теперь известные как глюоны) <10-15м<10-15м 1

    Стол 23.2 Частицы-носители и их относительные массы по сравнению с пионами для четырех фундаментальных сил

    Безграничная физика

    В поисках Гравитона

    Начиная с универсального закона всемирного тяготения Ньютона и заканчивая уравнениями поля Эйнштейна, гравитация веками находилась в центре внимания ученых. Учитывая открытие частиц-носителей в двадцатом веке, важность понимания гравитации снова привлекла внимание выдающихся физиков во всем мире.

    После открытия частиц-носителей для трех из четырех фундаментальных взаимодействий ученые пришли к выводу, что аналогичная частица, называемая гравитоном, должна существовать и для гравитационного взаимодействия. Хотя доказательств существования этой частицы еще предстоит найти, ученые усердно работают над тем, чтобы обнаружить ее существование.

    Так что ученые думают о ненайденной частице? Во-первых, гравитон (как и фотон) должен быть безмассовой частицей, движущейся со скоростью света. Это предполагается потому, что, подобно электромагнитной силе, гравитация представляет собой закон обратных квадратов, F≈1r2F≈1r2.Ученые также предполагают, что гравитон является электрически нейтральной частицей, поскольку пустое пространство под действием гравитации не имеет заряда.

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    В настоящее время нет необходимости понимать, почему гравитоны имеют квантово-механический спин, равный 2. Эта информация предоставляется для того, чтобы учащиеся осознали, что характеристики гравитона отличаются от характеристик фотона, еще одной безмассовой частицы-носителя.

    Однако, поскольку гравитация является такой слабой силой, поиски гравитона привели к некоторым уникальным методам.LIGO, лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория, является одним из инструментов, используемых в настоящее время (см. рис. 23.7). Хотя поиск гравитационной волны для нахождения несущей частицы может показаться нелогичным, он похож на подход, который использовали Планк и Эйнштейн, чтобы узнать больше о фотоне. Согласно корпускулярно-волновому дуализму, если можно обнаружить гравитационную волну, то вместе с ней должен присутствовать и гравитон. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, ученые наблюдают за системами двойных звезд в поисках свидетельств этих гравитационных волн.

    Фигура 23,7 В поисках гравитационных волн ученые используют лазерный интерферометр гравитационно-волновой обсерватории (LIGO). Здесь мы видим диспетчерскую LIGO в Хэнфорде, штат Вашингтон.

    Ускорители частиц, такие как Большой адронный коллайдер (БАК), используются для поиска гравитона посредством высокоэнергетических столкновений. В то время как ученые на БАК предполагают, что частица может существовать недостаточно долго, чтобы ее можно было увидеть, доказательства ее предшествующего существования, такие как следы на песке, можно найти через пробелы в проецируемой энергии и импульсе.

    Некоторые ученые даже ищут остатки Большого Взрыва, пытаясь найти гравитон. Наблюдая за космическим фоновым излучением, они ищут аномалии в гравитационных волнах, которые могли бы предоставить информацию о гравитационных частицах, существовавших в начале нашей Вселенной.

    Независимо от используемого метода, ученые должны узнать гравитон, как только они его найдут. Безмассовая, беззарядная частица со спином 2, движущаяся со скоростью света — другой подобной ей частицы не существует.Если бы он был найден, будущие поколения наверняка сочли бы его открытие равным открытиям Ньютона и Эйнштейна.

    Почему LIGO использует системы двойных звезд для обнаружения гравитационных волн?

    1. Двойные звездные системы имеют высокую температуру.

    2. Двойные звездные системы имеют низкую плотность.

    3. Двойные звездные системы содержат большое количество массы, но поскольку они вращаются вокруг друг друга, гравитационное поле между ними намного меньше.

    4. Двойные звездные системы содержат большое количество массы. В результате гравитационное поле между ними велико.

    Ускорители создают материю из энергии

    Прежде чем рассматривать все частицы, из которых состоит наша Вселенная, давайте сначала рассмотрим некоторые машины, которые их создают. Фундаментальный процесс создания неизвестных частиц заключается в ускорении известных частиц, таких как протоны или электроны, и направлении их луча на цель.Столкновения с ядрами-мишенями дают много информации, такой как информация, полученная Резерфордом в эксперименте с золотой фольгой. Если энергия влетающих частиц достаточно велика, при столкновении может даже образоваться новая материя. Чем больше подводится энергии или Δ E , тем больше материи m может быть создано в соответствии с эквивалентностью массовой энергии m=ΔE/c2m=ΔE/c2 . На то, что может произойти, накладываются ограничения известными законами сохранения, такими как сохранение массы-энергии, импульса и заряда. Еще более интересны неизвестные ограничения, предусмотренные природой. В то время как некоторые ожидаемые реакции происходят, другие нет, и могут появиться другие неожиданные реакции. Открываются новые законы, и подавляющее большинство того, что мы знаем о физике элементарных частиц, получено в ускорительных лабораториях. Это любимый вид спорта физиков элементарных частиц.

    Наша самая ранняя модель ускорителя частиц основана на генераторе Ван де Граафа. Относительно простое устройство, которое вы, вероятно, видели на демонстрациях физики, может манипулировать для создания потенциалов до 50 миллионов вольт.Хотя эти машины не обладают энергией, достаточной для производства новых частиц, анализ их ускоренных ионов сыграл важную роль в изучении некоторых аспектов ядра.

    Другим не менее известным ранним ускорителем является циклотрон, изобретенный в 1930 году американским физиком Э.О. Лоуренс (1901–1958). На рис. 23.8 показано более подробное визуальное представление. Циклотроны используют переменные электрические поля фиксированной частоты для ускорения частиц. Частицы движутся по спирали наружу в магнитном поле, совершая орбиты со все большим радиусом во время ускорения.Это продуманное устройство позволяет последовательно добавлять электрическую потенциальную энергию в каждую петлю. В результате возможны большие энергии частиц, чем в генераторе Ван де Граафа.

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    [BL][OL][AL]На циклотрон на рис. 23.8 действуют две силы. Магнитное поле создает центростремительную силу, в чем учащиеся могут убедиться, используя правило правой руки. Кроме того, перепад напряжения создает линейную силу в зазоре между двумя Dees .Обратите внимание учащихся, что зазор напряжения меняет направление с постоянной скоростью, так что линейная сила всегда направлена ​​в направлении движения частицы.

    Фигура 23,8 Слева — художественное исполнение популярного физического демонстрационного инструмента — генератора Ван де Граафа. Батарея (А) подает избыточный положительный заряд на заостренный проводник, концы которого распыляют заряд на движущуюся изолирующую ленту у дна. Заостренный проводник (B) сверху в большой сфере принимает заряд.(Индуцированное электрическое поле в точках настолько велико, что снимает заряд с ленты.) Это можно сделать, поскольку заряд не остается внутри проводящей сферы, а перемещается на ее внешнюю поверхность. Источник ионов внутри сферы производит положительные ионы, которые разгоняются от положительной сферы до высоких скоростей. Справа — циклотрон. Циклотроны используют магнитное поле, чтобы заставить частицы двигаться по круговым орбитам. Когда частицы проходят между пластинами Ди, напряжение на промежутке колеблется, чтобы ускорить их в два раза на каждой орбите.

    Синхротрон — это модификация циклотрона, в которой частицы постоянно движутся по орбите с фиксированным радиусом, каждый раз увеличивая скорость. Ускоряющие напряжения синхронизируются с частицами, чтобы ускорить их, отсюда и название. Кроме того, напряженность магнитного поля увеличивается, чтобы поддерживать постоянный радиус орбиты по мере увеличения энергии. Кольцо магнитов и ускорительные трубки, как показано на рис. 23.9, являются основными компонентами синхротронов. Для управления высокоэнергетическими частицами требуются сильные магнитные поля, поэтому обычно используются сверхпроводящие магниты.Все еще ограниченные достижимой напряженностью магнитного поля, синхротроны должны быть очень большими при очень высоких энергиях, поскольку радиус орбиты высокоэнергетической частицы очень велик.

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    [BL][OL]Помогите учащимся составить схему или диаграмму Венна, показывающую сходства и различия между циклотроном и синхротроном. Необходимо учитывать перемещение частиц, скорость колебаний напряжения и конструкцию устройства.

    Для дальнейшего исследования ядра физикам нужны ускорители большей энергии и детекторы меньшей длины волны. Для этого требуется не только большее финансирование, но и большая изобретательность. Сталкивающиеся пучки, используемые как в Национальной ускорительной лаборатории Ферми (Fermilab; см. рис. 23.11) недалеко от Чикаго, так и на БАК в Швейцарии, предназначены для уменьшения потерь энергии при столкновениях частиц. Типичные стационарные детекторы частиц теряют большое количество энергии из-за отскока цели, пораженной ускоряющейся частицей.Обеспечивая лобовые столкновения между частицами, движущимися в противоположных направлениях, встречные пучки позволяют создавать частицы с импульсами и кинетической энергией, близкими к нулю. Это позволяет создавать частицы с большей энергией и массой. Рисунок 23.10 представляет собой схематическое изображение этого эффекта. Помимо круговых ускорителей, для уменьшения потерь энергии на излучение можно использовать линейные ускорители. Стэнфордский центр линейных ускорителей (теперь он называется Национальной ускорительной лабораторией SLAC) в Калифорнии является домом для крупнейшего такого ускорителя в мире.

    Фигура 23,9 (а) Синхротрон имеет кольцо магнитов и ускорительных трубок. Частота ускоряющих напряжений увеличивается, чтобы частицы пучка проходили одно и то же расстояние за более короткое время. Магнитное поле также должно быть увеличено, чтобы каждая вспышка луча двигалась по траектории с фиксированным радиусом. Ограничения на напряженность магнитного поля требуют, чтобы эти машины были очень большими, чтобы ускорять частицы до очень высоких энергий. (б) Положительно заряженная частица показана в зазоре между ускорительными трубками.(c) Пока частица проходит через трубку, потенциалы меняются местами, так что в следующем промежутке происходит другое ускорение. Частоту инверсий необходимо варьировать по мере ускорения частицы, чтобы достичь последовательных ускорений в каждом промежутке.

    Фигура 23.10 На этой схеме показаны два кольца ускорителя Фермилаб и схема столкновения протонов и антипротонов (не в масштабе).

    Фигура 23. 11 Национальная ускорительная лаборатория Ферми недалеко от Батавии, штат Иллинойс, представляла собой коллайдер субатомных частиц, который ускорял протоны и антипротоны до энергии до 1 Тэв (триллион электронвольт).Круглые пруды возле колец были построены для отвода отработанного тепла. Этот ускоритель был остановлен в сентябре 2011 года. (Фото: Фермилаб, Рейдар Хан)

    Проверьте свое понимание

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    Используйте эти вопросы, чтобы оценить достижение учащимися целей обучения раздела. Если учащиеся борются с определенной целью, эти вопросы помогут определить, какая именно, и направить учащихся к соответствующему содержанию.

    1 .

    Какая из четырех сил ответственна за радиоактивный распад?

    1. электромагнитная сила
    2. гравитационная сила
    3. сильная ядерная сила
    4. слабое ядерное взаимодействие
    2 .

    Какая сила или силы существуют между электроном и протоном?

    1. сильное ядерное взаимодействие, электромагнитное взаимодействие и гравитация
    2. слабое ядерное взаимодействие, сильное ядерное взаимодействие и гравитация
    3. слабое ядерное взаимодействие, сильное ядерное взаимодействие и электромагнитное взаимодействие
    4. слабое ядерное взаимодействие, электромагнитное взаимодействие и гравитация
    3 .

    Что является предполагаемой несущей частицей для гравитационной силы?

    1. бозон
    2. гравитон
    3. глюон
    4. фотон
    4 .

    Какая связь между массой и пробегом частицы-носителя?

    1. Пробег частицы-носителя обратно пропорционален ее массе.

    2. Пробег частицы-носителя обратно пропорционален квадрату ее массы.

    3. Пробег частицы-носителя прямо пропорционален ее массе.

    4. Пробег частицы-носителя прямо пропорционален квадрату ее массы.

    5 .

    Какой тип ускорителя частиц использует колеблющиеся электрические поля фиксированной частоты для ускорения частиц?

    1. циклотрон
    2. синхротрон
    3. бетатрон
    4. Ускоритель Ван де Граафа
    6 .

    Как увеличение радиуса циклотрона свидетельствует об ускорении частиц?

    1. На частицы всех радиусов действует постоянная магнитная сила. По мере увеличения радиуса скорость частицы должна увеличиваться, чтобы поддерживать эту постоянную силу.

    2. На частицы всех радиусов действует постоянная центростремительная сила. По мере увеличения радиуса скорость частицы должна уменьшаться, чтобы поддерживать эту постоянную силу.

    3. На частицы всех радиусов действует постоянная магнитная сила. По мере увеличения радиуса скорость частицы должна уменьшаться, чтобы поддерживать эту постоянную силу.

    4. На частицы всех радиусов действует постоянная центростремительная сила. По мере увеличения радиуса скорость частицы должна увеличиваться, чтобы поддерживать эту постоянную силу.

    7 .

    Какая из четырех сил отвечает за структуру галактик?

    1. электромагнитная сила
    2. гравитация
    3. сильная ядерная сила
    4. слабая ядерная сила

    Пятая сила: Существует ли другая фундаментальная сила природы?

    Четыре фундаментальных взаимодействия

    Учебники по физике учат, что в природе существует четыре фундаментальных взаимодействия: гравитация, электромагнетизм, сильное и слабое ядерные взаимодействия.

    Мы хорошо знакомы с первыми двумя силами. Гравитация прижимает нас к Земле и тянет вокруг Солнца, а электромагнетизм поддерживает свет. Две другие силы менее очевидны для нас, потому что они управляют взаимодействиями на самых крошечных масштабах. Сильное взаимодействие связывает материю вместе, а слабое ядерное взаимодействие описывает радиоактивный распад атомов.

    Каждая из этих сил переносится субатомной частицей, которую физики называют бозоном. Например, фотоны являются частицей силы в электромагнетизме. Глюоны несут сильное ядерное взаимодействие. Бозоны W и Z ответственны за слабое ядерное взаимодействие. Существует даже гипотетический бозон для гравитации, называемый гравитоном, хотя ученые не доказали его существование.

    Однако, если вы спросите многих физиков-теоретиков, они, вероятно, скажут вам, что мы еще не открыли все силы природы. Другие, вероятно, где-то там, просто ждут, чтобы их обнаружили. Например, некоторые подозревают, что обнаружение темной материи может выявить слабую новую силу.

    И вот здесь в дело вступает венгерская группа. Не слишком вдаваясь в детали, группа выстрелила протонами в тонкий образец лития-7, который затем радиоактивно распался на бериллий-8. Как и ожидалось, это создало пары позитронов и электронов. Однако детекторы также уловили избыточные сигналы распада, которые свидетельствовали о существовании потенциально новой и чрезвычайно слабой частицы. Если бы он существовал, частица весила бы примерно 1/50 массы протона. И из-за своих свойств это был бы бозон — частица, несущая силу.

    Но история полна причин скептически относиться к новым дополнениям. В последние десятилетия другие группы также заявляли, что нашли пятую силу, но их заявления постепенно исчезали. Примерно в 2000 году одна группа предложила новую силу, названную квинтэссенцией, для объяснения недавнего открытия темной энергии. В 1980-х группа физиков из Массачусетского технологического института заявила, что они обнаружили пятое взаимодействие, получившее название гиперзаряд, которое служило своего рода антигравитацией. Тем не менее, учебники по-прежнему преподают те же четыре фундаментальные силы, что и десятилетия назад.

    Это означает, что наиболее вероятным объяснением необъяснимого нового сигнала является то, что что-то не так с настройкой венгерского детектора. Однако данные никто не оспаривает. Результаты были рецензированы и опубликованы в журнале Physical Review Letters — в том же журнале, в котором было опубликовано открытие гравитационных волн. Даже идеи в престижных журналах иногда можно объяснить систематической ошибкой, но так работает наука.

    «Люди обращают внимание, чтобы увидеть, действительно ли это эффект ядерной физики или это что-то систематическое», — говорит Алвес.«Важно повторить эти эксперименты… чтобы иметь возможность проверить, правда ли это или артефакт того, как они проводят эксперимент».

    Квест на подтверждение

    Именно на это и надеется ее группа. Вместе с небольшой командой она предлагает повторить венгерский эксперимент, используя уже существующее в Лос-Аламосе оборудование. Национальная лаборатория является лидером в области ядерной физики с момента создания атомной бомбы. И сегодня тысячи ведущих физиков все еще работают там над проблемами, начиная от защиты и изучения ядерного арсенала нашей страны и заканчивая новаторскими квантовыми компьютерами и наблюдением за пульсарами.

    Как выяснилось, у них также есть детектор, почти идентичный тому, который использовался венгерской командой.

    Если сложить все это вместе, Алвес считает, что в Лос-Аламосе есть именно то сочетание оборудования и опыта, которое необходимо для повторения эксперимента. Вот почему ее группа тихо работала над своим предложением в течение последних шести месяцев и недавно подала заявку на финансирование на рассмотрение. Чтобы получить одобрение, он должен победить в ежегодном конкурсе наряду с другими проектами в национальной лаборатории.

    В последние годы несколько других групп также предложили искать эту силу. Но на данный момент Алвес считает, что они являются основной группой в США, работающей над подтверждением или опровержением открытия. Если они не смогут получить одобрение, могут пройти годы, прежде чем университет или другая группа сможет получить как средства, так и опыт для повторения эксперимента с теми же параметрами, которые использовали венгры.

    Как и все экстраординарные утверждения, это потенциально изменяющее парадигму открытие потребует экстраординарных доказательств, прежде чем люди примут его.Поэтому нам, возможно, придется подождать некоторое время, прежде чем мы узнаем, произведут ли частица X17 и ее потенциальное пятое взаимодействие революцию в физике или займут свое место на свалке развенчанных и отвергнутых открытий.

    Галилео: Законы динамики

    Галилео: Законы динамики
    Галилео и
    Законы динамики

    Галилей и падающая башня

    Галилей внес значительный вклад в наше понимание законов, управляющих движение предметов.Знаменитый эксперимент с Пизанской башней может быть апокрифический. Вполне вероятно, что сам Галилей не уронил два предмета очень различный вес башни, чтобы доказать, что (вопреки популярному ожидания) они упадут на землю в в то же время. Однако несомненно, что Галилей понимал принцип участвовали и, вероятно, проводили подобные эксперименты. Осознание того, что, как мы говоря современным языком, ускорение свободного падения не зависит от вес объекта был важен для формулировки теории гравитации Ньютон.

    Галилей также проводил эксперименты с движением снарядов, чтобы ясно показать, как ошибочны аризотелевские концепции:

    Галилей и концепция инерции

    Возможно, величайший Вкладом в физику была его формулировка концепции инерции : объект в состоянии движения обладает «инерцией», которая заставляет его оставаться в этом состоянии движения, если только на него действует внешняя сила.

    Большинство объектов в состояние движения НЕ остаются в этом состоянии движения. Например, блок деревяшка, толкаемая с постоянной скоростью по столу, быстро останавливается, когда мы перестань давить. Таким образом, Аристотель считал, что объекты в покое остались в покое если бы на них не действовала сила, но чтобы движущиеся предметы не оставались в движение, если на них постоянно не действовала сила. Галилей, в силу серия экспериментов (многие с объектами, скользящими по наклонным плоскостям), понял, что анализ Аристотеля был неправильным, потому что он не учитывать должным образом для скрытой силы: сила трения между поверхностью и объект.

    Таким образом, когда мы толкаем деревянный брусок по столу, действуют две противоположные силы: сила, связанная с толчком, и сила, которая связанный с трением и действующий в противоположном направлении. Галилей понял, что по мере уменьшения сил трения (для например, поставив масло на стол) объект будет двигаться все дальше и дальше перед остановкой. Отсюда он вывел основную форму закон инерции: если силы трения могли быть сведены точно к нулю (невозможно в реалистичном эксперимент, но его можно аппроксимировать с высокой точностью) объект, толкаемый с постоянной скоростью через поверхность без трения бесконечной протяженности будет продолжаться с этой скоростью навсегда после того, как мы перестанем толкать, если в более позднее время на него не подействует новая сила.

    Галилей и церковь

    Галилей бросает вызов авторитету церкви, нападая на Аристотелевская концепция Вселенной в конечном итоге привела его к серьезным проблемам. с инквизицией. В конце жизни он был заствили публично отречься от своих коперниканских взглядов и провел свои последние годы практически под домашним арестом. Его история, безусловно, представляет собой один из самых печальных примеров конфликта между научным методом и «наукой», основанной на бесспорном власть.К сожалению, в современном обществе все еще есть много сил, которые заковал бы научный метод открытого исследования в идеологические цепи того или иного вида.

    Галилей Физик

    • Ключевой аспект понимания методологии что соотношения могут привести к физическому пониманию, если измерение сделано.

    В контексте этого класса мы будем характеризовать Галилея как строгий эмпирик (то, что вы видите, что делает природа, то она и делает).

    «Прорыв», который смог совершить Галилей, состоял в его признание того, какие аспекты движения (физики) были универсальными. В конечном итоге это привело к его идее систем отсчета.

    Резюмируя взгляды Аристотеля

    Аристотель считал, что существует два вида движения неживой материи: естественное и неестественное. Неестественный (или «насильственное») движение — это когда что-то толкают, и в этом случае скорость движения пропорциональна сила толчка.(Это, вероятно, было выведено из наблюдений за повозками и лодками, запряженными волами.) Естественное движение — это когда что-то ищет свое естественное место во вселенной, например, падающий камень или поднимающийся огонь.

    (Мы только говоря здесь о веществах, состоящих из земли, воды, воздуха и огня, о «естественном круговом движении» планеты, состоящие из обеих, рассматриваются отдельно).

    Для естественного движения тяжелых предметов, падающих на землю, Аристотель утверждал, что скорость падения равна пропорциональна весу и обратно пропорциональна плотности среды, в которую падало тело через.Он также упомянул, что было некоторое ускорение, когда тело приближалось ближе к своей цели. собственный элемент, его вес увеличился, и он ускорился. Однако эти замечания у Аристотеля очень кратки и расплывчаты и, конечно, не количественны.

    Собственно, эти взгляды Аристотеля не остались без возражений даже в древних Афинах. Через тридцать лет или около того После смерти Аристотеля Стратон указал, что камень, упавший с большей высоты, оказывает большее влияние на землю, предполагая, что камень набирал большую скорость, когда падал с большей высоты.

    Галилей сатирически опровергает все идеи Аристотеля:

    Две новые науки

    Галилей изложил свои представления о падающих телах и вообще о снарядах в книге под названием «Два новых наук».

    Это были наука о движении, ставшая краеугольным камнем физики, и наука о материалах и конструкции, важный вклад в инженерное дело.

    Идеи представлены в живой форме в виде диалога с участием трех персонажей: Сальвиати, Сагредо и Симплисио.Официальную церковную точку зрения, т. е. аристотелизм, выдвигает персонаж, именуемый Simplicio, и обычно разрушается другими. Защита Галилея при обвинении в ереси в аналогичной книге было то, что он просто излагал все точки зрения, но это несколько лицемерно — Симплицио почти неизменно изображается простодушным.

    Сальвиати утверждает:

    Я очень сомневаюсь, что Аристотель когда-либо проверял на опыте, правда ли, что два камня, один из которых весит в десять раз столько же, сколько другой, если бы ему позволили упасть в одно и то же мгновение с высоты, скажем, в 100 локтей, скорость, что когда более тяжелый достиг земли, другой не упал бы более чем на 10 локтей.

    Это знаменует собой начало современной эры в науке — отношение, которое утверждает физический мир авторитетами, какими бы мудрыми или почитаемыми они ни были, выдержит или падет экспериментальная проверка.

    Однако экспериментальный тест должен иметь достаточную точность, чтобы это будет надежный тест.

    В качестве примера неточных измерений приведем время гравитации…

    Некоторые эксперименты с гравитацией:

    1. Падение коров с высоты 10 и 100 метров
    2. Запишите время свободного падения в единицах ударов сердца и введите эти значения
    3. Используйте виртуальный секундомер и введите эти значения

    В чем здесь основная проблема в отношении определения экспериментальных точность?

    Как и Гален, Галилей вел подробные записи своих экспериментальных процедур. чтобы другие могли его дублировать.

    Но как замедлить гравитацию?

    Виртуальные эксперименты Галилея

    Галилей был требовательным экспериментатором, полностью осознававшим ценность точных измерений и воспроизводимых экспериментальных деталей:

    Переведенная цитата из одного из журналов Галилея:

    Кусок деревянного багета или бруса длиной около 12 локтей, шириной поллоктя и шириной в три пальца. толстый, был взят; на его краю был прорезан канал шириной чуть больше одного пальца; сделав эту канавку очень прямой, гладкий и полированный, а выложив пергаментом, такой же гладкий и полированный, как Возможно, мы катили по ней твердый, гладкий и очень круглый бронзовый шар.Поместив эту доску в наклонную положение, подняв один конец на один или два локтя над другим, мы катили шар, как я только что сказал, вдоль канала, отмечая способом, который будет описан ниже, время, необходимое для спуска. Мы повторил этот эксперимент более одного раза, чтобы измерить время с такой точностью, чтобы отклонение между двумя наблюдениями никогда не превышала одной десятой доли пульса. Выполнив эту операцию и убедившись в его надежности, мы теперь прокатили шарик только на четверть длины канала; а также измерив время его спуска, мы нашли его ровно вдвое меньше первого.Далее мы попробовали другие дистанции, сравнивали время на всей длине с таковой на половине, или с таковой на двух третях, или три четверти или даже любую дробь; в таких экспериментах, повторенных сто раз, мы всегда находили что пройденные пространства относились друг к другу как квадраты времен, и это было верно для всех склонностей плоскости, т. е. канала, по которому мы катили шарик. Мы также заметили, что время спуска для различные наклоны плоскости относились друг к другу именно в том отношении, которое, как мы предсказал и продемонстрировал для них.

    Для измерения времени мы использовали большой сосуд с водой, поставленный на возвышении; ко дну к этому сосуду была припаяна трубка небольшого диаметра, дающая тонкую струю воды, которую мы собрали в небольшой стакан во время каждого спуска, будь то на всю длину канала или на часть его длины; вода Собранные таким образом предметы взвешивались после каждого спуска на очень точных весах; различия и соотношения этих веса давали нам разности и отношения времен, и это с такой точностью, что хотя операция повторяли много-много раз, заметных расхождений в результатах не было.

    Фундаментальные силы в природе | eMedicalPrep

    Фундаментальные силы в природе

    Содержание

    Фундаментальные силы в природе

    Прежде чем узнать о фундаментальных силах в природе, мы должны понять, что означает термин сила. Силы просто означают толчковую или тянущую активность. В нашей повседневной жизни необходима сила, чтобы толкать, нести, тянуть или бросать предметы. Мы тоже испытываем воздействие силы в реальной жизни. Например, когда какие-то предметы ударяют нас или во время катания на карусели, когда мы поднимаемся и опускаемся.Идея Силы была заимствована у Аристотеля, но его объяснения были весьма тривиальны и не соответствовали действительности. Концепция Силы была идеально объяснена Исааком Ньютоном в формах Законов и движения. Он также открыл условную форму силы гравитационного притяжения между двумя телами.

    В реальном мире, несмотря на силу гравитации, мы встречаем разные виды сил, а именно:

    • Мышечная сила (Сила, вызванная движением мышц)
    • Трение (сила между транспортными средствами и дорогами, помогающая в движении)
    • Силы, действующие на веревки и веревки (Помогают сохранить размер и прочность)
    • Выталкивающая сила
    • Вязкостная сила
    • Сила из-за давления жидкости и так далее.

    В микроскопическом мире, где живут электроны, протоны и другие мельчайшие частицы, они сталкиваются с такими силами, как:

    • Электрическая сила
    • Магнитная сила
    • Ядерная сила
    • Межатомные и межмолекулярные силы

    Типы основных сил

    Чтобы сделать изучение фундаментальных сил немного проще и компактнее, ученые вывели все силы из четырех фундаментальных взаимодействий. Они:

    • Гравитационная сила
    • Электромагнитная сила
    • Сильная ядерная сила
    • Слабое ядерное взаимодействие

    Давайте кратко разберемся с каждой из фундаментальных сил и узнаем, как эти силы влияют на нашу повседневную жизнь.

    Гравитационная сила

    Гравитационная сила может быть определена как сила притяжения между всеми телами во Вселенной. Это универсальная сила, ответственная за притяжение между двумя телами. Например, каждый земной объект испытывает силу гравитации из-за земли. Если бы гравитации не существовало, то мы все должны были бы летать в атмосфере. Эйнштейн утверждал, что сила тяготения отвечает за притяжение двух тел, имеющих массу. Математически сила тяготения прямо пропорциональна произведению масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.Это самая слабая из всех фундаментальных сил.

    Пример: Предположим, что есть два тела A и B, масса A равна m A , а масса B равна m B . Пусть расстояние между двумя телами равно «r», тогда сила гравитации определяется как:

    F = км A м B / r 2

    , где k — константа пропорциональности.

    Применение гравитационных сил:

    • Гравитация удерживает все на Земле от взрыва.Он играет важную роль в развитии жизни. Гравитация — это сила, которая притягивает объекты к поверхности Земли
    • .
    • Без гравитации не будет атмосферы, а значит, не будет воздуха для дыхания
    • Солнечная система удерживается в устойчивом положении с помощью гравитационных сил между Солнцем и другими планетами.
    • Луна вращается вокруг поверхности земли только за счет силы гравитации

    Электромагнитная сила

    Электромагнитная сила — это фундаментальная сила, связанная с электромагнитными и магнитными полями.Это сила между заряженными частицами. Эта сила основана на законе Кулона, который гласит, что сила притяжения или отталкивания между двумя зарядами прямо пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. В отличие от гравитационной силы, она имеет как отталкивающую, так и притягивающую природу. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются.

    Пример: Имеются два заряда q A и q B. Пусть расстояние между зарядами равно «r», тогда электростатическая сила притяжения определяется как:

    F = k q A q B / r 2

    Где k – константа пропорциональности.

    Применение электростатической силы:

    • Электростатическая сила намного сильнее силы гравитации и доминирует над всеми явлениями на атомном и молекулярном уровне
    • Электростатика отвечает за стабильные структуры атомов и их функционирование
    • Он также обслуживает макроскопические силы, такие как растяжение, трение, нормальная сила и сила пружины
    • Молния и электричество вызываются только электростатическими силами

    Сильная ядерная сила

    Взаимодействие между протонами и нейтронами в ядре называется сильным ядерным взаимодействием. Это сильнейшая из фундаментальных сил. Роль сильного ядерного взаимодействия заключается в минимизации отталкивания между протонами и сохранении стабильности атома. Если между фотонами есть отталкивание, то, к сожалению, протоны могут столкнуться с ядром и в конечном итоге разрушить атом. Он имеет привлекательный характер. Сильное ядерное взаимодействие не зависит от заряда и возникает между протон-протон, нейтрон-протон и нейтрон-нейтрон.

    Дальность действия этой силы очень мала, около 10 90 200 -15 90 201 м.Стабильность ядра обеспечивается сильной ядерной силой.

    Примечание: Ядерная сила не действует между электронами.

    Применение сильного ядерного взаимодействия

    • Поддерживает стабильность ядер
    • Используется в теории электростатики

    Слабая ядерная сила

    Слабая ядерная сила определяется как сила, вызывающая радиоактивные процессы путем осуществления электронного и бета-излучения. Сила слабого ядерного взаимодействия находится между гравитационным и сильным ядерным взаимодействием. Диапазон действия слабого ядерного взаимодействия очень мал, порядка 10 -16 м.

    Применение слабого ядерного взаимодействия

    • Ответственный за радиоактивный распад
    • Используется при облучении для лечения рака и опухолей
    • Помогает вырабатывать энергию на атомных электростанциях

    Объединение Сил

    Великие разработки часто способствуют объединению различных теорий и направлений исследований. Некоторые примеры объединения сил изображены следующим образом:

    • Ньютон объединил небесные тела и планетарные тела по общему закону тяготения
    • Эксперименты, проведенные Эрстедом и Фарадеем, помогли установить взаимосвязь электричества и магнетизма.Они оба доказали, что электричество и магнетизм неразделимы
    • Максвелл доказал, что свет представляет собой электромагнитную волну, объединив электромагнетизм и оптику
    • Карло Рубиа и Саймон Вандер Меер предложили теорию электрослабого взаимодействия путем объединения электростатических сил и слабых ядерных взаимодействий

    Посмотрите это видео для получения дополнительной информации