Основни видове механични сили. Сили и взаимодействия

Сила- вектор физическо количество, което е мярка за интензивността на влиянието на други тела, както и полета, върху дадено тяло. Сила, приложена към масивно тяло, предизвиква промяна в скоростта му или възникване на деформации в него.

IN съвременна наукаИма 4 вида взаимодействия. Две от тях, които се разглеждат в механиката, се наричат гравитационенИ електромагнитни. Те съответстват на сили, които не могат да бъдат сведени до по-прости и затова се наричат фундаментален. Още две: силните и слабите са ядрени. Гравитация и g. Деформация е промяна в размера или формата на тялото под въздействието на други тела. Както знаете от курса училищна физика, всички тела се състоят от електрически заряди. Когато телата се деформират, разстоянията между зарядите се променят, а това от своя страна води до дисбаланс между силите на привличане и отблъскване между зарядите. Когато тялото е разтегнато, силите на привличане между зарядите преобладават и тялото се „съпротивлява“ на разтягането; по същия начин, когато е компресирано, преобладават силите на отблъскване. Закон на Хук. Сила на реакция на земята и сила на опън на окачването. IN телесно теглонаречена силата, с която тялото действа върху опора или окачване. Когато тялото взаимодейства с опора или окачване, самото тяло се деформира, което води до появата на еластична сила, действаща върху опората или окачването. Силите на тежестта и реакциите на земята са свързани помежду си според третия закон на Нютон. Подобно равенство съществува и за окачено тяло. T=P. Сила на триене.

В рамките на класическа механикагравитационното взаимодействие се описва от закона на Нютон за универсалната гравитация, който гласи, че силата на гравитационното привличане между две материални точки с маса и разделени от разстояние е пропорционална на двете маси и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието - това е:

Електромагнитно взаимодействие съществува между частици, които имат електрически заряд. От съвременна гледна точка електромагнитното взаимодействие между заредените частици не се осъществява директно, а само чрез електромагнитно поле.

Силното взаимодействие включва кварки и глуони и частици, съставени от тях, наречени адрони (бариони и мезони). Той работи в мащаби от порядъка на размера на атомното ядро ​​или по-малко, като е отговорен за връзката между кварките в адроните и за привличането между нуклоните (вид бариони - протони и неутрони) в ядрата.

Слабо взаимодействие, или слаба ядрена сила- едно от четирите фундаментални взаимодействия в природата. Той е отговорен по-специално за бета ядрата. Това взаимодействие се нарича слабо, защото другите две взаимодействия, които са значими за ядрена физика(силни и електромагнитни) се характеризират със значително по-голям интензитет. То обаче е много по-силно от четвъртото от фундаменталните взаимодействия, гравитационното. Слабото взаимодействие е късодейство - проявява се на разстояния много по-малки от размера на атомното ядро.

Образуване на протогалактични облаци по-малко от около 1 милиард години след Големия взрив

Добре знаем за силата на гравитацията, която ни държи на земята и затруднява полета до Луната. И електромагнетизъм, благодарение на който не се разпадаме на отделни атоми и можем да включваме лаптопи. Физикът говори за още две сили, които правят Вселената точно такава, каквато е.

Всички знаем добре закона от училище Универсална гравитацияи закона на Кулон. Първият ни обяснява как масивни обекти като звезди и планети си взаимодействат (привличат) един друг. Друг показва (спомнете си опита с ебонитова пръчка) какви сили на привличане и отблъскване възникват между електрически заредени обекти.

Но това ли е целият набор от сили и взаимодействия, които определят външния вид на Вселената, която наблюдаваме?

Съвременната физика казва, че има четири типа основни (фундаментални) взаимодействия между частиците във Вселената. Вече говорих за две от тях по-горе и с тях, изглежда, всичко е просто, тъй като техните проявления постоянно ни заобикалят Ежедневието: Това е гравитационно и електромагнитно взаимодействие.

Така че, поради действието на първия, ние стоим здраво стъпили на земята и не отлитаме навътре отворено пространство. Вторият, например, осигурява привличането на електрон към протон в атомите, от които всички ние се състоим, и в крайна сметка привличането на атомите един към друг (т.е. отговорен е за образуването на молекули, биологични тъкани и т.н. .). Така че именно поради силите на електромагнитното взаимодействие, например, се оказва, че не е толкова лесно да откъснеш главата на досаден съсед и за целта трябва да прибегнеш до помощта на брадва на различни импровизирани средства.

Но има и така нареченото силно взаимодействие. За какво отговаря? Не бяхте ли изненадани в училище от факта, че въпреки твърдението на закона на Кулон, че два положителни заряда трябва да се отблъскват взаимно (само противоположните се привличат), ядрата на много атоми тихо съществуват сами за себе си. Но те се състоят, както си спомняте, от протони и неутрони. Неутроните са неутрони, защото са неутрални и нямат електрически заряд, но протоните са положително заредени. И какво, чуди се, какви сили могат да държат заедно (на разстояние една трилионна от микрона - което е хиляда пъти по-малко от самия атом!) няколко протона, които според закона на Кулон трябва да се отблъскват с ужасна енергия?

Силно взаимодействие – осигурява привличане между частиците в ядрото; електростатично - отблъскване

Тази наистина титанична задача за преодоляване на силите на Кулон се поема от силното взаимодействие. Така че, нито повече, нито по-малко, благодарение на него протоните (както и неутроните) в ядрото все още се привличат един към друг. Между другото, самите протони и неутрони също се състоят от още по-„елементарни“ частици - кварки. Така че кварките също си взаимодействат и се привличат „силно“. Но, за щастие, за разлика от същото гравитационно взаимодействие, което работи и на космически разстояния от много милиарди километри, силното взаимодействие е, както се казва, краткотрайно. Това означава, че полето на „силно привличане“ около един протон работи само в малки мащаби, сравними всъщност с размера на ядрото.

Следователно, например, протон, който се намира в ядрото на един от атомите, не може, въпреки отблъскването на Кулон, да вземе и „силно“ да привлече протон от съседен атом. В противен случай цялата протонна и неутронна материя във Вселената може да бъде „привлечена“ към общ център на масата и да образува едно огромно „суперядро“. Нещо подобно обаче се случва в дебелината на неутронните звезди, в една от които, както може да се очаква, един ден (след около пет милиарда години) нашето Слънце ще се свие.

И така, четвъртото и последно от основните взаимодействия в природата е така нареченото слабо взаимодействие. Не напразно се нарича така: не само работи дори на разстояния, дори по-къси от силното взаимодействие, но също така е с много ниска мощност. Така че, за разлика от силния си „брат“, кулоновото отблъскване, той няма да надвие.

Ярък пример, демонстриращ слабостта на слабите взаимодействия, са частиците, наречени неутрино (може да се преведе като „малък неутрон“, „неутрон“). Тези частици по своята същност не участват в силни взаимодействия, нямат електрически заряд (и следователно не са податливи на електромагнитни взаимодействия), имат незначителна маса дори по стандартите на микросвета и следователно са практически нечувствителни към гравитацията всъщност са способни само на слаби взаимодействия.

Какво? Неутриното минава през мен?!

В същото време неутрино се генерират в наистина колосални количества във Вселената и огромен поток от тези частици постоянно прониква в дебелината на Земята. Например в обема на кибритена кутия има средно около 20 неутрино във всеки един момент. Така можете да си представите огромен варел от детектор за вода, за който писах в последния си пост, и невероятното количество неутрино, което прелита през него във всеки един момент. Така че учените, работещи върху този детектор, обикновено трябва да чакат с месеци за такъв щастлив шанс поне едно неутрино да „почувства“ своя варел и да взаимодейства в него със своите слаби сили.

Въпреки това, въпреки своята слабост, това взаимодействие играе много важна роля във Вселената и в човешкия живот. Така тя се оказва отговорна за един от видовете радиоактивност - а именно бета-разпадът, който е вторият (след гама-радиоактивността) по степен на опасност от въздействието си върху живите организми. И, не по-малко важно, без слабо взаимодействие би било невъзможно термоядрени реакции, протичаща в недрата на много звезди и отговорна за освобождаването на енергията на звездата.

Такива са четирите конника на Апокалипсиса на фундаменталните взаимодействия, които управляват шоуто във Вселената: силни, електромагнитни, слаби и гравитационни.

Какви сили познавате? Гравитация, напрежение на конеца,натиск на пружина, сблъсък на тела, сила на триене, експлозия, съпротивление на въздух и среда, повърхностно напрежение на течност, сила на Ван дер Ваалс - и списъкът не свършва дотук. Но всички тези сили са производни на четири фундаментални! Ще говорим за тях.

Четири сили

В основата на основите на физическите закони са четири фундаментални взаимодействия, които отговарят за всички процеси във Вселената. Ако елементарните частици могат да бъдат сравнени с градивните елементи на съществуването, тогава взаимодействията са циментовият разтвор. Силни, електромагнитни, слаби и гравитационни - именно в този ред, от силно към слабо, се разглеждат взаимодействията. Те не могат да бъдат сведени до по-прости - затова се наричат ​​основни.

Преди да започнем да описваме силите, е необходимо да обясним какво се разбира под думата взаимодействие. Физиците го смятат за резултат от обмена на определени посредници, те обикновено се наричат носители на взаимодействие.

Да започнем с най-интензивното. Силенвзаимодействието е открито през 30-те години на миналия век в периода на активно изследване на атома. Оказа се, че целостта и стабилността на ядрото му се осигуряват именно от изключително силното взаимодействие нуклонипомежду си.

Нуклони(от лат. nucleus - ядро) - общо наименование на протони и неутрони, основните компоненти на ядрото на атома. От гледна точка на силното взаимодействие тези частици са неразличими. Неутронът е с 0,13% по-тежък от протона - това се оказа достатъчно, за да стане единственият с маса на покой елементарни частици, за които се наблюдава гравитационно взаимодействие.

Съдържанието на ядрата се привлича едно към друго поради специални кванти - π-мезони, които са "официалните" носители на силното взаимодействие. Тази ядрена сила е 1038 пъти по-интензивна от най-слабото взаимодействие – гравитационната сила. Ако силната сила внезапно изчезне, атомите във Вселената моментално ще се разпаднат. Зад тях са молекулите, след това материята - цялата реалност около нас би престанала да съществува, с изключение на елементарните частици. Интересна функцияТяхната „връзка“ е взаимодействие на къси разстояния: положително заредените частици, протоните, се привличат един към друг само при пряк контакт.

Ако протоните са разделени на известно разстояние един от друг, електромагнитнивзаимодействие, при което частиците с еднакъв заряд се отблъскват, а частиците с различен заряд се привличат. В случай на незаредени частици тази сила не възниква - спомнете си известния закон на Кулон за стационарните точкови електрически заряди. Носителите на електромагнитни сили са фотоните, които освен всичко друго осигуряват преноса на слънчева енергия към нашата планета. Изключването на тази сила заплашва Земята с пълно замръзване. Електромагнитното взаимодействие е 1035 пъти по-силно от гравитационното взаимодействие, тоест само 100 пъти по-слабо от ядреното взаимодействие.

Природата е предоставила друга фундаментална сила, характеризираща се с изчезващо ниска интензивност и много малък радиус на действие (по-малък от атомно ядро). Това слабвзаимодействие - неговите носители са специални заредени и неутрални бозони. Областта на отговорност на слабите сили е предимно бета-разпадането на неутрона, придружено от образуването на протон, електрон и (анти-) неутрино. Такива трансформации активно протичат на Слънцето, което определя важността на това фундаментално взаимодействие за вас и мен.

(Не)известна гравитация

Всички описани сили са изследвани достатъчно подробно и са органично интегрирани във физическата картина на света. Въпреки това, последна сила гравитационен, се характеризира с толкова нисък интензитет, че човек все още трябва да гадае за същността му.

Парадоксът на гравитационното взаимодействие е, че го усещаме всяка секунда, но не можем да открием носителя по никакъв начин. Има само предположение за съществуването на хипотетичен гравитонен квант, който има скоростта на светлината. Той е способен на смущения и дифракция, но е лишен от заряд. Учените смятат, че когато една частица излъчва гравитон, естеството на нейното движение се променя и подобна ситуация се случва с частица, която получава квант. Нивото на технологично развитие все още не ни позволява да „видим“ гравитона и да проучим неговите свойства по-подробно. Интензитетът на гравитацията е 1025 пъти по-малък от слабото взаимодействие.

Как е възможно, ще кажете, че силата на гравитацията изобщо не изглежда слаба! Това са уникалните свойства на фундаментално взаимодействие № 4. Например универсалност - всяко тяло с всякаква маса създава гравитационно поле в пространството, което може да проникне през всяко препятствие. Освен това силата на гравитацията нараства с масата на обекта – свойство, характерно само за това взаимодействие.

Ето защо Земята, която е гигантска в сравнение с хората, създава около себе си гравитационно поле, което задържа въздух, вода, скали и, разбира се, жива материя на повърхността. Ако веднага отменим гравитацията, скоростта, с която ще отидем в космоса, ще бъде 500 m/s. Наред с електромагнитното взаимодействие, гравитацията има дълъг обхват на действие. Следователно ролята му в системата от движещи се тела във Вселената е огромна. Дори между двама души, разположени на значително разстояние един от друг, съществува микроскопично гравитационно привличане.

Gravity Gun е измислено оръжие, което създава локализирано гравитационно поле. Оръжието ви позволява да привличате, повдигате и хвърляте предмети, като използвате силата, генерирана от полето. Тази концепция е използвана за първи път в компютърна играПолуживот 2.

Представете си въртящ се връх, вертикално монтиран в центъра на пръстеновидна рамка, която се върти свободно около хоризонтална ос. Тази рамка - да я наречем вътрешна - от своя страна е фиксирана върху външна пръстеновидна рамка, която също се върти свободно в хоризонтална равнина. Структурата около върха се нарича кардан, и всичко това заедно жироскоп.

В покой върхът в жироскопа се върти спокойно във вертикално положение, но веднага щом външни сили - например ускорение - се опитат да завъртят оста на въртене на върха, той се завърта перпендикулярно на това влияние. Колкото и да се опитваме да въртим върха в жироскопа, той все пак ще се върти във вертикално положение. Най-напредналите жироскопи дори реагират на въртенето на Земята, което беше демонстрирано за първи път от французин Жан Бернар Фукопрез 1851г. Ако оборудваме жироскопа със сензор, който отчита позицията на върха спрямо рамката, ще получим точно навигационно устройство, което ни позволява да проследяваме движението на обект в пространството - например самолет.

Гравитационни ефекти

Гравитацията може да изиграе жестока шега с големи, много по-масивни обекти в космоса - например звезди в по-късните етапи на еволюцията. Силата на гравитацията притиска звездата и в определен момент преодолява вътрешното налягане. Когато радиусът на такъв обект стане по-малък от гравитационния, това се случва колапс, и звездата угасва. От него не идва повече информация, дори светлинните лъчи не могат да преодолеят гигантската сила на гравитацията. Ето как се ражда черна дупка.

Планетите, много по-малки обекти, имат свои собствени гравитационни характеристики. И така, Земята, поради собствената си маса, огъва пространство-времето и го усуква с въртенето си! Тези явления се наричат ​​съответно геодезическа прецесия и гравитомагнитен ефект.

Какво е геодезическа прецесия? Да си представим, че в орбитата на нашата планета се движи обект, на повърхността на който (в безтегловност) се върти върха с висока скорост. Неговата ос ще се отклонява по посока на движение с интензивност от 6,6 дъгови секунди на година. Земята огъва заобикалящото пространство-време с масата си, създавайки нещо като прорез в него.

Гравитомагнитен ефект(Ефект на Lensee-Thirring) е добре илюстриран от въртенето на пръчка в гъст мед: тя носи вискозна сладка маса, образувайки спирален вихър. По същия начин Земята върти „меденото“ пространство-време около своята ос. И това отново се записва от оста на върха, която се отклонява в посоката на въртене на Земята с микроскопични 0,04 дъгови секунди на година.

Нашата планета, със своята гравитация, влияе на времето и пространството. Това твърдение дълго време остава само хипотеза на Айнщайн и неговите последователи, докато през 2004 г. американците не изстрелват сателита Gravity Probe-B. Устройството се въртеше в полярната орбита на Земята и беше оборудвано с най-точните жироскопи в света - сложни аналози на върхове. Сложността на тези технически шедьоври се доказва от факта, че неравностите на топките на жироскопа не надвишават два или три атома. Ако увеличите тези миниатюрни сфери до размера на Земята, тогава височината на най-голямата неравност няма да надвишава три метра! Такива трикове са били необходими, за да се установи експериментално самата кривина на пространство-времето. И след 17 месеца работа в орбита, оборудването регистрира изместване на осите на въртене на четири супержира наведнъж!

Експериментът Gravity Probe-B доказа два ефекта Обща теориятеория на относителността: кривина на пространство-времето (геодезична прецесия) и появата на допълнително ускорение в близост до масивни тела (гравитомагнитен ефект)

Гравитацията има много други, много по-очевидни ефекти. Например, няма нито един орган в нашето тяло, който да не е адаптиран към гравитацията.

Ето защо е толкова необичайно и дори опасно човек да бъде дълго време в състояние на безтегловност: кръвта се преразпределя в тялото по такъв начин, че оказва прекомерен натиск върху съдовете на мозъка и костите време отказват да абсорбират калциеви соли и стават крехки, като тръстика. Само чрез постоянна физическа активност човек може частично да се предпази от въздействието на безтегловността.

Гравитационното поле на Луната влияе върху Земята и нейните жители - всеки знае за приливите и отливите. Поради центробежна силаЛуната се отдалечава от нас с 4 см на година, а интензивността на приливите неумолимо намалява. В праисторията Луната е била много по-близо до Земята и съответно приливите и отливите са били значителни. Може би това беше основният фактор, който предопредели появата на живи организми на сушата.

Въпреки че все още не знаем коя частица е отговорна за гравитацията, можем да я измерим! За тази цел се използва специално устройство - гравиметър, с който геолозите активно работят в търсене на полезни изкопаеми.

В дебелината земната повърхностСкалите имат различна плътност и следователно тяхната гравитационна сила ще варира. По този начин можете да идентифицирате находища на леки въглеводороди (нефт и газ), както и плътни скали от метални руди. Те измерват силата на привличане, като регистрират най-малките промени в скоростта на свободно падане на тяло с известна маса или хода на махалото. За тази цел те дори въведоха специална мерна единица - Гал (Gal) в чест Галилео Галилей , който пръв в историята определи силата на гравитацията чрез измерване на пътя на свободно падащо тяло.

Дългосрочните изследвания на гравитационната сила на Земята от космоса направиха възможно създаването на карта на гравитационните аномалии на нашата планета. Рязкото увеличаване на гравитацията на определено парче земя може да е предвестник на земетресение или вулканично изригване.

Изследването на фундаменталните взаимодействия едва набира скорост. Не може да се каже със сигурност, че има само четири сили - може да са пет или десет. Учените се опитват да съберат всички взаимодействия под „покрива“ на един модел, но създаването му все още е толкова далече. И главният център на тежестта става хипотетичен гравитон. Скептиците твърдят, че хората никога няма да могат да открият този квант, защото неговият интензитет е твърде нисък, но оптимистите вярват в бъдещето на технологиите и физичните методи. Изчакай и виж.

ВЪПРОСИ ЗА МАТУРАТА ПО ФИЗИКА TSP 2-ра година

1. Основни понятия от динамиката: маса, сила, инерция, инерция, закони на Нютон.

Тегло- количествена мярка за инерцията на тялото. Единицата за маса в SI се нарича килограм (kg).

Сила- векторна физическа величина, която е мярка за интензивността на влиянието на други тела, както и полета, върху дадено тяло.

Инерция- това е свойството на материалното тяло да устои на промените в скоростта на движението си (както по размер, така и по посока ).

Инерция- свойството на тялото повече или по-малко да предотвратява промяната на скоростта си спрямо инерционната референтна система, когато е изложено на външни сили.

Законите на Нютон:

1. Материална точка е в покой или се движи равномерно и праволинейно, ако върху нея не действат сили или силите, действащи върху точката, са уравновесени.

2. Ускорението, с което се движи едно тяло, е правопропорционално на действащата върху него сила, обратно пропорционално на масата на тялото и посоката съвпада с посоката на силата.

3. Силите, с които материалните тела действат едно на друго, са еднакви по големина, противоположни по посока и насочени по права линия, минаваща през тези тела.

2. Сили в природата .

гравитационни, електромагнитни, силни (ядрени) и слаби.
Гравитационни сили , или силите на всемирното притегляне, действат между всички тела – всички тела се привличат едно към друго. Но това привличане обикновено е значително само когато поне едно от взаимодействащите тела е голямо колкото Земята или Луната. В противен случай тези сили са толкова малки, че могат да бъдат пренебрегнати.
Електромагнитни сили действат между частици с електрически заряди. Обхватът им на действие е особено широк и разнообразен. В атомите, молекулите, твърдите, течни и газообразни тела, живите организми, електромагнитните сили са основните. Тяхната роля в атомите е голяма.
Обхват ядрени силимного ограничено. Те се забелязват само вътре в атомните ядра (т.е. на разстояния от порядъка на 10 -13 cm). Вече при разстояния между частиците от порядъка на 10 -11 cm (хиляда пъти по-малки от размера на атома - 10 -8 cm) те изобщо не се появяват.
Слаби взаимодействия се появяват на още по-малки разстояния от порядъка на 10 -15 см. Те предизвикват взаимни трансформации на елементарни частици, определят радиоактивния разпад на ядрата и реакциите на термоядрен синтез.
Ядрени сили - най-мощният в природата. Ако интензитетът на ядрените сили се приеме за единица, тогава интензитетът на електромагнитните сили ще бъде 10 -2, гравитационните сили - 10 -40, слабите взаимодействия - 10 -16.
Силните (ядрени) и слабите взаимодействия се проявяват на толкова малки разстояния, че законите на механиката на Нютон, а с тях и концепцията за механична сила, губят смисъл.
В механиката ще разглеждаме само гравитационни и електромагнитни взаимодействия.
Сили в механиката.В механиката обикновено имаме работа с три вида сили - гравитационни сили, еластични сили и сили на триене.
Силите на еластичност и триене са от електромагнитно естество.



3. Всеобща гравитация, тегло, безтегловност, свободно падане.

Земно притегляне- силата на взаимно привличане, действаща между всички материални тела.
IN 1682 Нютон откри закон на всемирното притегляне:всички тела се привличат, силата на всемирната гравитация е право пропорционална на произведението на масите на телата и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях:

Тегло - силаударът на тялото върху опора (или окачване или друг вид закрепване), която предотвратява падане, възникващо в полето сили на гравитацията HYPERLINK "http:// ru. wikipedia. org / wiki /% D 0%92% D 0% B 5% D 1%81" HYPERLINK " http:// ru. wikipedia. org / wiki /% D 0 %92% D 0% B 5% D 1%81".

Безтегловност- състояние, при което силата на взаимодействие между тялото и опората ( телесно тегло), възникнали във връзка с гравитационенпривличане, действието на други масови сили, по-специално силата на инерцията, която възниква по време на ускореното движение на тялото, отсъства.

Формула:
P=0, където P е теглото, т.е. силата, с която тялото действа върху опората или окачването.

Свободно падане- Това равномерно ускорено движениеПод влиянието земно притегляне.

g - ускорение на свободно падане, 9.81 (m/s²),

4. Движението на тялото под въздействието на няколко сили.

Обикновено върху едно тяло действат няколко сили едновременно. Заедно със силите на гравитацията и еластичността почти винаги действа триенето. Особено необходимо е да се вземе предвид силата на триене в случаите, когато се разглежда движението на трафика.

Добре известно е, че за избягване на инциденти трябва да се спазва определена дистанция между автомобилите; при дъждовно време или заледени условия трябва да е по-голямо, отколкото при сухо време. Възникват въпроси: какво трябва да бъде това разстояние и как зависи от скоростта на автомобила? За да им отговорите, разгледайте проблема.

Образуване на протогалактични облаци по-малко от около 1 милиард години след Големия взрив

Добре знаем за силата на гравитацията, която ни държи на земята и затруднява полета до Луната. И електромагнетизъм, благодарение на който не се разпадаме на отделни атоми и можем да включваме лаптопи. Физикът говори за още две сили, които правят Вселената точно такава, каквато е.

От училище всички знаем добре закона за всемирното привличане и закона на Кулон. Първият ни обяснява как масивни обекти като звезди и планети си взаимодействат (привличат) един друг. Друг показва (спомнете си опита с ебонитова пръчка) какви сили на привличане и отблъскване възникват между електрически заредени обекти.

Но това ли е целият набор от сили и взаимодействия, които определят външния вид на Вселената, която наблюдаваме?

Съвременната физика казва, че има четири типа основни (фундаментални) взаимодействия между частиците във Вселената. Вече говорих за две от тях по-горе и с тях, изглежда, всичко е просто, тъй като техните проявления постоянно ни заобикалят в ежедневието: това е гравитационно и електромагнитно взаимодействие.

И така, поради действието на първия, ние стоим здраво стъпили на земята и не летим в открития космос. Вторият, например, осигурява привличането на електрон към протон в атомите, от които всички ние се състоим, и в крайна сметка привличането на атомите един към друг (т.е. отговорен е за образуването на молекули, биологични тъкани и т.н. .). Така че именно поради силите на електромагнитното взаимодействие, например, се оказва, че не е толкова лесно да откъснеш главата на досаден съсед и за целта трябва да прибегнеш до помощта на брадва на различни импровизирани средства.

Но има и така нареченото силно взаимодействие. За какво отговаря? Не бяхте ли изненадани в училище от факта, че въпреки твърдението на закона на Кулон, че два положителни заряда трябва да се отблъскват взаимно (само противоположните се привличат), ядрата на много атоми тихо съществуват сами за себе си. Но те се състоят, както си спомняте, от протони и неутрони. Неутроните са неутрони, защото са неутрални и нямат електрически заряд, но протоните са положително заредени. И какво, чуди се, какви сили могат да държат заедно (на разстояние една трилионна от микрона - което е хиляда пъти по-малко от самия атом!) няколко протона, които според закона на Кулон трябва да се отблъскват с ужасна енергия?

Силно взаимодействие – осигурява привличане между частиците в ядрото; електростатично - отблъскване

Тази наистина титанична задача за преодоляване на силите на Кулон се поема от силното взаимодействие. Така че, нито повече, нито по-малко, благодарение на него протоните (както и неутроните) в ядрото все още се привличат един към друг. Между другото, самите протони и неутрони също се състоят от още по-„елементарни“ частици - кварки. Така че кварките също си взаимодействат и се привличат „силно“. Но, за щастие, за разлика от същото гравитационно взаимодействие, което работи и на космически разстояния от много милиарди километри, силното взаимодействие е, както се казва, краткотрайно. Това означава, че полето на „силно привличане“ около един протон работи само в малки мащаби, сравними всъщност с размера на ядрото.

Следователно, например, протон, който се намира в ядрото на един от атомите, не може, въпреки отблъскването на Кулон, да вземе и „силно“ да привлече протон от съседен атом. В противен случай цялата протонна и неутронна материя във Вселената може да бъде „привлечена“ към общ център на масата и да образува едно огромно „суперядро“. Нещо подобно обаче се случва в дебелината на неутронните звезди, в една от които, както може да се очаква, един ден (след около пет милиарда години) нашето Слънце ще се свие.

И така, четвъртото и последно от основните взаимодействия в природата е така нареченото слабо взаимодействие. Не напразно се нарича така: не само работи дори на разстояния, дори по-къси от силното взаимодействие, но също така е с много ниска мощност. Така че, за разлика от силния си „брат“, кулоновото отблъскване, той няма да надвие.

Ярък пример, демонстриращ слабостта на слабите взаимодействия, са частиците, наречени неутрино (може да се преведе като „малък неутрон“, „неутрон“). Тези частици по своята същност не участват в силни взаимодействия, нямат електрически заряд (и следователно не са податливи на електромагнитни взаимодействия), имат незначителна маса дори по стандартите на микросвета и следователно са практически нечувствителни към гравитацията всъщност са способни само на слаби взаимодействия.

Какво? Неутриното минава през мен?!

В същото време неутрино се генерират в наистина колосални количества във Вселената и огромен поток от тези частици постоянно прониква в дебелината на Земята. Например в обема на кибритена кутия има средно около 20 неутрино във всеки един момент. Така можете да си представите огромен варел от детектор за вода, за който писах в последния си пост, и невероятното количество неутрино, което прелита през него във всеки един момент. Така че учените, работещи върху този детектор, обикновено трябва да чакат с месеци за такъв щастлив шанс поне едно неутрино да „почувства“ своя варел и да взаимодейства в него със своите слаби сили.

Въпреки това, въпреки своята слабост, това взаимодействие играе много важна роля във Вселената и в човешкия живот. Така тя се оказва отговорна за един от видовете радиоактивност - а именно бета-разпадът, който е вторият (след гама-радиоактивността) по степен на опасност от въздействието си върху живите организми. И, не по-малко важно, без слабото взаимодействие би било невъзможно да протичат термоядрени реакции в дълбините на много звезди и да са отговорни за освобождаването на енергията на звездата.

Такива са четирите конника на Апокалипсиса на фундаменталните взаимодействия, които управляват шоуто във Вселената: силни, електромагнитни, слаби и гравитационни.