Hangi güçleri biliyorsun? Yer çekimi, iplik gerginliği, yay sıkışması, cisimlerin çarpışması, sürtünme kuvveti, patlama, hava ve ortam direnci, sıvının yüzey gerilimi, van der Waals kuvveti - ve liste burada bitmiyor. Ancak tüm bu kuvvetler dört temel kuvvetin türevleridir! Onlar hakkında konuşacağız.

Dört kuvvet

Fizik kanunlarının temelleri şunlardır: dört temel etkileşim Evrendeki tüm süreçlerden sorumludurlar. Eğer temel parçacıklar varoluşun yapı taşlarıyla karşılaştırılabilirse, o zaman etkileşimler çimento harcıdır. Güçlü, elektromanyetik, zayıf ve yerçekimsel; etkileşimler güçlüden zayıfa doğru bu sırayla dikkate alınır. Daha basit olanlara indirgenemezler; bu yüzden onlara temel denir.

Kuvvetleri tanımlamaya başlamadan önce etkileşim sözcüğünden ne kastedildiğini açıklamak gerekir. Fizikçiler bunu belirli aracıların değişiminin bir sonucu olarak görüyorlar, bunlara genellikle denir etkileşim taşıyıcıları.

En yoğun olanından başlayalım. Güçlü etkileşim geçen yüzyılın 30'lu yıllarında atomun aktif araştırması döneminde keşfedildi. Çekirdeğinin bütünlüğünün ve istikrarının, son derece güçlü etkileşimle tam olarak sağlandığı ortaya çıktı. nükleonlar onların arasında.

Nükleonlar(Latince çekirdekten - çekirdek) - bir atom çekirdeğinin ana bileşenleri olan protonlar ve nötronlar için ortak bir ad. Güçlü etkileşim açısından bakıldığında bu parçacıklar ayırt edilemez. Nötron, protondan %0,13 daha ağırdır; bu, yerçekimsel etkileşimin gözlemlendiği hareketsiz kütleye sahip tek temel parçacık olmak için yeterliydi.

Güçlü etkileşimin “resmi” taşıyıcıları olan özel kuantum - π-mezonlar nedeniyle çekirdeklerin içerikleri birbirine çekilir. Bu nükleer kuvvet, en zayıf etkileşim olan yer çekimi kuvvetinden 1038 kat daha yoğundur. Eğer güçlü kuvvet aniden ortadan kaybolsaydı, Evrendeki atomlar anında parçalanırdı. Arkalarında moleküller, sonra madde var; temel parçacıklar dışında çevremizdeki tüm gerçeklik sona erecekti. Aralarındaki "ilişkinin" ilginç bir özelliği kısa mesafeli etkileşimdir: pozitif yüklü parçacıklar, protonlar, yalnızca doğrudan temas halinde birbirlerine çekilirler.

Protonlar birbirlerinden belli bir mesafe uzaktaysa, elektromanyetik Benzer yüklü parçacıkların ittiği ve farklı yüklü parçacıkların çektiği bir etkileşim. Yüksüz parçacıklar durumunda bu kuvvet ortaya çıkmaz; Coulomb'un sabit nokta elektrik yükleriyle ilgili ünlü yasasını hatırlayın. Elektromanyetik kuvvetlerin taşıyıcıları, diğer şeylerin yanı sıra güneş enerjisinin gezegenimize aktarılmasını sağlayan fotonlardır. Bu kuvvetin dışlanması, Dünya'yı tamamen donmakla tehdit eder. Elektromanyetik etkileşim, yerçekimsel etkileşimden 1035 kat daha güçlüdür, yani nükleer etkileşimden yalnızca 100 kat daha zayıftır.

Doğa, yok denecek kadar düşük yoğunluk ve çok küçük bir etki yarıçapı (atom çekirdeğinden daha az) ile karakterize edilen başka bir temel kuvvet sağlamıştır. Bu zayıf etkileşim - taşıyıcıları özel yüklü ve nötr bozonlardır. Zayıf kuvvetlerin sorumluluk alanı öncelikle nötronun beta bozunması ve buna eşlik eden proton, elektron ve (anti-)nötrino oluşumudur. Bu tür dönüşümler Güneş'te aktif olarak gerçekleşiyor ve bu da bu temel etkileşimin sizin ve benim için önemini belirliyor.

(Bilinmeyen) yer çekimi

Açıklanan tüm kuvvetler yeterince ayrıntılı olarak incelenmiş ve dünyanın fiziksel resmine organik olarak entegre edilmiştir. Ancak son kuvvet yerçekimsel, o kadar düşük yoğunlukla karakterize edilir ki, kişinin hâlâ özünü tahmin etmesi gerekir.

Yerçekimi etkileşiminin paradoksu, onu her saniye hissetmemiz ancak taşıyıcıyı hiçbir şekilde tespit edemememizdir. Işık hızına sahip olan varsayımsal bir graviton kuantumunun varlığına dair yalnızca bir varsayım vardır. Girişim ve kırınım yeteneğine sahiptir, ancak yükten yoksundur. Bilim adamları, bir parçacık bir graviton yaydığında hareketinin doğasının değiştiğine ve kuantum alan bir parçacık için de benzer bir durumun meydana geldiğine inanıyor. Teknolojik gelişme düzeyi henüz gravitonu “görmemize” ve özelliklerini daha ayrıntılı olarak incelememize izin vermiyor. Yer çekiminin şiddeti zayıf etkileşimden 1025 kat daha azdır.

Yer çekimi kuvvetinin hiç de zayıf görünmemesi nasıl mümkün olabiliyor? Bu, 4 numaralı temel etkileşimin benzersiz özellikleridir. Örneğin, evrensellik - herhangi bir kütleye sahip herhangi bir cisim, uzayda herhangi bir engeli aşabilecek bir çekim alanı yaratır. Dahası, yerçekimi kuvveti nesnenin kütlesiyle birlikte artar; bu, yalnızca bu etkileşimin karakteristik özelliğidir.

Bu nedenle insanlara göre devasa olan Dünya, kendi çevresinde havayı, suyu, kayaları ve tabii ki yüzeydeki canlıları tutan bir çekim alanı oluşturur. Yer çekimini bir anda iptal edersek uzaya çıkma hızımız 500 m/s olacaktır. Elektromanyetik etkileşimin yanı sıra yerçekiminin geniş bir etki alanı vardır. Bu nedenle Evrendeki hareketli cisimler sistemindeki rolü çok büyüktür. Birbirinden oldukça uzakta bulunan iki kişi arasında bile mikroskobik bir çekimsel çekim vardır.

Yerçekimi Tabancası, yerelleştirilmiş bir yerçekimi alanı yaratan kurgusal bir silahtır. Silah, alanın ürettiği kuvveti kullanarak nesneleri çekmenize, kaldırmanıza ve fırlatmanıza olanak tanır. Bu kavram ilk kez Half-life 2 bilgisayar oyununda kullanıldı.

Yatay bir eksen etrafında serbestçe dönen bir halka çerçevenin ortasına dikey olarak monte edilmiş bir topaç hayal edin. Bu çerçeve - buna dahili diyelim - yatay bir düzlemde serbestçe dönen harici bir halka şeklinde çerçeveye sabitlenir. Üstteki yapıya denir yalpa çemberi ve bunların hepsi bir arada jiroskop.

Dinlenme durumunda, jiroskopun üst kısmı dikey konumda barışçıl bir şekilde döner, ancak dış kuvvetler - örneğin hızlanma - üst kısmın dönme eksenini döndürmeye çalıştığında, bu etkiye dik olarak döner. Jiroskopun üst kısmını ne kadar döndürmeye çalışırsak çalışalım, yine de dikey konumda dönecektir. En gelişmiş jiroskoplar, ilk kez bir Fransız tarafından gösterilen Dünya'nın dönüşüne bile tepki veriyor Jean Bernard Foucault 1851'de. Jiroskopu üst kısmın çerçeveye göre konumunu okuyan bir sensörle donatırsak, uzaydaki bir nesnenin (örneğin bir uçağın) hareketini izlememize olanak tanıyan doğru bir navigasyon cihazı elde ederiz.

Yerçekimi etkileri

Yerçekimi, uzaydaki büyük, çok daha büyük nesnelere (örneğin, evrimin sonraki aşamalarındaki yıldızlara) acımasız bir şaka yapabilir. Yerçekimi kuvveti yıldızı sıkıştırır ve belli bir anda iç basıncın üstesinden gelir. Böyle bir nesnenin yarıçapı yerçekiminden daha az olduğunda, bu olay meydana gelir. yıkılmak ve yıldız söner. Artık ondan hiçbir bilgi gelmiyor; ışık ışınları bile devasa yer çekimi kuvvetinin üstesinden gelemiyor. Bir kara delik bu şekilde doğar.

Çok daha küçük nesneler olan gezegenlerin kendi çekimsel özellikleri vardır. Yani Dünya, kendi kütlesi nedeniyle uzay-zamanı büküyor ve dönüşüyle ​​\u200b\u200bbüküyor! Bu olaylara sırasıyla jeodezik devinim ve gravitomanyetik etki denir.

Jeodezik devinim nedir? Gezegenimizin yörüngesinde, yüzeyinde (ağırlıksız) bir tepe noktasının yüksek hızla döndüğü bir nesnenin hareket ettiğini düşünelim. Ekseni, yılda 6,6 yay saniyelik bir yoğunlukla hareket yönünde sapacak. Dünya, kütlesiyle çevresindeki uzay-zamanı bükerek içinde bir tür çentik oluşturur.

Yerçekimimanyetik etki(Lensee-Thirring etkisi), bir çubuğun kalın balın içinde dönmesiyle iyi bir şekilde gösterilmektedir: Yapışkan, tatlı bir kütleyi birlikte taşıyarak spiral bir girdap oluşturur. Aynı şekilde Dünya da “bal” uzay-zamanını kendi ekseni etrafında döndürür. Ve bu yine, Dünya'nın dönme yönünde yılda mikroskobik 0,04 ark saniye kadar sapan tepenin ekseni tarafından kaydedilir.

Gezegenimiz yerçekimiyle zamanı ve uzayı etkiler. Bu ifade uzun süre Einstein ve takipçilerinin yalnızca bir hipotezi olarak kaldı, ta ki 2004 yılında Amerikalılar Gravity Probe-B uydusunu fırlatıncaya kadar. Cihaz, Dünya'nın kutupsal yörüngesinde dönüyordu ve dünyadaki en doğru jiroskoplarla donatılmıştı - karmaşık üst kısım analogları. Bu teknik şaheserlerin karmaşıklığı, jiroskop toplarındaki düzensizliklerin iki veya üç atomu geçmemesiyle kanıtlanıyor. Bu minyatür küreleri Dünya boyutuna kadar büyütürseniz, en büyük eşitsizliğin yüksekliği üç metreyi geçmeyecektir! Uzay-zamanın eğriliğini deneysel olarak belirlemek için bu tür hilelere ihtiyaç vardı. Yörüngede 17 ay çalıştıktan sonra ekipman, dört süper jiroskopun dönme eksenlerinde aynı anda bir kayma kaydetti!

Yerçekimi Sondası-B deneyi sırasında, Genel Görelilik Teorisinin iki etkisi kanıtlandı: uzay-zamanın eğriliği (jeodezik devinim) ve büyük cisimlerin yakınında ek ivmenin ortaya çıkması (gravitomanyetik etki)

Yerçekiminin çok daha belirgin başka etkileri de var. Örneğin vücudumuzda yerçekimine uyum sağlamayan tek bir organ yoktur.

Bu nedenle, bir kişinin uzun süre ağırlıksız bir durumda kalması bu kadar alışılmadık ve hatta tehlikelidir: Kan, vücudun her yerine, beynin damarlarına aşırı baskı uygulayacak şekilde yeniden dağıtılır ve kemikler aşırı derecede çöker. zamanla kalsiyum tuzlarını emmeyi reddeder ve sazlıklar gibi kırılgan hale gelir. Bir kişi ancak sürekli fiziksel aktivite yoluyla kendisini ağırlıksızlığın etkilerinden kısmen koruyabilir.

Ay'ın çekim alanı Dünya'yı ve sakinlerini etkiler - herkes gelgitlerin gelgitlerini bilir. Merkezkaç kuvveti nedeniyle Ay bizden yılda 4 cm uzaklaşır ve gelgitlerin yoğunluğu amansız bir şekilde azalır. Tarih öncesi dönemde Ay Dünya'ya çok daha yakındı ve buna göre gelgitler önemliydi. Belki de bu, canlı organizmaların karada ortaya çıkmasını önceden belirleyen ana faktördü.

Yerçekiminden hangi parçacığın sorumlu olduğunu hâlâ bilmiyor olsak da ölçebiliyoruz! Bu amaçla özel bir cihaz kullanılır - gravimetre Jeologların mineral arayışında aktif olarak çalıştığı.

Dünya yüzeyinin kalınlığında kayaların yoğunlukları farklı olduğundan yerçekimi kuvvetleri de değişecektir. Bu şekilde hafif hidrokarbon birikintilerinin (petrol ve gaz) yanı sıra yoğun metal cevheri kayalarını da tanımlayabilirsiniz. Kütlesi bilinen bir cismin serbest düşme hızındaki veya bir sarkacın vuruşundaki en ufak değişiklikleri kaydederek çekim kuvvetini ölçerler. Bu amaçla, onuruna özel bir ölçü birimi olan Gal (Gal) bile getirdiler. Galileo Galilei Serbestçe düşen bir cismin yolunu ölçerek yerçekimi kuvvetini belirleyen tarihteki ilk kişiydi.

Dünyanın uzaydan gelen yerçekimi kuvvetine ilişkin uzun vadeli çalışmalar, gezegenimizdeki yerçekimi anormalliklerinin bir haritasının oluşturulmasını mümkün kıldı. Belirli bir kara parçasında yerçekiminin keskin bir şekilde artması bir depremin veya volkanik patlamanın habercisi olabilir.

Temel etkileşimlerin incelenmesi yalnızca ivme kazanıyor. Yalnızca dört kuvvetin olduğu kesin olarak söylenemez; beş ya da on kuvvet olabilir. Bilim insanları tüm etkileşimleri tek bir model “çatısı” altında toplamaya çalışıyor ancak bunun yaratılması hâlâ çok uzakta. Ve ana ağırlık merkezi varsayımsal bir graviton haline gelir. Şüpheciler, yoğunluğunun çok düşük olması nedeniyle insanların bu kuantumu asla tespit edemeyeceğini öne sürerken, iyimserler teknolojinin ve fizik yöntemlerinin geleceğine inanıyor. Bekle ve gör.

Büyük Patlama'dan yaklaşık 1 milyar yıl sonra protogalaktik bulutların oluşumu

Bizi yerde tutan ve Ay'a uçmayı zorlaştıran yer çekimi kuvvetinin çok iyi farkındayız. Ve elektromanyetizma sayesinde tek tek atomlara ayrılmıyoruz ve dizüstü bilgisayarları takabiliyoruz. Fizikçi, Evreni tam olarak bu hale getiren iki kuvvetten daha bahsediyor.

Okuldan beri hepimiz evrensel çekim yasasını ve Coulomb yasasını iyi biliyoruz. Birincisi bize yıldızlar ve gezegenler gibi büyük nesnelerin birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini (çektiğini) açıklıyor. Bir diğeri (ebonit çubukla yapılan deneyi hatırlayın) elektrik yüklü nesneler arasında ne tür çekim ve itme kuvvetlerinin ortaya çıktığını gösteriyor.

Peki gözlemlediğimiz Evrenin görünümünü belirleyen kuvvetler ve etkileşimlerin tümü bu mu?

Modern fizik, Evrendeki parçacıklar arasında dört tür ana (temel) etkileşimin olduğunu söylüyor. Yukarıda ikisinden bahsetmiştim ve onlarla her şey basit görünüyor, çünkü tezahürleri günlük yaşamda bizi sürekli çevreliyor: bu yerçekimi ve elektromanyetik etkileşimdir.

Yani birincinin etkisiyle yerde sağlam bir şekilde duruyoruz ve uzaya uçmuyoruz. İkincisi, örneğin hepimizin oluştuğu atomlarda bir elektronun bir protona çekilmesini ve sonuçta atomların birbirine çekilmesini sağlar (yani moleküllerin, biyolojik dokuların vb. oluşumundan sorumludur). .). Yani tam olarak elektromanyetik etkileşimin güçleri nedeniyle, sinir bozucu bir komşunun kafasını uçurmanın o kadar kolay olmadığı ve bu amaçla bir baltanın yardımına başvurmamız gerektiği ortaya çıktı. çeşitli doğaçlama araçlar.

Ancak aynı zamanda sözde güçlü etkileşim de var. Neyden sorumludur? Coulomb yasasının iki pozitif yükün birbirini itmesi gerektiği (yalnızca zıt olanlar çeker) yönündeki açıklamasına rağmen, birçok atomun çekirdeğinin sessizce kendi kendine var olduğu gerçeğine okulda şaşırmadınız mı? Ama hatırladığınız gibi proton ve nötronlardan oluşuyorlar. Nötronlar nötrondur çünkü nötrdürler ve elektrik yükü yoktur, ancak protonlar pozitif yüklüdür. Ve Coulomb yasasına göre birbirini itmesi gereken birkaç protonu ne tür kuvvetlerin bir arada tutabileceği merak ediliyor (bir mikronun trilyonda biri kadar bir mesafede - ki bu atomun kendisinden bin kat daha küçüktür!) korkunç bir enerjiyle mi?

Güçlü etkileşim - çekirdekteki parçacıklar arasında çekim sağlar; elektrostatik - itme

Coulomb kuvvetlerinin üstesinden gelmeye yönelik bu gerçekten devasa görev, güçlü etkileşim tarafından üstleniliyor. Dolayısıyla, çekirdekteki protonlar (ve nötronlar da) bundan dolayı ne daha fazla ne de daha az hâlâ birbirlerini çekiyor. Bu arada, protonların ve nötronların kendisi de daha da "temel" parçacıklardan - kuarklardan oluşur. Yani kuarklar da etkileşime girer ve birbirlerini "güçlü bir şekilde" çekerler. Ancak neyse ki, milyarlarca kilometrelik kozmik mesafelerde de etkili olan aynı yerçekimi etkileşiminin aksine, güçlü etkileşim, dedikleri gibi, kısa ömürlüdür. Bu, bir protonu çevreleyen "güçlü çekim" alanının yalnızca çekirdeğin boyutuyla karşılaştırılabilecek kadar küçük ölçeklerde çalıştığı anlamına gelir.

Bu nedenle, örneğin atomlardan birinin çekirdeğinde oturan bir proton, Coulomb itmesine rağmen komşu atomdan bir protonu alıp "güçlü bir şekilde" çekemez. Aksi takdirde, Evrendeki tüm proton ve nötron maddeleri ortak bir kütle merkezine "çekilebilir" ve devasa bir "süper çekirdek" oluşturabilir. Ancak benzer bir şey nötron yıldızlarının kalınlığında da oluyor ve tahmin edilebileceği gibi bir gün (yaklaşık beş milyar yıl sonra) Güneşimiz bunlardan birine küçülecek.

Yani doğadaki temel etkileşimlerin dördüncüsü ve sonuncusu zayıf etkileşim olarak adlandırılan etkileşimdir. Buna boşuna böyle denmesi boşuna değil: sadece güçlü etkileşimden daha kısa mesafelerde bile çalışmakla kalmıyor, aynı zamanda gücü de çok düşük. Yani, güçlü “kardeşi” Coulomb iticisinin aksine, onu alt etmeyecek.

Zayıf etkileşimlerin zayıflığını gösteren çarpıcı bir örnek, nötrino adı verilen parçacıklardır ("küçük nötron", "nötron" olarak çevrilebilir). Bu parçacıklar doğaları gereği güçlü etkileşimlere katılmazlar, elektrik yüküne sahip değildirler (ve dolayısıyla elektromanyetik etkileşimlere duyarlı değildirler), mikro dünyanın standartlarına göre bile önemsiz bir kütleye sahiptirler ve bu nedenle pratik olarak duyarsızdırlar. Aslında yerçekimi yalnızca zayıf etkileşimlere muktedirdir.

Ne? Nötrinolar içimden mi geçiyor?

Aynı zamanda, Evrende gerçekten muazzam miktarlarda nötrinolar üretilir ve bu parçacıkların büyük bir akışı sürekli olarak Dünya'nın kalınlığına nüfuz eder. Örneğin, bir kibrit kutusunun hacminde herhangi bir zamanda ortalama 20 kadar nötrino bulunur. Böylece, son yazımda bahsettiğim devasa bir su dedektörü varilini ve her an onun içinden geçen inanılmaz miktarda nötrinoları hayal edebilirsiniz. Bu nedenle, bu dedektör üzerinde çalışan bilim adamları, en az bir nötrino'nun namlusunu "hissetmesi" ve onun zayıf kuvvetleriyle etkileşime girmesi gibi şanslı bir şans için genellikle aylarca beklemek zorunda kalıyor.

Ancak zayıflığına rağmen bu etkileşim Evrende ve insan yaşamında çok önemli bir rol oynamaktadır. Böylece, radyoaktivite türlerinden birinden, yani canlı organizmalar üzerindeki etkisinin tehlike derecesi açısından ikinci (gama radyoaktivitesinden sonra) olan beta bozunmasından sorumlu olduğu ortaya çıkıyor. Ve daha az önemli olmayan bir nokta da, zayıf etkileşim olmasaydı, birçok yıldızın derinliklerinde termonükleer reaksiyonların meydana gelmesi ve yıldızın enerjisinin serbest bırakılmasından sorumlu olması imkansız olurdu.

Evrendeki gösteriyi yöneten temel etkileşimlerin Kıyamet'in dört atlısı bunlar: güçlü, elektromanyetik, zayıf ve yerçekimi.

Güç- diğer cisimlerin ve alanların belirli bir cisim üzerindeki etkisinin yoğunluğunun bir ölçüsü olan vektör fiziksel miktarı. Kütleli bir cisme uygulanan kuvvet, cismin hızının değişmesine veya deformasyonların oluşmasına neden olur.

Modern bilimde 4 tür etkileşim vardır. Bunlardan mekanikte ele alınan iki tanesine denir. yerçekimsel Ve elektromanyetik. Daha basit olanlara indirgenemeyen kuvvetlere karşılık gelirler ve bu nedenle bunlara denir. esas. İki tane daha: güçlü ve zayıf nükleerdir. Yerçekimi ve g. Deformasyon diğer cisimlerin etkisi altında bir cismin boyutunda veya şeklinde meydana gelen değişikliktir. Okul fizik derslerinden bildiğiniz gibi tüm cisimler elektrik yüklerinden oluşur. Cisimler deforme olduğunda yükler arasındaki mesafeler değişir ve bu da yükler arasındaki çekim ve itme kuvvetleri arasında dengesizliğe yol açar. Bir cisim gerildiğinde, yükler arasındaki çekim kuvvetleri baskın olur ve cisim esnemeye "direnir"; benzer şekilde, sıkıştırıldığında itici kuvvetler baskın olur. Hook kanunu. Yer reaksiyon kuvveti ve süspansiyon gergi kuvveti. İÇİNDE vücut ağırlığı Bir cismin bir destek veya süspansiyona uyguladığı kuvvete denir. Bir gövde bir destek veya süspansiyonla etkileşime girdiğinde, gövdenin kendisi deforme olur ve bu da destek veya süspansiyona etki eden elastik bir kuvvetin ortaya çıkmasına neden olur. Ağırlık kuvvetleri ve yer reaksiyonları Newton'un üçüncü yasasına göre birbiriyle ilişkilidir. Benzer bir eşitlik askıya alınmış bir cisim için de mevcuttur. T=P. Sürtünme kuvveti.

Klasik mekanik çerçevesinde yerçekimi etkileşimi, Newton'un evrensel çekim yasası ile tanımlanır; bu yasa, kütlenin iki maddi noktası arasındaki ve mesafeyle ayrılmış olan çekim kuvvetinin, her iki kütleyle orantılı ve kütlenin karesiyle ters orantılı olduğunu belirtir. mesafe - yani:

Elektrik yüküne sahip parçacıklar arasında elektromanyetik etkileşim vardır. Modern bakış açısına göre, yüklü parçacıklar arasındaki elektromanyetik etkileşim doğrudan değil, yalnızca elektromanyetik alan aracılığıyla gerçekleştirilir.

Güçlü etkileşim kuarkları, gluonları ve bunlardan oluşan hadron (baryon ve mezon) adı verilen parçacıkları içerir. Atom çekirdeği büyüklüğünde veya daha küçük ölçeklerde çalışır ve hadronlardaki kuarklar arasındaki bağlantıdan ve çekirdeklerdeki nükleonlar (bir tür baryon - proton ve nötronlar) arasındaki çekimden sorumludur.

Zayıf etkileşim, veya zayıf nükleer kuvvet- doğadaki dört temel etkileşimden biri. Özellikle beta çekirdeklerinden sorumludur. Bu etkileşime zayıf denir, çünkü nükleer fizik için önemli olan diğer iki etkileşim (güçlü ve elektromanyetik) çok daha büyük yoğunluklarla karakterize edilir. Ancak temel etkileşimlerin dördüncüsü olan yerçekiminden çok daha güçlüdür. Zayıf etkileşim kısa menzillidir; atom çekirdeğinin boyutundan çok daha küçük mesafelerde kendini gösterir.

TSP 2. Sınıf FİZİK SINAV SORULARI

1. Dinamiğin temel kavramları: kütle, kuvvet, eylemsizlik, eylemsizlik, Newton yasaları.

Ağırlık- vücut ataletinin niceliksel bir ölçüsü. SI kütle birimine kilogram (kg) denir.

Güç- diğer cisimlerin ve alanların belirli bir cisim üzerindeki etkisinin yoğunluğunun bir ölçüsü olan vektör fiziksel miktarı.

Eylemsizlik- bu, maddi bir cismin hareketinin hızındaki değişikliklere direnme özelliğidir ( hem boyut hem de yön olarak ).

Eylemsizlik- Bir cismin, dış kuvvetlere maruz kaldığında eylemsiz referans çerçevesine göre hızındaki bir değişikliği az çok önleme özelliği.

Newton yasaları:

1. Maddi bir nokta, üzerine hiçbir kuvvet etki etmiyorsa veya noktaya etki eden kuvvetler dengeleniyorsa, hareketsizdir veya düzgün ve doğrusal olarak hareket eder.

2. Bir cismin hareket ettiği ivme, ona etki eden kuvvetle doğru orantılı, cismin kütlesiyle ters orantılıdır ve yön, kuvvetin yönüyle çakışır.

3. Maddi cisimlerin birbirlerine etki ettiği kuvvetler eşit büyüklükte, zıt yönlü ve bu cisimlerin içinden geçen düz bir çizgide yönlendirilmiştir.

2. Doğadaki kuvvetler .

yerçekimi, elektromanyetik, güçlü (nükleer) ve zayıf.
Yerçekimi kuvvetleri veya evrensel yerçekimi kuvvetleri tüm cisimler arasında etki eder - tüm cisimler birbirini çeker. Ancak bu çekim genellikle yalnızca etkileşim halindeki cisimlerden en az birinin Dünya veya Ay kadar büyük olması durumunda anlamlıdır. Aksi halde bu kuvvetler ihmal edilebilecek kadar küçüktür.
Elektromanyetik kuvvetler elektrik yüklü parçacıklar arasında hareket eder. Eylem kapsamları özellikle geniş ve çeşitlidir. Atomlarda, moleküllerde, katı, sıvı ve gaz halindeki cisimlerde, canlı organizmalarda esas olan elektromanyetik kuvvetlerdir. Atomlardaki rolleri büyüktür.
Kapsam nükleer kuvvetlerçok sınırlı. Yalnızca atom çekirdeğinin içinde (yani 10-13 cm civarındaki mesafelerde) fark edilirler. Zaten 10-11 cm (bir atomun boyutundan bin kat daha küçük - 10-8 cm) mertebesindeki parçacıklar arasındaki mesafelerde hiç görünmüyorlar.
Zayıf etkileşimler 10-15 cm civarında daha da küçük mesafelerde görünürler, temel parçacıkların karşılıklı dönüşümlerine neden olurlar, çekirdeklerin radyoaktif bozunmasını ve termonükleer füzyon reaksiyonlarını belirlerler.
Nükleer kuvvetler - doğanın en güçlüsü. Nükleer kuvvetlerin yoğunluğu birlik olarak alınırsa, elektromanyetik kuvvetlerin yoğunluğu 10 -2, yerçekimi kuvvetleri - 10 -40, zayıf etkileşimler - 10 -16 olacaktır.
Güçlü (nükleer) ve zayıf etkileşimler o kadar küçük mesafelerde kendini gösterir ki, Newton'un mekanik yasaları ve onlarla birlikte mekanik kuvvet kavramı da anlamını yitirir.
Mekanikte yalnızca yerçekimsel ve elektromanyetik etkileşimleri ele alacağız.
Mekanikte kuvvetler. Mekanikte genellikle üç tip kuvvetle uğraşırız; yerçekimi kuvvetleri, elastik kuvvetler ve sürtünme kuvvetleri.
Esneklik ve sürtünme kuvvetleri elektromanyetik niteliktedir.

3. Evrensel yerçekimi, ağırlık, ağırlıksızlık, serbest düşme.

Yer çekimi- tüm maddi cisimler arasında etkili olan karşılıklı çekim kuvveti.
İÇİNDE 1682 Newton keşfetti evrensel çekim yasası: tüm cisimler birbirini çeker, evrensel yerçekimi kuvveti, cisimlerin kütlelerinin çarpımı ile doğru orantılı ve aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır:

Ağırlık - güç Vücudun sahada meydana gelen bir düşüşü önleyen bir destek (veya süspansiyon veya başka türde bir sabitleme) üzerindeki etkisi yerçekimi kuvvetleri KÖPRÜ "http:// ru. wikipedia. org / wiki /% D 0%92% D 0% B 5% D 1%81" HİPERLİNK " http:// ru. wikipedia. org / wiki /% D 0 %92 D %0 B %5 D 1%81".

Ağırlıksızlık- vücut ile destek arasındaki etkileşim kuvvetinin olduğu bir durum ( vücut ağırlığı ile bağlantılı olarak ortaya çıkan yerçekimselçekim, diğer kütle kuvvetlerinin etkisi, özellikle bir cismin hızlandırılmış hareketi sırasında ortaya çıkan atalet kuvveti yoktur.

Formül:
P=0, burada P ağırlıktır, yani vücudun destek veya süspansiyona uyguladığı kuvvettir.

Serbest düşüş- Bu düzgün hızlandırılmış hareket Etkisi altında yer çekimi.

g - serbest düşme ivmesi, 9.81 (m/s²),

4. Bir cismin çeşitli kuvvetlerin etkisi altında yaptığı hareket.

Genellikle bir cisme aynı anda birden fazla kuvvet etki eder. Yerçekimi ve esneklik kuvvetlerinin yanı sıra sürtünme de neredeyse her zaman etki eder. Trafik hareketinin dikkate alındığı durumlarda sürtünme kuvvetinin de dikkate alınması özellikle gereklidir.

Kazaları önlemek için arabalar arasında belirli bir mesafenin korunması gerektiği iyi bilinmektedir; yağmurlu havalarda veya buzlu koşullarda kuru havaya göre daha büyük olmalıdır. Sorular ortaya çıkıyor: Bu mesafe ne olmalı ve arabanın hızına nasıl bağlı? Bunları yanıtlamak için sorunu düşünün.

Birbirine indirgenemeyen 4 tür temel etkileşim vardır.

Temel parçacıklar bilinen her türlü etkileşime katılır.

Bunları azalan yoğunluk sırasına göre ele alalım:

1) güçlü,

2) elektromanyetik,

3) zayıf

4) yerçekimi.

Güçlü etkileşim atom çekirdeği seviyesinde meydana gelir ve onları oluşturan parçaların karşılıklı çekiciliğini temsil eder. Yaklaşık 10 -13 cm mesafede çalışır.

Güçlü etkileşimin bir sonucu olarak, yüksek bağlanma enerjisine sahip malzeme sistemleri oluşur - atom çekirdeği. Bu nedenle atom çekirdekleri çok kararlıdır ve yok edilmesi zordur.

Elektromanyetik etkileşim güçlü olandan yaklaşık bin kat daha zayıftır, ancak çok daha uzak mesafelerde hareket eder. Bu tür etkileşim, elektrik yüklü parçacıkların karakteristiğidir. Elektromanyetik etkileşim sürecinde elektronlar ve atom çekirdekleri atomlarda, atomlar ise moleküllerde birleşir. Bir bakıma bu etkileşim kimya ve biyolojide temeldir.

Zayıf etkileşim muhtemelen farklı parçacıklar arasında. 10 -15 -10 -22 cm mertebesinde bir mesafe boyunca uzanır ve esas olarak parçacıkların bozunması ile ilişkilidir. Mevcut bilgi durumuna göre çoğu parçacık tam olarak zayıf etkileşim nedeniyle kararsızdır. Örnek olarak atom çekirdeğinde meydana gelen bir nötronun proton, elektron ve antinötrinoya dönüşümü.

Yerçekimi etkileşimi en zayıfıdır ve son derece küçük etkiler verdiği için temel parçacıklar teorisinde dikkate alınmaz. Kozmik ölçekte yerçekimi etkileşimi belirleyici öneme sahiptir. Etki alanı sınırlı değildir.

Temel parçacıkların dönüşümünün meydana geldiği süre, etkileşimin kuvvetine bağlıdır.

Güçlü etkileşimlerle ilişkili nükleer reaksiyonlar 10 -24 -10 -23 saniye içinde gerçekleşir.

Elektromanyetik etkileşimlerin neden olduğu değişiklikler 10 -19 -10 -21 saniye içinde gerçekleşir.

Zayıf etkileşimle ilişkili temel parçacıkların bozunması ortalama 10-21 saniye sürer.

Bu dört etkileşim, çeşitlilik içeren bir dünya inşa etmek için gerekli ve yeterlidir.

Güçlü etkileşimler olmadan atom çekirdekleri var olamaz, yıldızlar ve Güneş nükleer enerjiyi kullanarak ısı ve ışık üretemezdi.

Elektromanyetik etkileşimler olmasaydı atomlar, moleküller, makroskobik nesneler, ısı ve ışık olmazdı.

Zayıf etkileşimler olmasaydı, Güneş'in ve yıldızların derinliklerindeki nükleer reaksiyonlar mümkün olmazdı, süpernova patlamaları meydana gelmezdi ve yaşam için gerekli olan ağır elementler Evren'e yayılamazdı.

Yerçekimi etkileşimi olmasaydı, yalnızca galaksiler, yıldızlar, gezegenler olmazdı, aynı zamanda tüm Evren gelişemezdi çünkü yerçekimi, Evrenin bir bütün olarak birliğini ve evrimini sağlayan birleştirici bir faktördür.

Temel parçacıklardan karmaşık ve çeşitli bir maddi dünya yaratmak için gerekli olan dört temel etkileşimin tümü, tek bir temel etkileşimden elde edilebilir - süper güçler .

Çok yüksek sıcaklıklarda (veya enerjilerde) dört etkileşimin tamamının tek bir etkileşimde birleştiği teorik olarak kanıtlanmıştır.

100 GeV enerjide elektromanyetik ve zayıf etkileşimler birleşir. Bu sıcaklık Evrenin 10-10 saniyedeki sıcaklığına karşılık gelir. Büyük Patlama'dan sonra.

1015 GeV enerjide güçlü bir etkileşim onlara katılıyor.

1019 GeV enerjide dört etkileşimin tümü birleşir.

1 GeV = 1 milyar elektron volt

Temel parçacık araştırmaları alanındaki ilerlemeler atomizm kavramının daha da gelişmesine katkıda bulunmuştur.

Şu anda birçok temel parçacık arasında ayrım yapabileceğimize inanılıyor. 12 temel parçacık ve aynı miktarda antipartiküller .

Altı parçacık egzotik isimlere sahip kuarklardır:

“üst”, “alt”, “büyülenmiş”, “tuhaf”, “gerçek”, “büyüleyici”.

Geriye kalan altısı leptondur: elektron , müon , tau parçacığı ve bunlara karşılık gelen nötrinolar (elektron, müon, tau nötrinoları).

Sıradan madde birinci nesil parçacıklardan oluşur.

Geriye kalan nesillerin yüklü parçacık hızlandırıcılarda yapay olarak oluşturulabileceği varsayılmaktadır.

Fizikçiler kuark modelini temel alarak şunları geliştirdiler: modeli atomların yapısı.

Her atom, ağır bir çekirdekten (proton ve nötronların gluon alanlarına güçlü bir şekilde bağlı) ve bir elektron kabuğundan oluşur.

Çekirdekteki protonların sayısı, Periyodik Elementler Tablosu D.I'deki elementin atom numarasına eşittir. Mendeleev.

Protonun pozitif elektrik yükü vardır, kütlesi elektronun kütlesinden 1836 kat daha büyüktür ve boyutları 10-13 cm civarındadır.

Bir nötronun elektrik yükü sıfırdır.

Kuark hipotezine göre bir proton, iki "yukarı" kuarktan ve bir "aşağı" kuarktan ve bir "yukarı" ve iki "aşağı" kuarktan oluşan bir nötrondan oluşur. Katı bir top olarak hayal edilemezler; aksine, doğup kaybolan sanal parçacıklardan oluşan, sınırları bulanık olan bir buluta benzerler.

Kuarkların ve leptonların kökeni, doğanın ana “ilk yapı taşları” olup olmadıkları ve ne kadar temel oldukları konusunda hâlâ çözülmemiş sorular var. Bu soruların cevapları modern kozmolojide aranmaktadır.

Temel parçacıkların boşluktan doğuş süreçlerinin incelenmesi ve Evrenin doğuşu sırasında belirli parçacıkları üreten birincil nükleer füzyon modellerinin oluşturulması büyük önem taşımaktadır.

Parçacıklar etkileşimlerin taşıyıcılarıdır