Какое фундаментальное взаимодействие определяет силу трения

К какому из фундаментальных взаимодействий относятся силы трения?

Предыдущая12345678910Следующая

а) гравитационные; б) слабые; в) сильные; г) электромагнитные.

3. Полностью обратимому процессу замкнутой системы соответствует:

а) неизменяющая энтропия; б) энтропия, равная нулю;

в) убывающая энтропия; г) возрастающая энтропия.

Укажите явление, в котором свет ведет себя как волна.

а) дифракция; б) фотоэффект; в) эффект Комптона;
г) диффузия; д) теплопроводность.

5. Основа строения и жизнедеятельности всех животных и растений, элементарная живая система — это:

а) клетка; б) молекула ДНК; в) белки; г) ферменты.

Раздел Б, выберите правильные ответы:

6. При действии причины следствие происходит …

А. в прошлом; Б. в будущем; В. одновременно; Г. всегда

7. Структура атома:

А. атом не имеет определенной структуры; Б. ядро атома состоит только из протонов;

В. атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов;

Г. атом состоит из отрицательно заряженного ядра и положительно заряженных электронов;

Д. ядро атома состоит из протонов и нейтронов.

8. Верные утверждения:

А. только вещество обладает энергией; Б. энергией обладают все виды материи;

В. и вещество, и поле обладают энергией; Г. электромагнитная волна не несет энергии;

Д. физический вакуум не обладает энергией.

9. Озоновый слой в верхних слоях атмосферы:

А. уменьшает тепловое излучение Земли; Б. блокирует ионизацию атмосферы;

В. блокирует космические лучи; Г. защищает все живое от опасного ультрафиолетового излучения.

10. Общие свойства вирусов:

А. внутриклеточные паразиты; Б. имеют все основные мембранные структуры;

В. организмы, не имеющие клеточного строения; Г. поражают только человека;

Д. способны размножаться только в живых клетках.

Раздел В, дополните предложение или ответьте на задание:

Как называется в квантовой теории микрообъект, самопроизвольно возникающий из физического вакуума и вновь исчезающий за очень короткое время? Ответ — два слова.

12. Закон сохранения энергии есть следствие – …? времени. Ответ — одно слово.

Как называется расплавленная горная порода, находящаяся в недрах Земли?

Какое расстояние пролетит мюон, движущийся со скоростью 0,9 скорости света в вакууме? Время жизни покоящегося мюона равно 2,2 мкс.

ГУУ, Институт отраслевого менеджмента, кафедра управления инновациями

Дисциплина: «Концепции современного естествознания»

Для всех специальностей очной формы обучения, курс 1

Утверждено на заседании кафедры, протокол № 2 от 17.09.2014

Билет № 12

Зав. кафедрой А.Т.Волков

Раздел А, выберите один правильный ответ:

1. Любые изменения, происходящие с материальными объектами в результате их взаимодействий, — это:

а) взаимные превращения; б) видоизменения; в) движение материи; г) деградация.

2. Из специальной теории относительности следуют необычные пространственно- временные свойства:

а) однородность пространства; б) относительность длин и промежутков времени;

в) изотропность пространства; г) однородность времени.

3. Произведением времени жизни Вселенной на скорость света определяется:

а) постоянная Хаббла; б) радиус космологического горизонта;

в) размер Вселенной; г) расстояние до ближайшей галактики.

Как движется Земля по своей орбите вокруг Солнца?

а) быстрей, когда она дальше от Солнца; б) быстрей, когда она ближе к Солнцу;
в) с постоянной скоростью; г) быстрее ночью, чем днем.

5. Способ записи объемного изображения называется:

а) магнитооптической записью; б) голографией; в) реверсивной записью; г) оптической записью.

Раздел Б, выберите правильные ответы:

6. Гравитационное взаимодействие является:

А. дальнодействующим; Б. короткодействующим; В. взаимодействием притяжения;

Г. взаимодействием отталкивания; Д. взаимодействием отталкивания и притяжения.

7. Электрический заряд обладает свойствами:

А. аддитивности; Б. сохранения; В. независимости от скорости движения;

Г. дискретности; Д. непрерывности.

8. Потенциальная энергия проявляется в (во):

А. взаимодействии тел; Б. упругой деформации тел; В. действии сил трении;

Г. движении тел; Д. изменении взаимного положения взаимодействующих тел.

9. Фундаментальные и универсальные свойства живых организмов:

А. упорядоченность; Б. саморегуляция; В. самовоспроизведение; Г. иерархичность; Д. самосохранение.

10. Функции нуклеиновых кислот в клетке:

А. хранение генетической информации; Б. контроль биосинтеза белка; В. деление клеток;

Г. передача наследственных признаков; Д.способность к развитию; Е.гомеостаз.

Раздел В, дополните предложение или ответьте на задание:

Сохранение какой физической величины обусловлено изотропией пространства? Ответ — два слова.

12. Температура – одна из функций состояний в …? Ответ — одно слово.

Как называется совокупность живых организмов одного вида, населяющих определенную территорию и относительно изолированных от других таких же совокупностей? Ответ — одно слово.

В результате цикла расширившийся газ тепловой машины совершил работу 2,5 кДж и передал охладителю 9,2 кДж тепла. Определить КПД тепловой машины.

ГУУ, Институт отраслевого менеджмента, кафедра управления инновациями

Дисциплина: «Концепции современного естествознания»

Для всех специальностей очной формы обучения, курс 1

Утверждено на заседании кафедры, протокол № 2 от 17.09.2014

Билет № 13

Зав. кафедрой А.Т.Волков

Раздел А, выберите один правильный ответ:

1. Основу естественнонаучной теории составляет:

а) аксиома; б) математическое описание со стройной логической структурой;

в) доказательство; г) установление естественнонаучной истины.

2. Основной вид материи, обладающей массой, — это:

а) твердое тело; б) вещество; в) химическое соединение; г) конденсированное вещество.

3. Принцип работы солнечной батареи основан на:

а) эффекте Комптона; б) фотоэффекте; в) поляризации света; г) дисперсии света.

4. Наиболее распространенными газами в космическом пространстве являются:

а) диоксид углерода; б) преимущественно гелий; в) азот; г) водород и гелий.

5. Соматическая клетка организма человека имеет следующее число пар хромосом:

а) 24; б) 20; в) 23; г) 46; д) 48.

Раздел Б, выберите правильные ответы:

6. Гравитация …

А. не действует на ход времени; Б. ускоряет ход времени; В. замедляет ход времени;

Г. может остановить время; Д. квантует время.

7. Тело сохраняет вращательное движение, если:

А. на тело не действуют никакие силы; Б. на тело действуют силы, но момент сил = нулю;

В. на тело действует только момент силы трения; Г. на тело действует момент сил, кроме сил трения;

Д. сумма моментов всех действующих сил равна нулю.

8. Скорость электромагнитной волны в вакууме:

А. может быть какой угодно; Б. равняется скорости света; В. зависит от длины волны;

Г. зависит от энергии волны; Д. не зависит от длины волны.

9. Роль бактерий в природе характеризуется тем, что они:

А. играют важную роль в плодородии почвы; Б. принимают участие в биологической очистке воды;

В. не вызывают никаких инфекций; Г. существуют изолированно от других организмов;

Д. позволяют получать многие полезные для человека органические соединения.

10. Биологическая эволюция это процесс …

А. исторического развития органического мира; Б. индивидуального развития организмов;

В. исторического изменения живого; Г. роста и развития особей;

Д. размножения клеток.

Раздел В, дополните предложение или ответьте на задание:

Как называется в космологии утверждение о том, что некоторые свойства Вселенной можно объяснить самим фактом существования человека? Ответ – два слова.

12. Глюоны отвечают за перенос –какого? взаимодействия.

Как называется утверждение, согласна которому в равных объемах идеальных газов при одинаковых температуре и давлении содержится одинаковое число молекул? Ответ — два слова.

14. Какую скорость должно иметь быстро движущееся тело, чтобы его размеры в направлении движения при измерении из неподвижной системы отсчета уменьшились на 20%?

ГУУ, Институт отраслевого менеджмента, кафедра управления инновациями

Дисциплина: «Концепции современного естествознания»

Для всех специальностей очной формы обучения, курс 1

Утверждено на заседании кафедры, протокол № 2 от 17.09.2014

Билет № 14

Зав. кафедрой А.Т.Волков

Раздел А, выберите один правильный ответ:

1. Совокупность приемов или операций, практической или теоретической деятельности — это:

а) описание; б) объяснение; в) метод; г) анализ.

2. Особый вид материи, обеспечивающий физическое взаимодействие материальных объектов и их систем, — это:

а) физическое поле; б) эфир; в) сплошная среда; г) физический вакуум.

3. В веществе поверхностного слоя земной коры преобладает содержание:

а) кремния; б) алюминия; в) кислорода; г) азота; д) железа.

Предыдущая12345678910Следующая



Гравитация(всемирное тяготение, притяжение) — дальнодействующее фундаментальное взаимодействие в природе, которому подвержены все материальные тела. По современным данным, является универсальным взаимодействием в том смысле, что в отличие от любых других сил всем без исключения телам, независимо от их массы, придает одинаковое ускорение. Гравитационное взаимодействие — одно из четырех фундаментальных взаимодействий в нашем мире. В рамках классической механики гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения, который гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя телами прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Эта сила всегда противоположна по направлению радиус-вектору, направленному на тело, то есть гравитационное взаимодействие приводит всегда к притяжению любых тел. Поле тяжести потенциально, и если ввести потенциальную энергию гравитационного притяжения пары тел, то эта энергия не изменится после перемещения тел по замкнутому контуру. Потенциальность поля тяжести влечет за собой закон сохранения суммы кинетической и потенциальной энергии и при изучении движения тел в поле тяжести часто существенно упрощает решение. В рамках классической механики гравитационное взаимодействие является дальнодействующим. Это означает, что какое бы массивное тело ни двигалось, в любой точке пространства гравитационный потенциал зависит только от положения тела в данный момент времени. Большие космические объекты — планеты, звезды и галактики — имеют огромную массу и, следовательно, создают значительные гравитационные поля. Гравитация — слабейшее взаимодействие. Однако поскольку она действует на любых расстояниях и все массы положительны, это тем не менее очень важная сила во Вселенной. Для сравнения: полный электрический заряд этих тел ноль, так как вещество в целом электрически нейтрально. Также гравитация, в отличие от других взаимодействий, универсальна в действии на всю материю и энергию. Не обнаружены объекты, у которых вообще отсутствует

-241-

гравитация. Из-за глобального характера гравитация ответственна и за такие крупномасштабный эффекты, как структура галактик, черные дыры и расширение Вселенной, и за элементарные астрономические явления — орбиты планет, и за простое притяжение к поверхности Земли и падение тел.

Инвариант— величина, значение которой одинаково для всех наблюдателей независимо от их состояния движения.

Квантовая гравитация— направление исследований в теоретической физике, целью которого является самосогласованное квантовое описание гравитационного взаимодействия и объединение гравитации с остальными тремя фундаментальными силовыми полями: электромагнитным, сильным и слабым в построении Теории Всего. Основные направления развития квантовой гравитации — теория струн и петлевая квантовая гравитация. В них вместо частиц и пространства-времени вводятся струны и их многомерные аналоги — браны. Построение квантовой гравитации тесно связано с формулировкой и развитием более общей концепции — так называемой мембранной теории, которая в пределе сводится к классической теории тяготения и квантовой теории поля.

Квантовая механика— область физики, изучающая свойства и поведение атомов и субатомных частиц. Квантовая (волновая) механика пытается объяснять как корпускулярные, так и волновые свойства вещества. Волна любой природы полностью описывается ее амплитудой и фазой, поэтому квантовая механика должна использовать именно такое описание. Функция волнового процесса представляет собой суперпозицию комплексных экспонент, взятых с определенными весами (амплитудами). Отсюда следует необходимость описания любой физической системы комплексной волновой функцией, амплитуда и фаза которой полностью определяют состояние такой системы. Это позволяет естественным образом описывать волновые явления, такие как интерференция элементарных частиц или, скажем, дифракция электронов на кристаллической решетке. Вероятность обнаружить частицу в некотором состоянии равна квадрату модуля волновой функции, что следует из вещественности величины вероятности. (Формально это легко понять: такая вероятность не должна зависеть от фазы волнового процесса в данной точке и быть вещественной, поэтому может содержать волновую функцию только в комбинации ψхψ=|ψ| 2.) Одно из отличий квантовой механики от обычной заключается в том, что вероятность обнаружить электрон в данном месте еще не полностью определяет его состояние. Для описания состояния электрона используется комплексная вероятность. Волновая функция и есть значение этой комплексной вероятности. Плотность вероятности обнару-

-242-

жения электрона в данной точке равна квадрату модуля комплексной вероятности. Комплексность приводит к эффекту интерференции: если комплексная вероятность электрона в точке Aпосле прохождения через одну щель равна p,а комплексная вероятность электрона в точке Aпосле прохождения через вторую щель равна — p,то если разрешить электрону проходить через обе щели, эта вероятность станет равна 0, то есть в этой точке электрон оказаться не может. Обратите внимание, что вероятность ограниченного в возможностях электрона выражается ограниченным количеством волновых функций. В частности, прохождение электрона через единственное отверстие достаточно малого радиуса описывается функцией аналогичной функции распространения точечного источника волны.

Коллапс(гравитационный) — явление быстрого катастрофического сжатия массивного тела под действием его собственного гравитационного поля. Гравитационным коллапсом может заканчиваться эволюция звезд с массой свыше двух солнечных масс. После исчерпания в таких звездах ядерного горючего они теряют свою механическую устойчивость и начинают с увеличивающейся скоростью сжиматься к центру. Если растущее внутреннее давление останавливает гравитационный коллапс, то центральная область звезды становится сверхплотной нейтронной звездой, что может сопровождаться сбросом оболочки и наблюдаться как вспышка сверхновой звезды .Однако если радиус- звезды уменьшился до некоторого критического значения гравитационного радиуса, то никакие силы не могут воспрепятствовать ее дальнейшему сжатию и превращению в черную дыру (застывшую звезду, коллапсар).

Коллапсар(застывшая звезда, черная дыра) — сильно искривленная область пространства-времени, включающая сингулярность, окруженную горизонтом событий. Гравитационное притяжение коллапсаров настолько велико, что покинуть их не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света. Граница этой области называется горизонтом событий, а ее радиус — гравитационным радиусом, или радиусом Шварцшильда. Существование коллапсаров следует из точных решений общей теории относительности, полученных Карлом Шварцшильдом.

Космология— физическое учение о Вселенной в целом, основанное на наблюдательных данных и теоретических выводах, относящихся к охваченной астрономическими наблюдениями части Вселенной. Фундамент космологии составляют основные физические теории тяготения, электромагнетизма и квантов. Эмпирическая база данных космологии формируется на основе внегалактических астрономических наблюдений, а ее выводы и обобщения имеют большое общенаучное

-243-

и философское значение. Важнейшую роль в космологических сценариях эволюции Вселенной играет тяготение, определяющее взаимодействие масс на больших метагалактических расстояниях, характерных для динамики космической материи.

Метрический тензор (метрика)— симметричное тензорное поле второго ранга на гладком многообразии, посредством которого задаются скалярное произведение векторов в касательном пространстве, длины кривых, углы между кривыми и т. д. В частном случае поверхности метрика также называется первой квадратичной формой. В общей теории относительности метрика рассматривается в качестве фундаментального физического поля гравитации на четырехмерном многообразии физического пространства-времени. Широко используется и в других построениях теоретической физики, в частности, в биметрических теориях гравитации на пространстве-времени рассматривают сразу две метрики.

Многомировая интерпретация— интерпретация квантовой механики, в которой все возможности, содержащиеся в вероятностной волне, реализуются в отдельных вселенных.

Многообразие— пространство, которое локально выглядит как обычное евклидово пространство. Евклидово пространство является самым простым примером многообразия.

К какому из фундаментальных взаимодействий относятся силы трения?

Более сложным примером может служить поверхность Земли. Возможно сделать карту какой-либо области земной поверхности, например карту полушария, но невозможно составить единую (без разрывов) карту всей ее поверхности. Исследования многообразий были начаты во второй половине XIX века, они, естественно, возникли при изучении дифференциальной геометрии и теории групп Ли. Тем не менее первые точные определения были сделаны только в 30-х годах XX века. Обычно рассматриваются так называемые гладкие многообразия, то есть те, на которых есть выделенный класс гладких функций, — в таких многообразиях можно говорить о касательных векторах и касательных пространствах. Чтобы измерять длины кривых и углы, нужна еще дополнительная структура — риманова метрика. В классической механике гладкие многообразия служат как фазовые пространства. В общей теории относительности четырехмерные псевдоримановы многообразия используются как модель для пространства-времени.

М-теория— незавершенная теория объединения всех пяти версий теории струн, полностью квантовомеханическая теория всех сил и всей материи.

В современной физике выделяют четыре вида фундаментальных, т.е. базовых, не сводящихся к каким-либо другим, взаимодействий:

– сильное ядерное, обеспечивающее связь частиц в атомном ядре;

– слабое ядерное, ответственное за ряд процессов распада элементарных частиц;

– электромагнитное, обеспечивающее стабильность атомов и молекул;

– гравитационное, проявляющееся, например, как взаимодействие небесных тел и определяющее структуру Вселенной.

Сильное ядерное взаимодействие – самое интенсивное, но короткодействующее: оно сказывается лишь на масштабах атомного ядра (порядка 10-15 м).

Слабое ядерное взаимодействие – малоинтенсивное (порядка 10-13 от сильного ядерного) и также короткодействующее.

Можно сказать, что оба ядерных взаимодействия определяют структуру микромира, тех кирпичиков, из которых «собран» наш привычный мир, макромир. Структура же макромира определяется двумя другими фундаментальными взаимодействиями.

К какому фундаментальному взаимодействию относится сила трения?

Все эффекты, встречающиеся в механике, имеют гравитационную или электромагнитную природу.

Электромагнитное взаимодействие является весьма интенсивным (порядка 10-2 от сильного ядерного) и одновременно – дальнодействующим. Оно могло бы доминировать при галактических масштабах, но редко проявляет себя явным образом в макромире, поскольку встречающиеся в нем объекты, как правило, электрически нейтральны (имеют нулевой суммарный заряд).

По этой причине при больших масштабах размеров практически единолично властвует гравитационное взаимодействие. Оно малоинтенсивное (порядка 10-38 от сильного ядерного), но дальнодействующее. Как и электромагнитное, гравитационное взаимодействие убывает обратно пропорционально квадрату расстояния между взаимодействующими телами (такой характер зависимости связан с трехмерностью макромира).

12345678910Следующая ⇒

Дата публикования: 2015-01-25; Прочитано: 181 | Нарушение авторского права страницы

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.001 с)…

Виды взаимодействий. Силы упругости и трения.

Физическими называются взаимодействия, приводящие к изменению скорости тел. Физические взаимодействия делятся на 2 типа: фундаментальные и производные.

Фундаментальные взаимодействия:

1) гравитационные ;

2) электромагнитные;

3) сильные (ядерные) — в 100 раз больше электромагнитных, в 1015 раз гравитационных; радиус действия R ~ 10-14м – 10 -15м.

4) слабые (взаимодействия легких частиц: лептонов, нейтрино и т.п.), R~10-18м.

Эти взаимодействия называются фундаментальными потому, что:

а) ни одно из их свойств не объяснено в настоящее время на основе более общих законов;

б) все остальные взаимодействия могут быть представлены как результат фундаментальных взаимодействий.

Взаимодействие тел на расстоянии осуществляется материальным объектом — полем и происходит с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме с.

Поле — особая форма существования материи.

Фундаментальные и нефундаментальные взаимодействия

Силовое поле — область пространства, в каждой точке которой на материальную частицу действует определенная по величине и направлению сила, зависящая от координат этой точки. Поле играет роль носителя данного вида взаимодействия.

В механике различают следующие силы:

Сила упругости — это сила, возникающая в теле при упругой деформации (имеет электромагнитную природу).

Упругой называют деформацию, при которой тело восстанавливает первоначальную форму и размеры после прекращения действия деформирующей силы.

Пластической называют деформацию, при которой тело принимает новые формы и размеры после прекращения действия деформирующей силы.

В реальных телах упругие деформации всегда сочетаются с пластическими.

Закон Гука. Сила упругости, возникающая в теле при упругой деформации, пропорциональна величине деформации и направлена в сторону, противоположную деформации:

,

где — жесткость или коэффициент упругости, численно равный силе упругости, возникающей при единичной деформации; — деформация тела, численно равная абсолютному изменению ею длины.

Силы трения возникают при перемещении соприкасающихся тел (или их частей) друг относительно друга, они направлены по касательной к трущимся поверхностям и противодействуют относительному смещению этих поверхностей.

Сила трения возникает не только при скольжении одной поверхности относительно другой, но и при попытке вызвать такое скольжение. В этом случае она называется силой трения покоя.

Максимальная сила трения покоя и сила трения скольжения прямо пропорциональны величине силы нормального давления N, прижимающей трущиеся поверхности друг к другу:

,

где k — коэффициент трения, безразмерная величина.

Силы трения имеют электромагнитную природу.

Дата добавления: 2016-11-04; просмотров: 1336;

Похожие статьи:

Все отмеченные выше структурные объекты мира объединяются в системы вследствие взаимодействий между собой. Под взаимодействиемв более узком смысле понимают такие процессы, в ходе которых между взаимодействующими структурами и системами происходит обмен квантами определенных полей, энергией, а иногда и информацией.

В природе существуют качественно различные системы связанных объектов. Ядра — связанные системы протонов и нейтронов; атомы — связанные ядра и электроны; макротела — совокупность атомов и молекул; Солнечная система — "связка" планет и массивной звезды; галактика — "связка" звезд. Наличие связанных систем объектов говорит о том, что должно существовать нечто такое, что скрепляет части системы в целое. Чтобы "разрушить" систему частично или полностью, нужно затратить энергию. Взаимное влияние частей системы или структурных единиц происходит посредством полей (гравитационного, электрического, магнитного и других) и характеризуется энергией взаимодействия. В настоящее время принято считать,

что любые взаимодействия каких угодно объектов могут быть сведены к ограниченному классу четырех основных видов фундаментальных взаимодействий: сильному, электромагнитному, слабому и гравитационному. Интенсивность взаимодействия принято характеризовать с помощью так называемой константы взаимодействия, которая представляет собой безразмерный параметр, определяющий вероятность процессов, обусловленных данным видом взаимодействия. Отношение значений констант дает относительную интенсивность соответствующих взаимодействий. Кратко охарактеризуем каждый из этих четырех видов взаимодействий.

Сильные (ядерные) взаимодействия.Наличие в ядрах одинаково заряженных протонов и нейтральных частиц говорит о том, что должны существовать взаимодействия, которые гораздо интенсивнее электромагнитных, ибо иначе ядро не могло образоваться. Эти взаимодействия (их называют сильными) проявляются лишь в пределах ядра. Этот вид взаимодействия обеспечивает связь нуклонов в ядре. Константа сильного взаимодействия имеет величину порядка 1. Наибольшее расстояние, на котором проявляется сильное взаимодействие (радиус действия ), составляет примерно 10-13 см.

Электромагнитные взаимодействия.Ими обусловлены связи в атомах, молекулах и обычных макротелах. Энергия ионизации атома, т. е. энергия отрыва электрона от ядра, определяет значение электромагнитного взаимодействия, существующего в атоме. Теплота парообразования, т. е. энергия перехода жидкость — пар (при атмосферном давлении), определит, правда довольно грубо, значение межмолекулярных взаимодействий в теле. Последние же имеют электромагнитное происхождение. Константа взаимодействия равна 10-3. Радиус действия не ограничен ( ).

Слабое взаимодействие.Это взаимодействие ответственно за все виды Р-распада ядер (включая е-захват), за многие распады элементарных частиц, а также за все процессы взаимодействия нейтрино с веществом. Константа взаимодействия равна по порядку величины 10-15. Слабое взаимодействие, как и сильное,

является короткодействующим. Как отмечалось, из большого списка элементарных частиц только электрон, протон, фотон и нейтрино всех типов являются стабильными. Под влиянием "внутренних причин" нестабильные свободные частицы за те или иные характерные времена превращаются в другие частицы. Медленные распады с характерным временем 10-10—10_6 с происходят за счет так называемого слабого взаимодействия, тогда как быстрый распад (10-16 с) происходит под влиянием электромагнитных взаимодействий.

Гравитационные взаимодействия (тяготения).Притяжение тел к Земле, существование Солнечной системы, звездных систем (галактик) обусловлено взаимодействием сил тяготения, или иначе — гравитационными взаимодействиями. Эти взаимодействия универсальны, т. е. применимы к любым микро- и макрообъектам. Однако они существенны лишь для тел огромных астрономических масс и для формирования структуры и эволюции Вселенной как целого.

К какому фундаментальному взаимодействию относится сила трения?

Гравитационные взаимодействия очень быстро ослабевают для объектов с малыми массами и практически не играют роли для ядерных и атомных систем. Проявления гравитации количественно были изучены одними из первых. Это не случайно, ибо источником гравитации являются массы тел, а дальность гравитационного взаимодействия не ограничена. Константа взаимодействия имеет значение порядка 10-39. Радиус действия не ограничен (r = °°). Гравитационное взаимодействие является универсальным, ему подвержены все без исключения элементарные частицы. Однако в процессах микромира гравитационное взаимодействие ощутимой роли не играет. Характеристики видов взаимодействий приведены в табл. 6.1. В вопросах строения и развития мира как целого роль гравитации становится определяющей. Исследование же конкретных небесных объектов (звезд, пульсаров, квазаров и др.) невозможно без привлечения всех видов фундаментальных взаимодействий.

Несомненно, приведенная классификация взаимодействий отражает современный уровень развития науки. В будущем, возможно, взаимодействия будут либо объединены, либо их останется меньше, если обнаружатся связи между константами

взаимодействия. Например, уже удалось описать в рамках единой теории электромагнитное и слабое взаимодействия. Между константами взаимодействия и характеристиками Вселенной существует какая-то удивительная зависимость. Например, отношение радиуса Метагалактики (R = 5 1027 см) к размерам атома равно отношению электромагнитных и гравитационных сил, действующих между элементарными частицами.

Читайте также:

Многие основополагающие концепции современного естествознания прямо или косвенно связаны с описанием фундаментальных взаимодействий. Взаимодействие и движение – важнейшие атрибуты материи, без которых невозможно ее существование. Взаимодействие обусловливает объединение различных материальных объектов в системы, т. е. системную организацию материи. Многие свойства материальных объектов производны от их взаимодействия, являются результатом их структурных связей между собой и взаимодействий с внешней средой.

К настоящему времени известны четыре вида основных фундаментальных взаимодействий:

• гравитационное;
• электромагнитное;
• сильное;
• слабое.

Гравитационное взаимодействие характерно для всех материальных объектов вне зависимости от их природы. Оно заключается во взаимном притяжении тел и определяется фундаментальнымзаконом всемирного тяготения:между двумя точечными телами действует сила притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. Гравитационным взаимодействием определяется падение тел в поле сил тяготения Земли. Законом всемирного тяготения описывается, например, движение планет Солнечной системы, а также других макрообъектов. Предполагается, что гравитационное взаимодействие обусловливается некими элементарными частицами – гравитонами, существование которых к настоящему времени экспериментально не подтверждено.

Электромагнитное взаимодействие связано с электрическими и магнитными полями. Электрическое поле возникает при наличии электрических зарядов, а магнитное поле – при их движении. В природе существуют как положительные, так и отрицательные заряды, что и определяет характер электромагнитного взаимодействия. Например, электростатическое взаимодействие между заряженными телами в зависимости от знака заряда сводится либо к притяжению, либо к отталкиванию. При движении зарядов в зависимости от их знака и направления движения между ними возникает либо притяжение, либо отталкивание. Различные агрегатные состояния вещества, явление трения, упругие и другие свойства вещества определяются преимущественно силами межмолекулярного взаимодействия, которое по своей природе является электростатическим. Электромагнитное взаимодействие описывается фундаментальными законами электростатики и электродинамики: законом Кулона, законом Ампера и др. Его наиболее общее описание дает электромагнитная теория Максвелла, основанная на фундаментальных уравнениях, связывающих электрическое и магнитное поля.

Сильное взаимодействие обеспечивает связь нуклонов в ядре и определяет ядерные силы. Предполагается, что ядерные силы возникают при обмене между нуклонами виртуальными частицами – мезонами.

Наконец, слабое взаимодействие описывает некоторые виды ядерных процессов. Оно короткодействующее и характеризует все виды бета-превращений.

Обычно для количественного анализа перечисленных взаимодействий используют две характеристики: безразмерную константу взаимодействия, определяющую величину взаимодействия, и радиус действия (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Пo данным табл. 3.1видно, что константа гравитационного взаимодействия самая малая. Радиус действия его, как и электромагнитного взаимодействия, неограничен.

Мерой какого вида взаимодействия является сила трения

Гравитационное взаимодействие в классическом представлении в процессах микромира существенной роли не играет. Однако в макропроцессах ему принадлежит определяющая роль. Например, движение планет Солнечной системы происходит в строгом соответствии с законами гравитационного взаимодействия.

Сильное взаимодействие отвечает за устойчивость ядер и распространяется только в пределах размеров ядра. Чем сильнее взаимодействуют нуклоны в ядре, тем оно устойчивее, тем больше его энергия связи, определяемая работой, которую необходимо совершить, чтобы разделить нуклоны и удалить их друг от друга на такие расстояния, при которых взаимодействие становится равным нулю. С возрастанием размера ядра энергия связи уменьшается. Так, ядра элементов, находящихся в конце таблицы Менделеева, неустойчивы и могут распадаться. Такой процесс часто называется радиоактивным распадом.

Взаимодействие между атомами и молекулами имеет преимущественно электромагнитную природу. Таким взаимодействием объясняется образование различных агрегатных состояний вещества: твердого, жидкого и газообразного. Например, между молекулами вещества в твердом состоянии взаимодействие в виде притяжения проявляется гораздо сильнее, чем между теми же молекулами в газообразном состоянии.