Муниципальное общеобразовательное учреждение – средняя общеобразовательная школа пос. Чайковского Клинского муниципального района московской области Выполнила: ученица 9 а класса Тамахина Анастасия Вячеславовна Проверила: учитель физики Шашлова Татьяна Александровна пос. Чайковского 2008 год Содержание
I. Введение С трением мы сталкиваемся на каждом шагу. Вернее было бы сказать, что без трения мы и шагу ступить не можем. Но, несмотря на ту большую роль, которую играет трение в нашей жизни, до сих пор не создана достаточно полная картина возникновения трения. Это связано даже не с тем, что трение имеет сложную природу, а скорее с тем, что опыты с трением очень чувствительны к обработке поверхности и поэтому трудно воспроизводимы. Хорошо известен и рассказ о жертвенном венце Гиерона. Архимеду поручили проверить честность ювелира и определить, сделан венец из чистого золота или с примесями других металлов и нет ли внутри него пустот. Однажды, размышляя об этом, Архимед погрузился в ванну, и заметил, что вытесненная его телом вода пролилась через край. Гениального учёного тут же осенила яркая идея, и с криком «Эврика, эврика!» он, как был нагой, бросился проводить эксперимент. Идея Архимеда очень проста. Тело, погружённое в воду, вытесняет столько жидкости, каков объём самого тела. Поместив венец в цилиндрический сосуд с водой, можно определить, какое количество жидкости он вытеснит, т. е. узнать его объём. А, зная объём и взвесив венец, легко вычислить удельную массу. Это и даст возможность установить истину: ведь золото — очень тяжёлый металл, а более лёгкие примеси, и тем более пустоты, уменьшают удельную массу изделия.1 Говоря о силе всемирного тяготения, сразу же вспоминается легенда об упавшем яблоке. Согласно этой легенде, мысль о всемирном тяготении осенила Ньютона в тот момент, когда он, отдыхая в своем саду, увидел падающее яблоко. Рассказывают даже, что знаменитой яблоне, чей плод так сумел вовремя упасть к ногам Ньютона, не дали исчезнуть без следа и кусочки этого дерева якобы хранятся в Англии до сих пор.2 Сила упругости возникает в теле благодаря различным видам деформации. Впервые к такому выводу пришел английский ученый Роберт Гук, а потом этот вывод стали называть законом Гука. В протоколе Академии наук от 18 сентября 1820 года, через неделю после того, как Амперу стало известно об опытах Эрстеда, были записаны следующие слова Ампера: “Я свёл явления, наблюдавшиеся Эрстедом, к двум общим фактам. Я показал, что ток, который находится в столбе, действует на магнитную стрелку, как и ток в соединительной проволоке. Я описал опыты, посредством которых констатировал притяжение или отталкивание всей магнитной стрелки соединительным проводом. Я описал приборы, которые я намереваюсь построить, и, среди прочих, гальванические спирали и завитки. Я высказал ту мысль, что эти последние должны производить во всех случаях такой же эффект, как магниты. Я занимался также некоторыми подробностями поведения, приписываемого мною магнитам, как исключительного свойства, происходящего от электрических токов в плоскостях, перпендикулярных к их оси, и от подобных же токов, существование которых я допускаю в земном шаре, в связи с этим я свёл все магнитные явления к чисто электрическим эффектам”.3 Таким образом, целью моего реферата является проанализировать пять основных сил, которые встречаются в природе и наиболее часто находят свое применение на практике. II. Основная часть 1. Пять основных сил в природе Говорят, что к телу приложена сила или на тело действует сила. И. Ньютоном было выяснено, что причиной ускорения тела является действующая на тело сила. Сила векторная величина, действие которой на тело зависит от ее модуля, направления, точки приложения. Например, попытаемся открыть дверь, толкая ее близко от петель, а потом откроем ее за ручку. Мы легко убедимся, что в первом случае нужна большая сила, чем во втором случае. В этих случаях сила прикладывалась к разным точкам, что и определило необходимость разных по модулю сил для открывания одной и той же двери. А если попробовать открывать дверь, действуя на нее вдоль поверхности двери, — дверь не откроется: не то направление силы. Дверь открывается или закрывается в зависимости от направления действующей силы. Итак, сила связана с ускорением, зависимость между которыми определил И. Ньютон. Существуют основные силы, которые находят большое применение: сила тяжести, сила упругости, сила трения. Немаловажную роль играет сила Архимеда и часто применяемая в электротехнике сила Ампера. 2. Сила трения Когда говорят о трении, различают три несколько отличных физических явления: сопротивление при движении тела в жидкости или газе – его называют жидким трением; сопротивление, возникающее, когда тело скользит по какой-нибудь поверхности, – трение скольжения, или сухое трение; сопротивление, возникающее при качении тела, – трение качения. Движению тела обычно препятствуют силы трения. Если соприкасаются поверхности твёрдых тел, их относительному движению мешают силы сухого трения. Характерной особенностью сухого трения является существование зоны застоя. Тело нельзя сдвинуть с места, пока абсолютная величина внешней силы не превысит определённого значения. Пока тело не начало скользить, действующая на него сила трения равна касательной составляющей приложенной силы и направлена в противоположную сторону. До этого момента между поверхностями соприкасающихся тел действует сила трения покоя, которая уравновешивает внешнюю силу и растёт вместе с ней. Максимальное значение силы трения покоя определяется формулой: Fтр. max= µ |N |, где µ — коэффициент трения, зависящий от свойств соприкасающихся поверхностей; N – сила нормального давления. Когда абсолютная величина внешней силы превышает значение Fтр. max, возникает относительное движение – проскальзывание. Сила трения скольжения обычно слабо зависит от скорости относительного движения, и при малых скоростях её можно считать равной Fтр. max. Движению тела в жидкости и газе препятствует сила жидкого трения. Главное отличие жидкого трения от сухого – отсутствие зоны застоя. В жидкости или газе не возникает силы трения покоя, и поэтому даже малая внешняя сила способна вызвать движение тела. Первые исследования трения, о которых мы знаем, были проведены Леонардо да Винчи примерно 500 лет назад. Он измерял силу трения, действующую на деревянные параллелепипеды, скользящие по доске, причём, ставя бруски на разные грани, определял зависимость силы трения от площади опоры. Но работы Леонардо да Винчи стали известны уже после того, как классические законы трения были вновь открыты французскими учёными Амонтоном и Кулоном в XVII – XVIII веках. Вот эти законы: 1. Величина силы трения F прямо пропорциональна величине силы нормального давления N тела на поверхность, по которой движется тело, т.е. F = µN; 2. Сила трения не зависит от площади контакта между поверхностями; 3. Коэффициент трения зависит от свойств трущихся поверхностей; 4. Сила трения не зависит от скорости движения тела. Вот пример. Английский физик Гарди исследовал зависимость силы трения между стеклянными пластинками от температуры. Он тщательно обрабатывал пластинки хлорной известью и обмывал их водой, удаляя жиры и загрязнения. Трение увеличивалось с температурой. Опыт был повторён много раз, и каждый раз получались примерно одни и те же результаты. Но однажды, омывая пластинки, Гарди протер их пальцами – трение перестало зависеть от температуры. Протерев пластинки, Гарди, как он сам считал, удалил с них очень тонкий слой стекла, изменивший свои свойства из-за взаимодействия с хлоркой и водой.4 Механизм трения очень сложен. Из-за неровностей поверхностей тела касаются друг друга только в отдельных точках на вершинах выступов. Здесь молекулы соприкасающихся тел подходят на расстояния, соизмеримые с расстоянием между молекулами в самих телах, и сцепляются. Образуется прочная связь, которая рвётся при нажиме на тело. При движении тела связи постоянно возникают и рвутся. При этом возникают колебания молекул. На эти колебания и тратится энергия. Площадь действительного контакта обычно равна порядка тысяч квадратных микронов. Она практически не зависит от размеров тела и определяется природой поверхностей, их обработкой, температурой и силой нормального давления. Если на тело надавить, то выступы сминаются, и площадь действительного контакта увеличивается. Увеличивается и сила трения. При значительной шероховатости поверхностей большую роль в увеличении силы трения начинает играть механическое зацепление между «холмами». Они при движении сминаются, и при этом тоже возникают колебания молекул. Теперь понятен опыт с полированными стеклянными пластинками. Пока поверхности были «грубые», число контактов было невелико, а после хорошей полировки оно возросло. Можно привести ещё пример увеличения трения с улучшением поверхности. Если взять два металлических бруска с чистыми полированными поверхностями, то они слипаются. Трение здесь становится очень большим, так как площадь действительного контакта велика. Силы молекулярного сцепления, которые ответственны за трение, превращают два бруска в монолит. Вот ещё примеры сухого трения, когда хотят вытащить гвоздь из стенки без помощи клещей, его сгибают и тащат, поворачивая одновременно вокруг оси. По той же причине при резком торможении автомобиль теряет управление и машину «заносит»: колёса скользят по дороге, за счёт неровностей дороги возникает боковая сила. Обычно считают, что, для того чтобы сдвинуть тело с места, к нему нужно приложить большую силу, чем для того, чтобы тащить тело по поверхности. В большинстве случаев это связано с загрязнениями поверхностей трущихся тел. Так, для чистых металлов такого скачка силы трения не наблюдается. При равномерном движении смычка скрипки струна увлекается им и натягивается. Вместе с натяжением струны увеличивается сила трения между смычком и струной. Когда величина силы трения становится максимально возможной, струна начинает проскальзывать относительно смычка. Если бы сила трения не зависела от относительной скорости смычка и струны, то, очевидно, отклонение струны от положения равновесия не изменялось бы. Но при проскальзывании трение уменьшается, поэтому струна начинает двигаться к положению равновесия. При этом относительная скорость струны увеличивается, а это ещё уменьшает силу трения. Когда же струна, совершив колебания, движется в обратном направлении, её скорость относительно смычка уменьшается, смычёк опять захватывает струну, и всё повторяется сначала. Так возбуждаются колебания струны. Эти колебания незатухающие, поскольку энергия, потерянная струной при её движении, каждый раз восполняется работой силы трения, подтягивающей струну до положения, при котором струна срывается. Таким образом, я узнала, что сила трения – это сила, возникающая при движении или попытке вызвать движение одного тела по поверхности другого и направленная вдоль соприкасающихся поверхностей против движения. Различают три вида силы трения: сила трения покоя, сила трения качения, сила трения скольжения. Самая максимальная из всех, это сила трения покоя. |
Силы в природе (7-11 кл.)
Сообщение на тему: Силы в природе (7-11 кл.)
Что надо знать о силе
Сила — векторная величина. Необходимо знать точку приложения и направление каждой силы. Важно уметь определить какие именно силы действуют на тело и в каком направлении. Сила обозначается как 
, измеряется в Ньютонах. Для того, чтобы различать силы, их обозначают следующим образом 
Ниже представлены основные силы, действующие в природе. Придумывать не существующие силы при решении задач нельзя!
Сил в природе много. Здесь рассмотрены силы, которые рассматриваются в школьном курсе физики при изучении динамики. А также упомянуты другие силы, которые будут рассмотрены в других разделах.
Сила тяжести
На каждое тело, находящееся на планете, действует гравитация Земли. Сила, с которой Земля притягивает каждое тело, определяется по формуле
Точка приложения находится в центре тяжести тела. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз.
Сила трения
Познакомимся с силой трения. Эта сила возникает при движении тел и соприкосновении двух поверхностей. Возникает сила в результате того, что поверхности, если рассмотреть под микроскопом, не являются гладкими, как кажутся. Определяется сила трения по формуле:
Сила приложена в точке соприкосновения двух поверхностей. Направлена в сторону противоположную движению.
Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра
Сила реакции опоры
Представим очень тяжелый предмет, лежащий на столе. Стол прогибается под тяжестью предмета. Но согласно третьему закону Ньютона стол воздействует на предмет с точно такой же силой, что и предмет на стол. Сила направлена противоположно силе, с которой предмет давит на стол. То есть вверх. Эта сила называется реакцией опоры. Название силы «говорит»
Абсолютно любое тело, даже очень легкое (например, карандаш, лежащий на столе), на микроуровне деформирует опору. Поэтому возникает реакция опоры.
Специальной формулы для нахождения этой силы нет. Обозначают ее буквой 
, но эта сила просто отдельный вид силы упругости, поэтому она может быть обозначена и как 
Сила приложена в точке соприкосновения предмета с опорой. Направлена перпендикулярно опоре.
Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра
Сила упругости
Это сила возникает в результате деформации (изменения первоначального состояния вещества). Например, когда растягиваем пружину, мы увеличиваем расстояние между молекулами материала пружины. Когда сжимаем пружину — уменьшаем. Когда перекручиваем или сдвигаем. Во всех этих примерах возникает сила, которая препятствует деформации — сила упругости.
Закон Гука
Сила упругости направлена противоположно деформации.
Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра
При последовательном соединении, например, пружин жесткость рассчитывается по формуле
При параллельном соединении жесткость
Жесткость образца. Модуль Юнга.
Модуль Юнга характеризует упругие свойства вещества. Это постоянная величина, зависящая только от материала, его физического состояния. Характеризует способность материала сопротивляться деформации растяжения или сжатия. Значение модуля Юнга табличное.
Подробнее о свойствах твердых тел здесь.
Вес тела
Вес тела — это сила, с которой предмет воздействует на опору. Вы скажете, так это же сила тяжести! Путаница происходит в следующем: действительно часто вес тела равен силе тяжести, но это силы совершенно разные. Сила тяжести — сила, которая возникает в результате взаимодействия с Землей. Вес — результат взаимодействия с опорой. Сила тяжести приложена в центре тяжести предмета, вес же — сила, которая приложена на опору (не на предмет)!
Формулы определения веса нет. Обозначается эта силы буквой 
Сила реакции опоры или сила упругости возникает в ответ на воздействие предмета на подвес или опору, поэтому вес тела всегда численно одинаков силе упругости, но имеет противоположное направление.
Сила реакции опоры и вес — силы одной природы, согласно 3 закону Ньютона они равны и противоположно направлены. Вес — это сила, которая действует на опору, а не на тело. Сила тяжести действует на тело.
Вес тела может быть не равен силе тяжести. Может быть как больше, так и меньше, а может быть и такое, что вес равен нулю. Это состояние называется невесомостью. Невесомость — состояние, когда предмет не взаимодействует с опорой, например, состояние полета: сила тяжести есть, а вес равен нулю!
Определить направление ускорения возможно, если определить, куда направлена равнодействующая сила
Обратите внимание, вес — сила, измеряется в Ньютонах. Как верно ответить на вопрос: «Сколько ты весишь»? Мы отвечаем 50 кг, называя не вес, а свою массу! В этом примере, наш вес равен силе тяжести, то есть примерно 500Н!
Перегрузка — отношение веса к силе тяжести
Сила Архимеда
Сила возникает в результате взаимодействия тела с жидкость (газом), при его погружении в жидкость (или газ). Эта сила выталкивает тело из воды (газа). Поэтому направлена вертикально вверх (выталкивает). Определяется по формуле:
В воздухе силой Архимеда пренебрегаем.
Если сила Архимеда равна силе тяжести, тело плавает. Если сила Архимеда больше, то оно поднимается на поверхность жидкости, если меньше — тонет.
Электрические силы
Существуют силы электрического происхождения. Возникают при наличии электрического заряда. Эти силы, такие как сила Кулона, сила Ампера, сила Лоренца, подробно рассмотрены в разделе Электричество.
Схематичное обозначение действующих на тело сил
Часто тело моделируют материальной точкой. Поэтому на схемах различные точки приложения переносят в одну точку — в центр, а тело изображают схематично кругом или прямоугольником.
Для того, чтобы верно обозначить силы, необходимо перечислить все тела, с которыми исследуемое тело взаимодействует. Определить, что происходит в результате взаимодействия с каждым: трение, деформация, притяжение или может быть отталкивание. Определить вид силы, верно обозначить направление. Внимание! Количество сил будет совпадать с числом тел, с которыми происходит взаимодействие.
Главное запомнить
1) Силы и их природа;
2) Направление сил;
3) Уметь обозначить действующие силы
Силы трения*
Различают внешнее (сухое) и внутреннее (вязкое) трение. Внешнее трение возникает между соприкасающимися твердыми поверхностями, внутреннее — между слоями жидкости или газа при их относительном движении. Существует три вида внешнего трения: трение покоя, трение скольжения и трение качения.
Трение качения определяется по формуле
Сила сопротивления возникает при движении тела в жидкости или в газе. Величина силы сопротивления зависит от размеров и формы тела, скорости его движения и свойств жидкости или газа. При небольших скоростях движения сила сопротивления пропорциональна скорости тела
При больших скоростях пропорциональна квадрату скорости
Взаимосвязь силы тяжести, закона гравитации и ускорения свободного падения*
Рассмотрим взаимное притяжение предмета и Земли. Между ними, согласно закону гравитации возникает сила 
А сейчас сравним закон гравитации и силу тяжести 
Величина ускорения свободного падения зависит от массы Земли и ее радиуса! Таким образом, можно высчитать, с каким ускорением будут падать предметы на Луне или на любой другой планете, используя массу и радиус той планеты.
Расстояние от центра Земли до полюсов меньше, чем до экватора. Поэтому и ускорение свободного падения на экваторе немного меньше, чем на полюсах. Вместе с тем, следует отметить, что основной причиной зависимости ускорения свободного падения от широты местности, является факт вращения Земли вокруг своей оси.
При удалении от поверхности Земли сила земного тяготения и ускорения свободного падения изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния до центра Земли.
Взаимодействия и силы в природе
Введение
Современные достижения физики высоких энергий все больше укрепляют представление, что многообразие свойств Природы обусловлено взаимодействующими элементарными частицами. Дать неформальное определение элементарной частицы, по-видимому, невозможно, поскольку речь идет о самых первичных элементах материи. На качественном уровне можно говорить, что истинно элементарными частицами называются физические объекты, которые не имеют составных частей.
Очевидно, что вопрос об элементарности физических объектов — это в первую очередь вопрос экспериментальный. Например, экспериментально установлено, что молекулы, атомы, атомные ядра имеют внутреннюю структуру, указывающую на наличие составных частей. Поэтому их нельзя считать элементарными частицами. Сравнительно недавно открыто, что такие частицы, как мезоны и барионы, также обладают внутренней структурой и, следовательно, не являются элементарными. В то же время у электрона внутренняя структура никогда не наблюдалась, и, значит, его можно отнести к элементарным частицам. Другим примером элементарной частицы является квант света — фотон.
Современные экспериментальные данные свидетельствуют, что существует только четыре качественно различных вида взаимодействий, в которых участвуют элементарные частицы. Эти взаимодействия называются фундаментальными, то есть самыми основными, исходными, первичными. Если принять во внимание все многообразие свойств окружающего нас Мира, то кажется совершенно удивительным, что в Природе есть только четыре фундаментальных взаимодействия, ответственных за все явления Природы.
Помимо качественных различий, фундаментальные взаимодействия отличаются в количественном отношении по силе воздействия, которая характеризуется термином интенсивность. По мере увеличения интенсивности фундаментальные взаимодействия располагаются в следующем порядке: гравитационное, слабое, электромагнитное и сильное. Каждое из этих взаимодействий характеризуется соответствующим параметром, называемым константой связи, численное значение которого определяет интенсивность взаимодействия.
Каким образом физические объекты осуществляют фундаментальные взаимодействия между собой? На качественном уровне ответ на этот вопрос выглядит следующим образом. Фундаментальные взаимодействия переносятся квантами.
При этом в квантовой области фундаментальным взаимодействиям отвечают соответствующие элементарные частицы, называемые элементарными частицами — переносчиками взаимодействий. В процессе взаимодействия физический объект испускает частицы — переносчики взаимодействия, которые поглощаются другим физическим объектом. Это ведет к тому, что объекты как бы чувствуют друг друга, их энергия, характер движения, состояние изменяются, то есть они испытывают взаимное влияние.
В современной физике высоких энергий все большее значение приобретает идея объединения фундаментальных взаимодействий. Согласно идеям объединения, в Природе существует только одно единое фундаментальное взаимодействие, проявляющее себя в конкретных ситуациях как гравитационное, или как слабое, или как электромагнитное, или как сильное, или как их некоторая комбинация. Успешной реализацией идей объединения послужило создание ставшей уже стандартной объединенной теории электромагнитных и слабых взаимодействий. Идет работа по развитию единой теории электромагнитных, слабых и сильных взаимодействий, получившей название теории великого объединения. Предпринимаются попытки найти принцип объединения всех четырех фундаментальных взаимодействий.
Сила тяжести
Силой тяжести называют равнодействующую двух сил — силы ньютоновского притяжения всей массой Земли и центробежной силы, возникающей вследствие суточного вращения Земли. Отнесенные к единице массы, эти силы характеризуются ускорениями силы тяжести g=F/m, ньютоновского притяжения f=Fн/m и центробежным P=P/m. Ускорение силы тяжести равно геометрической сумме ускорения притяжения и центробежного ускорения. Обычно в гравиметрии, когда говорят «сила тяжести», подразумевают именно ускорение силы тяжести.
Гравитационное взаимодействие
Это взаимодействие носит универсальный характер, в нем участвуют все виды материи, все объекты природы, все элементарные частицы! Общепринятой классической (не квантовой) теорией гравитационного взаимодействия является эйнштейновская общая теория относительности. Гравитация определяет движение планет в звездных системах, играет важную роль в процессах, протекающих в звездах, управляет эволюцией Вселенной, в земных условиях проявляет себя как сила взаимного притяжения. Конечно, мы перечислили только небольшое число примеров из огромного списка эффектов гравитации.
Согласно общей теории относительности, гравитация связана с кривизной пространства-времени и описывается в терминах так называемой римановой геометрии. В настоящее время все экспериментальные и наблюдательные данные о гравитации укладываются в рамки общей теории относительности. Однако данные о сильных гравитационных полях по существу отсутствуют, поэтому экспериментальные аспекты этой теории содержат много вопросов. Такая ситуация порождает появление различных альтернативных теорий гравитации, предсказания которых практически неотличимы от предсказаний общей теории относительности для физических эффектов в Солнечной системе, но ведут к другим следствиям в сильных гравитационных полях.
Если пренебречь всеми релятивистскими эффектами и ограничиться слабыми стационарными гравитационными полями, то общая теория относительности сводится к ньютоновской теории всемирного тяготения. В этом случае, как известно, потенциальная энергия взаимодействия двух точечных частиц с массами m1 и m2 дается соотношением
где r — расстояние между частицами, G — ньютоновская гравитационная постоянная, играющая роль константы гравитационного взаимодействия. Данное соотношение показывает, что потенциальная энергия взаимодействия V(r) отлична от нуля при любом конечном r и спадает к нулю очень медленно. По этой причине говорят, что гравитационное взаимодействие является дальнодействующим.
Из многих физических предсказаний общей теории относительности отметим три. Теоретически установлено, что гравитационные возмущения могут распространяться в пространстве в виде волн, называемых гравитационными.
Распространяющиеся слабые гравитационные возмущения во многом аналогичны электромагнитным волнам. Их скорость равна скорости света, они имеют два состояния поляризации, для них характерны явления интерференции и дифракции. Однако в силу чрезвычайно слабого взаимодействия гравитационных волн с веществом их прямое экспериментальное наблюдение до сих пор не было возможно. Тем не менее данные некоторых астрономических наблюдений по потере энергии в системах двойных звезд свидетельствуют о возможном существовании гравитационных волн в природе.
Теоретическое исследование условий равновесия звезд в рамках общей теории относительности показывает, что при определенных условиях достаточно массивные звезды могут начать катастрофически сжиматься. Это оказывается возможным на достаточно поздних стадиях эволюции звезды, когда внутреннее давление, обусловленное процессами, ответственными за светимость звезды, не в состоянии уравновесить давление сил тяготения, стремящихся сжать звезду. В результате процесс сжатия уже ничем не может быть остановлен. Описанное физическое явление, предсказанное теоретически в рамках общей теории относительности, получило название гравитационного коллапса. Исследования показали, что если радиус звезды становится меньше так называемого гравитационного радиуса
Rg = 2GM / c2,
где M — масса звезды, а c — скорость света, то для внешнего наблюдателя звезда гаснет. Никакая информация о процессах, идущих в этой звезде, не может достичь внешнего наблюдателя. При этом тела, падающие на звезду, свободно пересекают гравитационный радиус. Если в качестве такого тела подразумевается наблюдатель, то ничего, кроме усиления гравитации, он не заметит. Таким образом, возникает область пространства, в которую можно попасть, но из которой ничего не может выйти, включая световой луч. Подобная область пространства называется черной дырой. Существование черных дыр является одним из теоретических предсказаний общей теории относительности, некоторые альтернативные теории гравитации построены именно так, что они запрещают такого типа явления. В связи с этим вопрос о реальности черных дыр имеет исключительно важное значение. В настоящее время имеются наблюдательные данные, свидетельствующие о наличии черных дыр во Вселенной.
В рамках общей теории относительности впервые удалось сформулировать проблему эволюции Вселенной. Тем самым Вселенная в целом становится не предметом спекулятивных рассуждений, а объектом физической науки. Раздел физики, предметом которого является Вселенная в целом, называется космологией. В настоящее время считается твердо установленным, что мы живем в расширяющейся Вселенной.
Современная картина эволюции Вселенной основывается на представлении о том, что Вселенная, включая такие ее атрибуты, как пространство и время, возникла в результате особого физического явления, называемого Большой Взрыв, и с тех пор расширяется. Согласно теории эволюции Вселенной, расстояния между далекими галактиками должны увеличиваться со временем, и вся Вселенная должна быть заполнена тепловым излучением с температурой порядка 3 K. Эти предсказания теории находятся в прекрасном соответствии с данными астрономических наблюдений. При этом оценки показывают, что возраст Вселенной, то есть время, прошедшее с момента Большого Взрыва, составляет порядка 10 млрд лет. Что касается деталей Большого Взрыва, то это явление слабо изучено и можно говорить о загадке Большого Взрыва как о вызове физической науке в целом. Не исключено, что объяснение механизма Большого Взрыва связано с новыми, пока еще неизвестными законами Природы. Общепринятый современный взгляд на возможное решение проблемы Большого Взрыва основывается на идее объединения теории гравитации и квантовой механики.
Слабое взаимодействие
Это взаимодействие является наиболее слабым из фундаментальных взаимодействий, экспериментально наблюдаемых в распадах элементарных частиц, где принципиально существенными являются квантовые эффекты. Напомним, что квантовые проявления гравитационного взаимодействия никогда не наблюдались. Слабое взаимодействие выделяется с помощью следующего правила: если в процессе взаимодействия участвует элементарная частица, называемая нейтрино (или антинейтрино), то данное взаимодействие является слабым.
Слабое взаимодействие гораздо интенсивнее гравитационного.
Слабое взаимодействие в отличие от гравитационного является короткодействующим. Это означает, что слабое взаимодействие между частицами начинает действовать, только если частицы находятся достаточно близко друг к другу. Если же расстояние между частицами превосходит некоторую величину, называемую характерным радиусом взаимодействия, слабое взаимодействие не проявляет себя. Экспериментально установлено, что характерный радиус слабого взаимодействия порядка 10-15 см, то есть слабое взаимодействие, сосредоточен на расстояниях меньше размеров атомного ядра.
Почему можно говорить о слабом взаимодействии как о независимом виде фундаментальных взаимодействий? Ответ прост. Установлено, что есть процессы превращений элементарных частиц, которые не сводятся к гравитационным, электромагнитным и сильным взаимодействиям. Хороший пример, показывающий, что существуют три качественно различных взаимодействия в ядерных явлениях, связан с радиоактивностью. Эксперименты указывают на наличие трех различных видов радиоактивности: a-,b и g-радиоактивных распадов. При этом a-распад обусловлен сильным взаимодействием, g-распад — электромагнитным. Оставшийся b-распад не может быть объяснен электромагнитным и сильным взаимодействиями, и мы вынуждены принять, что есть еще одно фундаментальное взаимодействие, названное слабым. В общем случае необходимость введения слабого взаимодействия обусловлена тем, что в природе происходят процессы, в которых электромагнитные и сильные распады запрещены законами сохранения.
Хотя слабое взаимодействие существенно сосредоточено внутри ядра, оно имеет определенные макроскопические проявления. Как мы уже отмечали, оно связано с процессом b-радиоактивности. Кроме того, слабое взаимодействие играет важную роль в так называемых термоядерных реакциях, ответственных за механизм энерговыделения в звездах.
Удивительнейшим свойством слабого взаимодействия является существование процессов, в которых проявляется зеркальная асимметрия. На первый взгляд кажется очевидным, что разница между понятиями левое и правое условна. Действительно, процессы гравитационного, электромагнитного и сильного взаимодействия инвариантны относительно пространственной инверсии, осуществляющей зеркальное отражение. Говорят, что в таких процессах сохраняется пространственная четность P. Однако экспериментально установлено, что слабые процессы могут протекать с несохранением пространственной четности и, следовательно, как бы чувствуют разницу между левым и правым. В настоящее время имеются твердые экспериментальные доказательства, что несохранение четности в слабых взаимодействиях носит универсальный характер, оно проявляет себя не только в распадах элементарных частиц, но и в ядерных и даже атомных явлениях. Следует признать, что зеркальная асимметрия представляет собой свойство Природы на самом фундаментальном уровне.
В электромагнитном взаимодействии участвуют все заряженные тела, все заряженные элементарные частицы. В этом смысле оно достаточно универсально. Классической теорией электромагнитного взаимодействия является максвелловская электродинамика. В качестве константы связи принимается заряд электрона e.
Если рассмотреть два покоящихся точечных заряда q1 и q2 , то их электромагнитное взаимодействие сведется к известной электростатической силе. Это означает, что взаимодействие является дальнодействующим и медленно спадает с ростом расстояния между зарядами. Заряженная частица испускает фотон, в силу чего состояние ее движения изменяется. Другая частица поглощает этот фотон и также изменяет состояние своего движения. В результате частицы как бы чувствуют наличие друг друга. Хорошо известно, что электрический заряд является размерной величиной. Удобно ввести безразмерную константу связи электромагнитного взаимодействия. Для этого надо использовать фундаментальные постоянные и c. В результате приходим к следующей безразмерной константе связи, называемой в атомной физике постоянной тонкой структуры
Легко заметить, что данная константа значительно превышает константы гравитационного и слабого взаимодействий.
С современной точки зрения электромагнитное и слабое взаимодействия представляют собой различные стороны единого электрослабого взаимодействия. Создана объединенная теория электрослабого взаимодействия — теория Вайнберга-Салама-Глэшоу, объясняющая с единых позиций все аспекты электромагнитных и слабых взаимодействий. Можно ли понять на качественном уровне, как происходит разделение объединенного взаимодействия на отдельные, как бы независимые взаимодействия?
Пока характерные энергии достаточно малы, электромагнитное и слабое взаимодействия отделены и не влияют друг на друга. С ростом энергии начинается их взаимовлияние, и при достаточно больших энергиях эти взаимодействия сливаются в единое электрослабое взаимодействие. Характерная энергия объединения оценивается по порядку величины как 102 ГэВ (ГэВ — это сокращенное от гигаэлектрон-вольт, 1 ГэВ = 109 эВ, 1 эВ = 1.6·10-12 эрг = 1.6·1019 Дж). Для сравнения отметим, что характерная энергия электрона в основном состоянии атома водорода порядка 10-8 ГэВ, характерная энергия связи атомного ядра порядка 10-2 ГэВ, характерная энергия связи твердого тела порядка 10-10 ГэВ. Таким образом, характерная энергия объединения электромагнитных и слабых взаимодействий огромна по сравнению с характерными энергиями в атомной и ядерной физике. По этой причине электромагнитное и слабое взаимодействия не проявляют в обычных физических явлениях своей единой сущности.
Сильное взаимодействие
Сильное взаимодействие ответственно за устойчивость атомных ядер. Поскольку атомные ядра большинства химических элементов стабильны, то ясно, что взаимодействие, которое удерживает их от распада, должно быть достаточно сильным. Хорошо известно, что ядра состоят из протонов и нейтронов. Чтобы положительно заряженные протоны не разлетелись в разные стороны, необходимо наличие сил притяжения между ними, превосходящих силы электростатического отталкивания. Именно сильное взаимодействие является ответственным за эти силы притяжения.
Характерной чертой сильного взаимодействия является его зарядовая независимость. Ядерные силы притяжения между протонами, между нейтронами и между протоном и нейтроном по существу одинаковы. Отсюда следует, что с точки зрения сильных взаимодействий протон и нейтрон неотличимы и для них используется единый термин нуклон, то есть частица ядра.
Заключение
Итак, мы сделали обзор основных сведений, касающихся четырех фундаментальных взаимодействий Природы. Кратко описаны микроскопические и макроскопические проявления этих взаимодействий, картина физических явлений, в которых они играют важную роль.
Везде, где это было возможно, мы старались проследить тенденцию объединения, отметить общие черты фундаментальных взаимодействий, привести данные о характерных масштабах явлений. Конечно, излагаемый здесь материал не претендует на полноту рассмотрения и не содержит многих важных деталей, необходимых для систематического изложения. Подробное описание затронутых нами вопросов требует использования всего арсенала методов современной теоретической физики высоких энергий и выходит за рамки данной статьи, научно-популярной литературы. Нашей целью было изложение общей картины достижений современной теоретической физики высоких энергий, тенденции ее развития. Мы стремились вызвать интерес читателя к самостоятельному, более подробному изучению материала. Конечно, при таком подходе неизбежны определенные огрубления.
Предлагаемый список литературы позволяет более подготовленному читателю углубить свое представление о вопросах, рассмотренных в статье.
Список литературы
1. Окунь Л. Б. Физика элементарных частиц. М.: Наука, 1984.
2. Новиков И. Д. Как взорвалась Вселенная. М.: Наука, 1988.
3. Фридман Д., ван. Ньювенхейзен П. // Успехи физ. наук. 1979.
4. Бергман П. Загадка гравитации
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://academout.ru/
Дата добавления: 21.01.2007
Реферат — Взаимодействие сил в природе
Введение
1. Зависимость сил взаимодействия между молекулами от расстояния между ними
2. Взаимодействие агрегатных состояний вещества
3. Закон трех взаимодействий
Заключение
Список литературы
Все существующее в видимом и невидимом мире неизменно и постоянно взаимодействует между собой, ибо абсолютно замкнутых систем не существует. Только взаимодействие, обмен энергией и информацией с окружающим миром позволяет любой энергоинформационной системе развиваться, совершенствоваться, обеспечивая жизненно необходимые процессы как свои так и окружения.
Посылая какие-либо запросы мы обязательно получаем ответы от окружающей нас действительности. Не являются здесь исключением и все процессы человечества, происходящие на Земле. На каждый запрос Земли приходит определенный ответ. Затем опять следует ответ Земли. Это можно сравнить с волнами энергии, которые посылает Земля и получает ответ. Этим энергоинформационным волнам соответствуют определенные потоки и направления в целительстве.
Наблюдения показывают, что между молекулами одновременно действуют и силы притяжения, и силы отталкивания. Силы взаимодействия молекул являются короткодействующими, их действие проявляется лишь на расстояниях, не превышающих нескольких собственных размеров молекулы.
Цель работы – рассмотреть взаимодействие сил в природе.
Задачи работы – охарактеризовать зависимость сил взаимодействия между молекулами от расстояния между ними; представить взаимодействие агрегатных состояний вещества; изучить закон трех взаимодействий.
Область пространства, в которой проявляется действие молекулярных сил, называют сферой молекулярного действия. Радиус этой сферы равен примерно 1•10-9 м.
Силы молекулярного взаимодействия зависят от расстояния между молекулами. При этом характер зависимости от расстояния у сил притяжения и сил отталкивания различен. При увеличении расстояния между молекулами силы отталкивания убывают быстрее, чем силы притяжения, а при уменьшении этого расстояния возрастают быстрее, чем силы притяжения.
Сила отталкивания считается положительной, а сила притяжения отрицательной. Существует такое расстояние между молекулами, на котором сила притяжения равна силе отталкивания, т. е. их результирующая сила равна нулю. Если расстояние между молекулами г>r0, преобладают силы их взаимного притяжения, если же r<r0, преобладают силы отталкивания. Таким образом, результирующая сил молекулярного взаимодействия на больших расстояниях является силой притяжения, а на малых — силой отталкивания. Следовательно, r0— это такое равновесное расстояние между молекулами, на котором они находились бы, если бы тепловое движение молекул не нарушало этого равновесия.
Описанный характер зависимости сил взаимодействия молекул от их расстояния друг от друга объясняет появление силы упругости при деформации тел. Если под действием внешних сил тело сжимается, расстояние между молекулами r становится меньше, чем r0, и появляется сила, препятствующая взаимному сближению молекул. Если же под действием внешних сил тело растягивается, то расстояние г становится больше, чем r0, и появляется сила, препятствующая взаимному удалению молекул. Вблизи точки r0 на графике участок кривой является почти прямолинейным, так как при небольшом смещении молекул из положения равновесия силы притяжения или отталкивания между ними возрастают линейно с увеличением смещения. Именно по этой причине при малых деформациях тела (т. е. в пределах его упругости) выполняется закон Гука.
Существуют четыре агрегатных состояния вещества — твердое, жидкое, газообразное и плазма.
Если минимальная потенциальная энергия Wp(min) молекул вещества много меньше средней кинетической энергии их теплового движения, то вещество находится в газообразном состоянии. Если Wp(min) » Wk, то вещество находится в жидком состоянии. Если же Wp(min) >> Wk, то вещество находится в твердом состоянии.
Рассмотрим, какой характер имеет движение молекул в газах, жидкостях и твердых телах.
В газах при не высоких давлениях и не низких температурах молекулы находятся друг от друга на расстояниях, во много раз превышающих их размеры. В таких условиях молекулы газа не связаны между собой межмолекулярными силами притяжения. Они хаотически поступательно движутся по всему объему, занимаемому газом. Взаимодействие молекул газа происходит только при их столкновении между собой и со стенками сосуда, в котором газ находится. Передача импульса при этих столкновениях обусловливает давление, производимое газом.
В жидкостях силы взаимодействия молекул друг с другом достаточно велики. Молекулы жидкости колеблются около временных положений равновесия. Однако в жидкостях Wp(min) » Wk, поэтому, получив в результате хаотических столкновений избыток кинетической энергии, отдельные молекулы преодолевают притяжение соседних молекул и переходят в новые положения равновесия, вокруг которых вновь совершают колебательное движение.
Советский физик Френкель создал теорию жидкого состояния, согласно которой время колебания молекул жидкости возле положений равновесия очень мало (порядка 10-10—10-12 с), после чего молекулы совершают переход в новые положения. Следовательно, молекулы жидкости совершают колебательное движение вокруг временных центров равновесия и скачкообразно перемещаются из одних положений равновесия в другие (вследствие таких перемещений жидкость обладает текучестью и принимает форму того сосуда, в котором находится).
Таким образом, в жидкостях молекулы совершают в основном колебательное и поступательное движения.
Итак, жидкость состоит из множества микроскопических областей, в которых существует определенная упорядоченность в расположении близлежащих молекул, не повторяющаяся по всему объему жидкости и изменяющаяся с течением времени. Такой вид упорядоченности частиц называют ближним порядком.
В твердых телах расстояние между молекулами меньше, чем в жидкостях. Силы взаимодействия молекул твердых тел между собой настолько велики, что молекулы удерживаются относительно друг друга в определенных положениях и колеблются около постоянных центров равновесия.
Твердые тела делятся на кристаллические и аморфные.
Для кристаллических тел характерны так называемые кристаллические решетки — упорядоченное и периодически повторяющееся в пространстве расположение молекул, атомов или ионов. Если через произвольный узел кристаллической решетки провести прямую в любом направлении, то вдоль этой прямой на равном расстоянии будут встречаться другие узлы этой решетки, т. е. данная структура повторяется по всему объему кристаллического тела. Такой вид упорядоченности частиц называют дальним порядком.
В аморфных телах (стекло, смола и ряд других веществ) нет дальнего порядка и кристаллической решетки, что сближает по свойствам аморфные тела с жидкостями. Однако в аморфных телах молекулы колеблются около временных положений равновесия значительно дольше, чем в жидкостях
Итак, в твердых телах молекулы совершают преимущественно колебательное движение (хотя имеются и отдельные молекулы, движущиеся поступательно, о чем свидетельствует явление диффузии).
Согласно многим древним системам, все существующие явления, сверху от богов и донизу, возникают в результате взаимодействия трех сил. Одна описывается как активная, или творческая природа; вторая пассивная, или материальная; а третья как нейтрализующая, или формирующая. В христианской философии эти три силы выражены тремя личностями Троицы — Отцом, Сыном и Святым Духом,- создающими всю вселенную. В средневековой алхимии все вещи рассматривались как различные смеси трех компонентов — соли, серы и ртути. В индийской Санхья подобную роль играли три гуны — Раджа, Тама и Саттва. В индуизме эти силы были персонифицированы как Шива, Парвати и Вишну; а в Китае они приобрели метафизическую форму игры Инь и Ян под наблюдением Тао. Во всех этих системах природа трех сил считалась универсальной, то есть они рассматривались как входящие во все, везде и на каждой шкале — от мира личинок до мира звезд, и от действия света до действия мысли или желания.
Согласно православному Преданию, Вселенная была создана жертвой Бога. Этот постулат становится более понятным, если выявить в нем разграничение между двумя состояниями Божества — состоянием проявленным и непроявленным, т. е. безграничным и свободным от какой бы то ни было обусловленности. Жертва Бога — это проявление как Самоограничение ради этого проявления.
Каковы же условия, определяющие саму его возможность?
Это — три универсальных параметра, три первоначала или принципа, сообразно которым создана и которыми зиждется Вселенная: Пространство, Время и Равновесие. Три основных первоначала Творения проявляются во Вселенной в виде трех основных принципов жизни: статического, динамического и нейтрализующего. В свете этих трех принципов, которые проявляются и действуют сообразно первоначалам Сотворения Мира, в этом тварном мире может быть проанализировано и изучено что угодно: они являются универсальными для всех уровней Космоса.
Перед тем, как перейти к рассмотрению этих явлений, обратимся к фундаментальному закону, который создает все явления во всем многообразии или единстве всех миров.
Это закон трех принципов, или трех сил. Само название первого закона — Закон Трех — определяется эзотерической формулой, которая гласит:
Все сущее вызвано к бытию совместным действием трех сил — пассивной, активной и нейтрализующей, — одновременно приложенных к одной и той же точке.
Каждый феномен, какого бы он ни был масштаба и в каком бы мире ни проявлялся, молекулярный или космический, всегда есть результат сочетания или встречи трех различных и противоположных сил. Согласно подлинному, точному или объективному знанию одна или две силы никогда не произведут явления. Присутствие трех сил необходимо, так как только с помощью третьей силы первые две будут в состоянии создать в той или иной области то, что может быть названо явлением.
Учение о трех силах — корень всех древних систем. Первая сила называется активной, или положительной; вторая — пассивной, или отрицательной; третья — нейтрализующей.
Все три силы равным образом активны, и только в точке своей встречи проявляют себя как активная, пассивная и нейтрализующая, т. е. только в отношении друг друга в известный момент.
В Абсолюте в силу самой его природы три силы составляют единое целое. Образуя одно независимое целое, три силы владеют полной и свободной волей, полным сознанием, полным пониманием себя и всего того, что они совершают.
Три силы Абсолюта, составляющие единое целое, разделяются и соединяются по собственной воле и собственному решению; в точках соединения они производят феномены, или «миры». Эти миры, созданные волей Абсолютного, полностью зависят от его воли во всем, что касается их собственного существования. В каждом из этих миров снова действуют три силы.
В терминах четвертого пути, активную силу называют «углерод» (C), пассивную «кислород» (O), нейтрализующую — «азот» (N), а уровень плотности вибраций материи, которую образует это взаимодействие, обозначают как «водород» (Н). Эти обозначения не имеют никакого отношения к химическим элементам. Ни одна из этих сил не существует вне материи-проводника.
Любую из трех сил, если их исследовать безотносительно роли в треугольнике сил, как самостоятельный процесс, также можно рассматривать как водород. К любой из трех сил, также как и к водороду, применим закон трех. Каждую силу можно разделить на три составляющих силы. Наиболее легко распознается активная сила, труднее видеть пассивную силу.
Мы не можем мыслить даже в этих категориях, то есть видеть мир как борьбу и единство противоположных пар сил. Видение третьей силы представляет собой значительную психологическую проблему. Мы психологически слепы по отношению к ней. Характерным признаком спящего сознания является неспособность восприятия этой силы. Мы не видим, что одни и те же активные и пассивные элементы, в зависимости от организующего начала, взаимодействуют принципиально различным образом. Хотя, в определенных точных науках без такого видения невозможно обойтись. Например, в химии совершенно невозможно проигнорировать тот факт, что между окислителем и восстановителем (донором и акцептором электронов) должна существовать специально организованная среда. Это может быть: растворитель, катализатор, инертный газ, различные вариации давления и т.д. В физике дело обстоит так же, хотя третью силу видеть сложнее. Например, положительный и отрицательный полюса источника тока соединяет специально организованная электрическая цепь.
В любом случае, третья сила выступает как информационное, организующее начало, несущее сознательное воздействие, причем в очень широком смысле. Согласно учению ЧП материя имеет физические, химические и психические свойства, что, так или иначе, отражается в понятии энтропии, или информации. Все, что существует, построено из «троек», все части которых нераздельны и едины. Это относится к природе, к обществу, к миру математики и к миру информации.
Первый принцип, который чрезвычайно важен для понимания закона трех — это принцип масштабности: явление должно изучаться в строго определённой плоскости рассмотрения. Это требует предельно точного мышления, то есть нельзя путать явления, лежащие в одной плоскости рассмотрения с явлениями из другой плоскости. Например, взаимоотношения между людьми можно рассматривать в плоскости социальной, психологической, физической, биохимической и т.д. Характерная ошибка обычного мышления заключается в том, что мы постоянно сравниваем между собой несравнимые вещи и приходим к ложным выводам. Первый психологический момент постановки нового сознания заключается в точности мышления.
Пользуясь законом трех, можно анализировать те или иные явления, а можно и синтезировать эти явления. Закон трех является основой многих построений четвертого пути. Не понимая его глубоко, невозможно понять дальнейшие положения четвертого пути.
Чтобы полноценно применять закон трёх необходимо его чувствовать. Особенно важно чувствовать третью силу, как главную созидающую силу своего сознания. Обобщенно говоря, четвёртый путь это осознание себя как третьей космической силы.
Описанные силы отражают три первоначала Творения Вселенной. Пассивная сила является производной от статического начала, то есть Пространства. Активная сила — производная от динамического начала, то есть Времени. Нейтрализующая сила обеспечивает Равновесие во Вселенной, на любом этапе и на всех планах проявления.
Как и всякая сила, любая из трех вселенских сил активна по определению. Их названия, достаточно в этом отношении условные, отражают ту или иную конкретную функцию, отведенную каждой в их взаимном сотрудничестве, которое и есть первопричина тех или иных частных явлений.
Вся жизнь во Вселенной есть не что иное, как постоянный процесс творения — во всех сферах, на всех планах и ступенях проявленного бытия. Более того: для всякого явления, заметного или незаметного, значительного или незначительного, в соответствующем масштабе воспроизводится акт, аналогичный Первотворению всей Вселенной. В этом акте три силы действуют как прямые аналоги трех созидательных первоначал, положенных в истоке тварной Вселенной до ее Творения.
В качестве классического примера, иллюстрирующего постоянное взаимодействие трех сил в различных вариациях, можно привести процесс выпечки хлеба. Чтобы испечь хлеб, нужны мука, вода и огонь. Т. е., по аналогии, мука — проводник пассивной силы, огонь — активной, а вода — нейтрализующей.
Следует однако сразу же подчеркнуть., что само используемое в качестве того или иного звена этой цепи «вещество» в одном случае служит проводником пассивной силы, в других случаях может стать проводником активной силы, а в третьих средством проявления силы нейтрализующей.
Пассивная сила является силой первого порядка, и это можно продемонстрировать на множестве примеров. В частности, при покупке какого-либо товара предлагающий его продавец представляет собой пассивную силу; покупатель — активная ста, а плата за товар — сила нейтрализующая. Или же, говоря более обобщенно, предложение фигурирует в качестве пассивной силы, спрос — в качестве активной, а оплата — в качестве нейтрализующей.
Пассивная сила, тем не менее, является все же силой и как таковая активна. Это можно ясно показать на примере психологическом. В любовных романах женщина, соблазняющая мужчину, какой бы активной ни была, все же выступает в качестве пассивного фактора.
Что же касается третьей, нейтрализующей силы, то она зачастую ускользает от нашего внимания — либо в силу принципиальной двойственности нашего ума, либо в силу своей собственной природы, благодаря которой она, как правило, проявляется незаметно. Главная функция нейтрализующей силы — порождать связи, недоступные нашему восприятию; более частный случай — когда она выступает в роли катализатора.
Если какое-либо конкретное взаимодействие сил не приносит никаких результатов, это значит, что оно является в эзотерическом смысле неполным. Причиной этой неполноты может быть отсутствие одной из трех сил, или же отсутствие двух сил, или всех трех; какой или каких именно — поможет определить последовательный анализ в соответствующем контексте с учетом всей специфики Закона Трех. Например, даже из самой лучшей муки можно приготовить почти или вовсе несъедобный хлеб, если при замесе теста будет слишком много или слишком мало воды, или же если выпекать его на слишком слабом или слишком сильном огне.
Данный пример помогает уяснить значение и роль частного закона, дополняющего Закон Трех. Очевидно, что, располагая одной и той же мукой (в данном случае — пассивной силой), можно остаться ни с чем при неправильном приложении либо активной силы (огня), либо нейтрализующей силы (воды), либо обеих сил вместе. Из этого следует вывод, что действие сил активной и нейтрализующей должно быть урегулировано в соответствии с «содержанием» пассивной силы, которая воздействует на протекающие здесь реакции как некий устойчивый, а именно стабилизирующий элемент, то есть как математическая постоянная. Пассивная сила содержит в себе все возможности для создания явления; активная сила выступает как реализатор, а нейтрализующая — как регулятор отношений между двумя предыдущими силами, определяющий оптимальную дозировку каждой из них. Именно поэтому в материальном мире неизменно и безраздельно царствует пассивная сила.
Подчеркнем, что это превосходство пассивной силы есть прямое следствие специфики созидательных первоначал. До Сотворения Мира Божество пребывало в непроявленном, однополюсном состоянии, сосредоточенное в едином сознании Я. Чтобы преодолеть такое состояние, Божеству потребовалась Первоидея, которая и вывела Его в состояние проявленное. Эта Первоидея — идея «Ты». Зачатая в предвечной Жертве Бога — в Его Самоограничении, — она содержит в себе Любовь как некий третий фактор — как нейтрализующую силу. Более доступным языком эту мысль выразил св. Иоанн: «Ибо так возлюбил Бог мир, что отдал Сына Своего Единородного, дабы всякий верующий в Него не погиб, но имел жизнь вечную».
С началом Творения Божественная сущность как бы разделяется на два полюса; и Любовь служит здесь нейтрализующей силой, устанавливающей отношения между вселенским «Я» и вселенским «Ты».
Весьма полезно поупражняться в поиске примеров действия «Закона Трех» — не только чтобы убедиться в его непреложности, но и чтобы укрепить свой интеллект в режиме обучения на эзотерической основе.
Двухполюсная структура разума, воспроизводящая двухполюсную структуру Мира, позволяет человеку успешно в нем ориентироваться, с тем чтобы очертить поле своих последующих действий и здесь проявить свои способности, исследуя, рассчитывая, комбинируя, изобретая и даже создавая что-либо в этих пределах под видом творчества.
Знание Закона Трех позволяет нам полностью уяснить сложную структуру Луча Творения.
В этой умопостигаемой структуре Абсолют вначале предстает в своем первом аспекте. Он Единый как Всеобъемлющее, в Котором три изначальных, силы слиты в полном согласии. Таково запечатленное в Предании учение о Святой Троице, единосущной и нераздельной. Если смотреть снизу вверх на Святую Троицу можно метафорически назвать совершенным благом, венчающим Вселенную
Три силы Абсолюта, три Ипостаси Троицы, каждая из которых наделена самостоятельной независимой волей — при том, что они единосущны и слиты в полном согласии, есть созидательная первопричина Вселенной материальных явлений и всего, что в ее пределах. Это значит, что в первую очередь они создают Миры. Миры же, в отличие от них, не единосущны, поскольку отделены друг от друга и всецело зависят от воли Абсолюта, Который тремя Своими силами удерживает и содержит их в этом раздельном состоянии.
И все же эти Миры, созданные тремя отдельными силами, постоянно ими проникаются в том модусе единосущности, который свойствен Абсолюту на первоначальном уровне его проявления.
Следуя развитию Луча Творения сверху вниз, на каждой ступени творения повторяется один и тот же процесс. Каждый мир создается и управляется тремя свойственными ему силами как производными изначальных, исходящими с вышестоящей ступени; но каждый мир подчиняется также и всем предыдущим производным, действующим на каждой вышестоящей ступени.
Каждая из этих созидательных сил представляет собой комплекс законов одного и того же порядка; именно в силу этих законов, определяющих принадлежность соответствующему уровню Луча Творения, тот или иной мир выполняет свою функцию. Нисходя со ступени на ступень вплоть до самой наружной оболочки Творения, воля Абсолюта проникает все и вся во Вселенной вплоть до мельчайших микроорганизмов и инертной материи
Цепь миров, звенья в которой — Абсолют, все миры, все звезды, Солнце, планеты, Земля и Луна — представляют собой Луч творения, в котором мы обнаруживаем и себя. Луч творения — мир в самом широком для нас смысле слова. Разумеется, понятие «Луч творения» не содержит всего значения слова «мир», так как Абсолют дает начало множеству и, возможно, бесконечному множеству различных миров, каждый из которых начинает новый, отдельный Луч творения. Более того, каждый из этих миров содержит в себе множество миров, представляющих собой дальнейшее дробление луча; и вновь из этих миров мы выбираем только один — Млечный Путь. Млечный Путь состоит из множества звезд, но из этого множества мы выбираем одно — Солнце, самое близкое к нам, мир, от которого мы непосредственно зависим, в котором мы живем, двигаемся и пребываем. Каждая из других звезд означает новое деление луча, но мы не можем изучать все эти лучи точно так же, как луч, в котором мы находимся. Далее, внутри Солнечном системы мир планет является для нас наиболее близким; а в этом мире ближайшая к нам планета — Земля, на которой мы живем. Нет необходимости, да и возможности изучать другие планеты так же, как мы изучаем Землю. Достаточно взять их вместе, т. е. в значительно меньшем масштабе, чем мы берем Землю. Количество сил в каждом мире — 1, 3, 6, 12 и т. д. а цифры представляют собой конкретные модусы сил Творения, то есть категории законов, которым подчинена та или иная регулируемая ими фаза, или ступень Луча Творения. Единство — неотъемлемый атрибут одного лишь Абсолюта, и он неделимый, но содержащий в себе единосущную Троицу, представляет собой и обозначает свободу Бога. Все дальнейшее, исходящее от Абсолюта, с каждой ступенью последовательного проявления все более утрачивает свою свободу, последовательно ограничиваемую возрастающим числом соответствующих законов. Существо, которое отправилось бы вдоль Луча Творения от Абсолюта до Луны, с каждой последующей низшей ступенью было бы все более связанным. Что касается нас, жителей Земли, то над нами довлеют в общей сложности 48 порядков законов, — цифра весьма внушительная. Если же речь идет о внешнем человеке, то вдобавок к этим 48 порядкам законов (влиянию которых подчиняется существование Земли) он зависит от законов, свойственных органической жизни на Земле, законов человеческого общества и различных членений, групп и подгрупп этого общества — расовых, кастовых, семейных и т. д. Мы живем в «мрачной пустыне» законов; вот почему, даже если что-то подталкивает нас вперед, мы все равно сталкиваемся с разнообразными препятствиями, которыми полна наша жизнь. Спасение состоит именно в том, чтобы последовательно освобождаться из-под власти многочисленных законов. Их нельзя нарушить или отвергнуть, и все же их можно обойти. Кроме того, один из постулатов эзотерической науки гласит; бороться поодиночке с каждым из связывающих нас законов значит не одолеть ни одного из них и ничего не достигнуть. Чтобы хоть сколько-нибудь в этом преуспеть, потребовалось бы не менее тысячи жизней. Иерархия законов есть не что иное как убывающая иерархия энергии, а именно: чем больше законов нас связывает, тем меньшим количеством энергии мы располагаем. Знать это важно, так как энергия — это свобода.
Всякий раз, когда мы совершаем какой-либо поступок, мы своей волей оказываемся под властью нового комплекса законов, господствующего в той области жизни, где данный поступок был совершен. Мы редко задумываемся над этим фактом, особенно в молодости; так что можно без преувеличения сказать, что первые полжизни мы не задумываясь раздаем векселя направо и налево, а вторые полжизни ломаем голову над тем, как же по ним расплатиться.
Ни одной такой общей идеи трех сил в современной науке не существует, хотя характерные соответствия уже найдены, как, например, в протоне, нейтроне и электроне атомной физики, или в реактансе, реагенте и катализаторе многих химических процессов. Рассматривая три силы с точки зрения физики, нужно сказать, что активная сила имеет более короткую длину волн и более быструю вибрацию; пассивная сила — более длинные волны и медленную вибрацию; а нейтрализующая сила — средние между ними длину волн и вибрацию. Например, октава цвета простирается от голубого (длина волны около 4000 ангстрем) до красного (около 8000). Но как мы знаем, возможности голубого и красного очень ограничены, а все бесконечное богатство цвета, которое мы видим, зависит от наличия промежуточного цвета, желтого, совершенно отличного от них и расположенного в середине между ними(около 5750 ангстрем). Это является основой трехцветного процесса в печатном деле. Раз мы затронули явления цвета, мы можем назвать голубой — активной силой, красный — пассивной силой, а желтый — нейтрализующей силой. Все возможные цвета происходят из соединения этих трех. Тот же пример демонстрирует другой аспект этого закона, а именно, что характеристики трех сил зависят не от явлений, через которые они проявляются, а от их отношения друг к другу.Например, длина волны красного пассивна по отношению к явлениям цвета, но, напротив, активна по отношению к явлениям тепла, которые принадлежат октаве, расположенной ниже: красное тепло сильнее, чем черное тепло. Таким образом, все объекты и энергии, существующие в мире, постоянно изменяют свое место с точки зрения закона трех, действуя как орудия то активной, то пассивной, то нейтрализующей сил.
Жизнь Вселенной организована в строгом и совершенном порядке. Все, что кажется нам хаосом и анархией, выглядит так по причине несовершенства нашего восприятия и наших оценок. Всякое существо и всякое явление имеет точно отведенное ему место в экономии Большой Вселенной. И каждый из нас. зная или не зная об этом, служит достижению совершенно определенной цели. Таковы важнейшие характеристики первого божественного закона — Закона Трех (или закона Творчества).
Изначальная сила Творения, сила нейтрализующая, которая связывает вселенское «Ты» с абсолютным «Я», — это Любовь. Сила Любви пронизывает Вселенную сверху донизу, она не изменяется по своей сути, но на каждой ступени Творения принимает иную форму. Св. Иоанн говорит однозначно: «Бог есть Любовь», но можно сказать и наоборот: «Любовь есть Бог». «Кто не любит, тот не познал Бога» — утверждает апостол там же. Любовь — одна из Ипостасей Божества — проявляется во Вселенной как сила возрождения и вечного обновления.
Длина свободного пробега зависит от давления и температуры. В газах при нормальных условиях.
Если молекулы газа состоят из двух или нескольких атомов, то при столкновении они приобретают вращательное движение.
Таким образом, в газах молекулы совершают преимущественно поступательное и вращательное движение.
1. Вайскопф В. Физика в двадцатом столетии. М.: Атомиздат, 1977.
2. Дж.А.Асанбаева. Решеточная модель ядра и атома. Бишкек: Технология, 2001.
3. Кадыров С. Единая теория поля и вопросы космологии и элементарных частиц. Фрунзе: Илим, 1989.
4. Концепции современного естествознания / Под ред. Л.О. Балашева. М.: Юнити, 2005.
5. Станюкевич К.П. и др. Проблемы теории пространства, времени и материи. М.: Атомиздат, 1968.
Физика. Трение в природе и технике
Трение – это сила, которая противостоит движению объекта. Чтобы остановить движущийся объект, сила должна действовать в направлении, противоположном направлению движения. Например, если толкнуть мяч, лежащий на полу, он будет двигаться. Сила толчка перемещает его на другое место. Постепенно мяч замедляется и перестает двигаться. Сила, которая противостоит движению объекта, называется трением. В природе и в технике существует огромное количество примеров применения этой силы.
Типы трения
Существуют различные типы трения:
- Лезвие конька, движущееся по льду, является примером скольжения. Когда фигурист двигается по катку, нижняя часть коньков касаются пола. Источником трения является контакт между поверхностью лезвия и льдом. Вес объекта и тип поверхности, по которой он перемещается, определяют величину скольжения (трения) между двумя объектами. Тяжелый предмет оказывает большее давление на поверхность, над которой он скользит, поэтому трение скольжения будет больше. Поскольку трение возникает из-за сил притяжения между поверхностями объектов, его количество зависит от материалов этих двух взаимодействующих объектов. Попробуйте кататься на коньках по гладкому озеру, и вам будет намного легче, чем кататься по грубой гравийной дороге!
- Трение покоя (сцепления) – сила, которая возникает между 2 контактирующими телами и препятствует появлению движения. Например, чтобы сдвинуть с места шкаф, забить гвоздь или завязать шнурки, нужно преодолеть силу сцепления. Подобных примеров трения в природе и технике существует масса.
- Когда вы катаетесь на велосипеде, контакт между колесом и дорогой является примером трения качения. Когда объект катится по поверхности, сила, необходимая для преодоления трения качения, намного меньше, чем требуется для преодоления скольжения.
Кинетическое трение
Когда вы толкнули книгу на столе и она переместилась на определенное расстояние, то она испытала трение, воздействующее на движущиеся объекты. Эта сила известна как сила кинетического трения. Она воздействует на одну поверхность другой, когда две поверхности натирают друг друга, потому что движутся одна или обе поверхности. Если вы положите дополнительные книги поверх первой книги, чтобы увеличить нормальную силу, сила кинетического трения будет увеличиваться.
Существует следующая формула: Fтрения= μFn. Сила кинетического трения равна произведению коэффициента кинетического трения и нормальной силы. Существует линейная зависимость между этими двумя силами. Коэффициент кинетического трения связывает силу трения с нормальной силой. Раз это сила, единицей для ее измерения является Ньютон.
Статическое трение
Представьте, что вы пытаетесь подтолкнуть диван по полу. Вы нажимаете на него с небольшой силой, но он не двигается. Статическая сила трения действует в ответ на усилие, с попыткой вызвать движение неподвижного объекта. Если на объект нет такой силы, сила статического трения равна нулю. Если есть сила, пытающаяся вызвать движение, то вторая будет увеличиваться до максимального значения до того, как она будет преодолена, и начнется движение.
Формула для этого вида: Fтрения= μsFn. Статическая сила трения меньше или равна произведению коэффициента статического трения μ (s) и нормальной силы F (n). В примере про диван максимальная сила статического трения уравновешивает силу человека, надавливающего на него, до момента, когда диван начнет двигаться.
Измерение коэффициентов трения
От чего зависит сила трения? В природе и технике материалы, из которых сделаны поверхности, играют определенную роль. Например, представьте, что вы пытаетесь играть в баскетбол, нося носки вместо спортивной обуви. Это может значительно ухудшить ваши шансы на победу. Обувь помогает обеспечить силу, необходимую для торможения и быстрого изменения направлений во время бега по поверхности. Между вашей обувью и баскетбольной площадкой трения больше, чем между вашими носками и полированным деревянным полом.
Различные коэффициенты показывают, как легко один объект может скользить по сравнению с другим. Точные их измерения достаточно чувствительны к условиям поверхностей и определяются экспериментально. Влажные поверхности ведут себя совершенно иначе, чем сухие поверхности.
Физика: сила трения природе и технике
Вы испытываете трение все время, и вы должны быть рады, что это возможно. Именно эта сила помогает сохранять неподвижные объекты на месте, а человеку не падать при ходьбе. Что такое трение? В природе и технике примеры можно встретить на каждом шагу. Вы можете этого не осознавать, но вы уже хорошо знакомы с этой силой. Оно происходит в направлении, противоположном движению, и из-за этого это сила, которая влияет на движение объектов.
Когда вы передвигаете коробку по полу, трение работает против коробки в направлении, противоположном движению коробки. Когда вы идете вниз по горе, трение работает против вашего движения вниз. Когда вы нажимаете на тормоз в машине и двигаетесь еще какое-то время, трение работает против вашего направления скольжения, что помогает в конечном итоге полностью остановить скольжение.
Когда два объекта «втираются» друг в друга, устанавливаются силы притяжения между молекулами объектов, вызывая трение. В природе и технике оно может происходить между практически любыми фазами материи – твердыми веществами, жидкостями и газами. Трение происходит между двумя объектами, такими как коробка и пол, но также может происходить между рыбой и водой, в которой они плавают, и предметами, падающими в воздухе. Трение из-за воздуха имеет особое название: сопротивление воздуха.
Роль трения в природе, технике, жизни
Трение является неотъемлемой частью человеческого опыта. Нам нужна тяга, чтобы ходить, стоять, работать и ездить. В то же время нам нужна энергия, чтобы преодолеть сопротивление движению, поэтому слишком много трения требует избыточной энергии для выполнения работы, что приводит к неэффективности. В 21 веке человечество столкнулось с двойной проблемой нехватки энергии и глобального потепления от сжигания ископаемого топлива. Таким образом, способность контролировать трение стала сегодня главным приоритетом в современном мире.Тем не менее у многих понимание фундаментальной природы трения все еще отсутствует.
Трение в природе и технике (физика) всегда было предметом любопытства. Интенсивное изучение происхождения этой силы началось в 16 веке, после новаторской работы Леонардо да Винчи. Однако прогресс в понимании его природы был медленным, что затруднялось отсутствием инструмента для точного измерения. Гениальные эксперименты, выполненные ученым Кулоном и другими, дали важную информацию, чтобы заложить основу для понимания. Начиная с конца 1800-х и начала 1900-х годов появились паровые двигатели, локомотивы, а затем самолеты. Также освоение космоса требует четкого понимания трения и способности контролировать его.
Значительный прогресс в том, как применять и контролировать трение в природе технике, в быту, был сделан путем проб и ошибок. В начале 21 века появилось новое измерение нано-масштабного трения в связи с использованием нано-технологий. Человеческое понимание атомного и молекулярного трения быстро расширяется. Сегодня энергоэффективность и производство возобновляемых источников энергии требуют непосредственного внимания, в то время как наука стремится к сокращению выбросов углерода. Способность контролировать трение становится важным шагом в поиске устойчивых технологий. Именно оно является показателем энергоэффективности. Если получится уменьшить ненужные потери энергии и увеличить текущую эффективность использования энергии, это даст время для разработки альтернативных источников энергии.
Примеры трения в жизни
Трение – это сила, которая носит резистивный характер. Она препятствует движению другого объекта, применяя некоторую силу. Но откуда генерируются эта сила? Во-первых, стоит начать рассматривать ее с молекулярного уровня. Трение, которое мы наблюдаем в повседневной жизни, может быть вызвано шероховатостью поверхности. Это то, что ученые считали долгое время основной причиной его появления.
Самыми простыми примерами трения в природе и технике являются следующие:
- При ходьбе сила трения, которая воздействует на подошву, дает нам возможность двигаться вперед.
- Прислоненная к стене лестница не падает на пол.
- Люди завязывают шнурки на кроссовках.
- Без силы трения машины не смогли бы ездить не только в гору, но и по ровной дороге.
- В природе оно помогает животным лазать по деревьям.
Подобных пунктов существует множество, есть также случаи, где эта сила, наоборот, может помешать. Например, для уменьшения трения у рыб выделяется специальная смазка, благодаря которой, а также обтекаемой форме тела они могут спокойно передвигаться в воде.
Взаимодействия и силы в природе
Современные достижения физики высоких энергий все больше укрепляют представление, что многообразие свойств Природы обусловлено взаимодействующими элементарными частицами. Дать неформальное определение элементарной частицы, по-видимому, невозможно, поскольку речь идет о самых первичных элементах материи. На качественном уровне можно говорить, что истинно элементарными частицами называются физические объекты, которые не имеют составных частей.
Очевидно, что вопрос об элементарности физических объектов — это в первую очередь вопрос экспериментальный. Например, экспериментально установлено, что молекулы, атомы, атомные ядра имеют внутреннюю структуру, указывающую на наличие составных частей. Поэтому их нельзя считать элементарными частицами. Сравнительно недавно открыто, что такие частицы, как мезоны и барионы, также обладают внутренней структурой и, следовательно, не являются элементарными. В то же время у электрона внутренняя структура никогда не наблюдалась, и, значит, его можно отнести к элементарным частицам. Другим примером элементарной частицы является квант света — фотон.
Современные экспериментальные данные свидетельствуют, что существует только четыре качественно различных вида взаимодействий, в которых участвуют элементарные частицы. Эти взаимодействия называются фундаментальными, то есть самыми основными, исходными, первичными. Если принять во внимание все многообразие свойств окружающего нас Мира, то кажется совершенно удивительным, что в Природе есть только четыре фундаментальных взаимодействия, ответственных за все явления Природы.
Помимо качественных различий, фундаментальные взаимодействия отличаются в количественном отношении по силе воздействия, которая характеризуется термином интенсивность. По мере увеличения интенсивности фундаментальные взаимодействия располагаются в следующем порядке: гравитационное, слабое, электромагнитное и сильное. Каждое из этих взаимодействий характеризуется соответствующим параметром, называемым константой связи, численное значение которого определяет интенсивность взаимодействия.
Каким образом физические объекты осуществляют фундаментальные взаимодействия между собой? На качественном уровне ответ на этот вопрос выглядит следующим образом. Фундаментальные взаимодействия переносятся квантами.
При этом в квантовой области фундаментальным взаимодействиям отвечают соответствующие элементарные частицы, называемые элементарными частицами — переносчиками взаимодействий. В процессе взаимодействия физический объект испускает частицы — переносчики взаимодействия, которые поглощаются другим физическим объектом. Это ведет к тому, что объекты как бы чувствуют друг друга, их энергия, характер движения, состояние изменяются, то есть они испытывают взаимное влияние.
В современной физике высоких энергий все большее значение приобретает идея объединения фундаментальных взаимодействий. Согласно идеям объединения, в Природе существует только одно единое фундаментальное взаимодействие, проявляющее себя в конкретных ситуациях как гравитационное, или как слабое, или как электромагнитное, или как сильное, или как их некоторая комбинация. Успешной реализацией идей объединения послужило создание ставшей уже стандартной объединенной теории электромагнитных и слабых взаимодействий. Идет работа по развитию единой теории электромагнитных, слабых и сильных взаимодействий, получившей название теории великого объединения. Предпринимаются попытки найти принцип объединения всех четырех фундаментальных взаимодействий.
Сила тяжести
Силой тяжести называют равнодействующую двух сил — силы ньютоновского притяжения всей массой Земли и центробежной силы, возникающей вследствие суточного вращения Земли. Отнесенные к единице массы, эти силы характеризуются ускорениями силы тяжести g=F/m, ньютоновского притяжения f=Fн/m и центробежным P=P/m. Ускорение силы тяжести равно геометрической сумме ускорения притяжения и центробежного ускорения. Обычно в гравиметрии, когда говорят «сила тяжести», подразумевают именно ускорение силы тяжести.
Гравитационное взаимодействие
Это взаимодействие носит универсальный характер, в нем участвуют все виды материи, все объекты природы, все элементарные частицы! Общепринятой классической (не квантовой) теорией гравитационного взаимодействия является эйнштейновская общая теория относительности. Гравитация определяет движение планет в звездных системах, играет важную роль в процессах, протекающих в звездах, управляет эволюцией Вселенной, в земных условиях проявляет себя как сила взаимного притяжения. Конечно, мы перечислили только небольшое число примеров из огромного списка эффектов гравитации.
Согласно общей теории относительности, гравитация связана с кривизной пространства-времени и описывается в терминах так называемой римановой геометрии. В настоящее время все экспериментальные и наблюдательные данные о гравитации укладываются в рамки общей теории относительности. Однако данные о сильных гравитационных полях по существу отсутствуют, поэтому экспериментальные аспекты этой теории содержат много вопросов. Такая ситуация порождает появление различных альтернативных теорий гравитации, предсказания которых практически неотличимы от предсказаний общей теории относительности для физических эффектов в Солнечной системе, но ведут к другим следствиям в сильных гравитационных полях.
Если пренебречь всеми релятивистскими эффектами и ограничиться слабыми стационарными гравитационными полями, то общая теория относительности сводится к ньютоновской теории всемирного тяготения. В этом случае, как известно, потенциальная энергия взаимодействия двух точечных частиц с массами m1 и m2 дается соотношением
где r — расстояние между частицами, G — ньютоновская гравитационная постоянная, играющая роль константы гравитационного взаимодействия. Данное соотношение показывает, что потенциальная энергия взаимодействия V(r) отлична от нуля при любом конечном r и спадает к нулю очень медленно. По этой причине говорят, что гравитационное взаимодействие является дальнодействующим.
Из многих физических предсказаний общей теории относительности отметим три. Теоретически установлено, что гравитационные возмущения могут распространяться в пространстве в виде волн, называемых гравитационными.
Распространяющиеся слабые гравитационные возмущения во многом аналогичны электромагнитным волнам. Их скорость равна скорости света, они имеют два состояния поляризации, для них характерны явления интерференции и дифракции. Однако в силу чрезвычайно слабого взаимодействия гравитационных волн с веществом их прямое экспериментальное наблюдение до сих пор не было возможно. Тем не менее данные некоторых астрономических наблюдений по потере энергии в системах двойных звезд свидетельствуют о возможном существовании гравитационных волн в природе.
Теоретическое исследование условий равновесия звезд в рамках общей теории относительности показывает, что при определенных условиях достаточно массивные звезды могут начать катастрофически сжиматься. Это оказывается возможным на достаточно поздних стадиях эволюции звезды, когда внутреннее давление, обусловленное процессами, ответственными за светимость звезды, не в состоянии уравновесить давление сил тяготения, стремящихся сжать звезду. В результате процесс сжатия уже ничем не может быть остановлен. Описанное физическое явление, предсказанное теоретически в рамках общей теории относительности, получило название гравитационного коллапса. Исследования показали, что если радиус звезды становится меньше так называемого гравитационного радиуса
Rg = 2GM / c2,
где M — масса звезды, а c — скорость света, то для внешнего наблюдателя звезда гаснет. Никакая информация о процессах, идущих в этой звезде, не может достичь внешнего наблюдателя. При этом тела, падающие на звезду, свободно пересекают гравитационный радиус. Если в качестве такого тела подразумевается наблюдатель, то ничего, кроме усиления гравитации, он не заметит. Таким образом, возникает область пространства, в которую можно попасть, но из которой ничего не может выйти, включая световой луч. Подобная область пространства называется черной дырой. Существование черных дыр является одним из теоретических предсказаний общей теории относительности, некоторые альтернативные теории гравитации построены именно так, что они запрещают такого типа явления. В связи с этим вопрос о реальности черных дыр имеет исключительно важное значение. В настоящее время имеются наблюдательные данные, свидетельствующие о наличии черных дыр во Вселенной.
В рамках общей теории относительности впервые удалось сформулировать проблему эволюции Вселенной. Тем самым Вселенная в целом становится не предметом спекулятивных рассуждений, а объектом физической науки. Раздел физики, предметом которого является Вселенная в целом, называется космологией. В настоящее время считается твердо установленным, что мы живем в расширяющейся Вселенной.
Современная картина эволюции Вселенной основывается на представлении о том, что Вселенная, включая такие ее атрибуты, как пространство и время, возникла в результате особого физического явления, называемого Большой Взрыв, и с тех пор расширяется. Согласно теории эволюции Вселенной, расстояния между далекими галактиками должны увеличиваться со временем, и вся Вселенная должна быть заполнена тепловым излучением с температурой порядка 3 K. Эти предсказания теории находятся в прекрасном соответствии с данными астрономических наблюдений. При этом оценки показывают, что возраст Вселенной, то есть время, прошедшее с момента Большого Взрыва, составляет порядка 10 млрд лет. Что касается деталей Большого Взрыва, то это явление слабо изучено и можно говорить о загадке Большого Взрыва как о вызове физической науке в целом. Не исключено, что объяснение механизма Большого Взрыва связано с новыми, пока еще неизвестными законами Природы. Общепринятый современный взгляд на возможное решение проблемы Большого Взрыва основывается на идее объединения теории гравитации и квантовой механики.
Слабое взаимодействие
Это взаимодействие является наиболее слабым из фундаментальных взаимодействий, экспериментально наблюдаемых в распадах элементарных частиц, где принципиально существенными являются квантовые эффекты. Напомним, что квантовые проявления гравитационного взаимодействия никогда не наблюдались. Слабое взаимодействие выделяется с помощью следующего правила: если в процессе взаимодействия участвует элементарная частица, называемая нейтрино (или антинейтрино), то данное взаимодействие является слабым.
Слабое взаимодействие гораздо интенсивнее гравитационного.
Слабое взаимодействие в отличие от гравитационного является короткодействующим. Это означает, что слабое взаимодействие между частицами начинает действовать, только если частицы находятся достаточно близко друг к другу. Если же расстояние между частицами превосходит некоторую величину, называемую характерным радиусом взаимодействия, слабое взаимодействие не проявляет себя. Экспериментально установлено, что характерный радиус слабого взаимодействия порядка 10-15 см, то есть слабое взаимодействие, сосредоточен на расстояниях меньше размеров атомного ядра.
Почему можно говорить о слабом взаимодействии как о независимом виде фундаментальных взаимодействий? Ответ прост. Установлено, что есть процессы превращений элементарных частиц, которые не сводятся к гравитационным, электромагнитным и сильным взаимодействиям. Хороший пример, показывающий, что существуют три качественно различных взаимодействия в ядерных явлениях, связан с радиоактивностью. Эксперименты указывают на наличие трех различных видов радиоактивности: a-,b и g-радиоактивных распадов. При этом a-распад обусловлен сильным взаимодействием, g-распад — электромагнитным. Оставшийся b-распад не может быть объяснен электромагнитным и сильным взаимодействиями, и мы вынуждены принять, что есть еще одно фундаментальное взаимодействие, названное слабым. В общем случае необходимость введения слабого взаимодействия обусловлена тем, что в природе происходят процессы, в которых электромагнитные и сильные распады запрещены законами сохранения.
Хотя слабое взаимодействие существенно сосредоточено внутри ядра, оно имеет определенные макроскопические проявления. Как мы уже отмечали, оно связано с процессом b-радиоактивности. Кроме того, слабое взаимодействие играет важную роль в так называемых термоядерных реакциях, ответственных за механизм энерговыделения в звездах.
Удивительнейшим свойством слабого взаимодействия является существование процессов, в которых проявляется зеркальная асимметрия. На первый взгляд кажется очевидным, что разница между понятиями левое и правое условна. Действительно, процессы гравитационного, электромагнитного и сильного взаимодействия инвариантны относительно пространственной инверсии, осуществляющей зеркальное отражение. Говорят, что в таких процессах сохраняется пространственная четность P. Однако экспериментально установлено, что слабые процессы могут протекать с несохранением пространственной четности и, следовательно, как бы чувствуют разницу между левым и правым. В настоящее время имеются твердые экспериментальные доказательства, что несохранение четности в слабых взаимодействиях носит универсальный характер, оно проявляет себя не только в распадах элементарных частиц, но и в ядерных и даже атомных явлениях. Следует признать, что зеркальная асимметрия представляет собой свойство Природы на самом фундаментальном уровне.
В электромагнитном взаимодействии участвуют все заряженные тела, все заряженные элементарные частицы. В этом смысле оно достаточно универсально. Классической теорией электромагнитного взаимодействия является максвелловская электродинамика. В качестве константы связи принимается заряд электрона e.
Если рассмотреть два покоящихся точечных заряда q1 и q2 , то их электромагнитное взаимодействие сведется к известной электростатической силе. Это означает, что взаимодействие является дальнодействующим и медленно спадает с ростом расстояния между зарядами. Заряженная частица испускает фотон, в силу чего состояние ее движения изменяется. Другая частица поглощает этот фотон и также изменяет состояние своего движения. В результате частицы как бы чувствуют наличие друг друга. Хорошо известно, что электрический заряд является размерной величиной. Удобно ввести безразмерную константу связи электромагнитного взаимодействия. Для этого надо использовать фундаментальные постоянные и c. В результате приходим к следующей безразмерной константе связи, называемой в атомной физике постоянной тонкой структуры
Легко заметить, что данная константа значительно превышает константы гравитационного и слабого взаимодействий.
—> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ
Ответы@Mail.Ru: Нужно сообщение по физике на тему: Силы в природе
С? ИЛА, в механике — мера механического действия на данное материальное тело со стороны других тел. Это действие вызывает изменение скоростей точек тела или его деформацию и может иметь место как при непосредственном контакте (давлении прижатых друг к другу тел) , так и через посредство создаваемых телами полей (поле тяготения, электромагнитное поле) . Сила — величина векторная и в каждый момент времени характеризуется численным значением, направлением в пространстве и точкой приложения. СИЛА ЗВ? УКА (от лат. intensio — напряжение, усиление) , средняя по времени энергия, которую звуковая волна переносит в единицу времени через единицу площади поверхности, расположенной перпендикулярно к направлению распространения волны. Интенсивность звука пропорциональна квадрату амплитуды звукового давления. С? ИЛА ИН? ЕРЦИИ, векторная величина, численно равная произведению массы m материальной точки на модуль ее ускорения w и направленная противоположно ускорению. С? ИЛА СВ? ЕТА, световой поток, распространяющийся внутри телесного угла, равного 1 стерадиану. Единица измерения в системе СИ — кандела (кд) . С? ИЛА Т? ОКА, количественная характеристика электрического тока. Силой тока называют физическую величину, равную количеству электричества, проходящему через сечение проводника за единицу времени. С? ИЛА Т? ЯЖЕСТИ, сила P, действующая на любую материальную точку, находящуюся вблизи земной поверхности, и определяемая как геометрическая сумма силы притяжения Земли F и центробежной силы инерции Q, учитывающей эффект суточного вращения Земли. Направление силы тяжести — вертикаль в данной точке земной поверхности. Аналогично сила тяжести определяется на любом небесном теле.
Всего 4 типа взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, сильное, слабое