ოთხი ტიპის ძალები. ძალები ბუნებაში. გრავიტაციული ძალები - ცოდნის ჰიპერმარკეტი

იმის გასაგებად, ღირს თუ არა გააგრძელოთ მოკლე ჩანახატების წერა, რომლებიც სიტყვასიტყვით ხსნიან სხვადასხვა ფიზიკურ მოვლენებსა და პროცესებს. შედეგმა გააქარწყლა ჩემი ეჭვები. გავაგრძელებ. მაგრამ იმისათვის, რომ მიუახლოვდეთ საკმაოდ რთულ ფენომენებს, მოგიწევთ პოსტების ცალკეული თანმიმდევრული სერიის გაკეთება. ასე რომ, მზის და სხვა ტიპის ვარსკვლავების სტრუქტურისა და ევოლუციის შესახებ ამბავამდე მისასვლელად, თქვენ უნდა დაიწყოთ ელემენტარულ ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების ტიპების აღწერით. დავიწყოთ ამით. არანაირი ფორმულები.
საერთო ჯამში, ფიზიკაში ცნობილია ურთიერთქმედების ოთხი ტიპი. ყველა კარგად არის ცნობილი გრავიტაციულიდა ელექტრომაგნიტური. და თითქმის უცნობი ფართო საზოგადოებისთვის ძლიერიდა სუსტი. მოდით აღწეროთ ისინი თანმიმდევრობით.
გრავიტაციული ურთიერთქმედება . ხალხი მას უძველესი დროიდან იცნობდა. რადგან ის მუდმივად იმყოფება დედამიწის გრავიტაციულ ველში. სკოლის ფიზიკიდან კი ვიცით, რომ სხეულებს შორის გრავიტაციული ურთიერთქმედების ძალა პროპორციულია მათი მასების ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა. გრავიტაციული ძალის გავლენით მთვარე ბრუნავს დედამიწის, დედამიწისა და სხვა პლანეტების გარშემო მზის გარშემო, ეს უკანასკნელი კი სხვა ვარსკვლავებთან ერთად ჩვენი გალაქტიკის ცენტრის გარშემო.
გრავიტაციული ურთიერთქმედების სიძლიერის საკმაოდ ნელი კლება მანძილთან (მანძილის კვადრატის უკუპროპორციული) აიძულებს ფიზიკოსებს ისაუბრონ ამ ურთიერთქმედების შესახებ, როგორც გრძელვადიანი. გარდა ამისა, სხეულებს შორის მოქმედი გრავიტაციული ურთიერთქმედების ძალები მხოლოდ მიზიდულობის ძალებია.
ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება . ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების უმარტივეს შემთხვევაში, როგორც სკოლის ფიზიკიდან ვიცით, ელექტრულად დამუხტულ ნაწილაკებს შორის მიზიდულობის ან მოგერიების ძალა პროპორციულია მათი ელექტრული მუხტების ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა. რაც ძალიან ჰგავს გრავიტაციული ურთიერთქმედების კანონს. ერთადერთი განსხვავება ისაა, რომ ერთი და იგივე ნიშნების მქონე ელექტრული მუხტები მოგერიდებათ, ხოლო სხვადასხვა ნიშნის მქონეები იზიდავენ. მაშასადამე, ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებას, გრავიტაციული ურთიერთქმედების მსგავსად, ფიზიკოსები უწოდებენ გრძელვადიანი.
ამავდროულად, ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება უფრო რთულია, ვიდრე გრავიტაციული ურთიერთქმედება. სკოლის ფიზიკიდან ვიცით, რომ ელექტრული ველი იქმნება ელექტრული მუხტებით, მაგნიტური მუხტები ბუნებაში არ არსებობს, მაგნიტური ველი კი ელექტრული დენებისაგან.
ფაქტობრივად, ელექტრული ველი ასევე შეიძლება შეიქმნას დროში ცვალებადი მაგნიტური ველით, ხოლო მაგნიტური ველი დროში ცვალებადი ელექტრული ველით. ეს უკანასკნელი გარემოება იძლევა ელექტრომაგნიტური ველის არსებობას ელექტრო მუხტებისა და დენების გარეშე. და ეს შესაძლებლობა რეალიზებულია ელექტრომაგნიტური ტალღების სახით. მაგალითად, რადიოტალღები და სინათლის კვანტები.
იმის გამო, რომ ელექტრული და გრავიტაციული ძალები თანაბრად არის დამოკიდებული მანძილზე, ბუნებრივია მათი ინტენსივობის შედარება. ამრიგად, ორი პროტონისთვის, გრავიტაციული მიზიდულობის ძალები აღმოჩნდება 10-დან 36-ე ხარისხამდე ჯერ (მილიარდ მილიარდი მილიარდი მილიარდჯერ) უფრო სუსტი, ვიდრე ელექტროსტატიკური მოგერიების ძალები. ამრიგად, მიკროსამყაროს ფიზიკაში გრავიტაციული ურთიერთქმედება შეიძლება საკმაოდ გონივრულად იყოს უგულებელყოფილი.
ძლიერი ურთიერთქმედება . ეს - მოკლე დიაპაზონიძალა. იმ გაგებით, რომ ისინი მოქმედებენ მხოლოდ ერთი ფემტომეტრის მანძილზე (მილიმეტრის ერთი ტრილიონედი), ხოლო დიდ მანძილზე მათი გავლენა პრაქტიკულად არ იგრძნობა. უფრო მეტიც, ერთი ფემტომეტრის რიგის მანძილზე, ძლიერი ურთიერთქმედება დაახლოებით ასჯერ უფრო ინტენსიურია, ვიდრე ელექტრომაგნიტური.
ამიტომაა, რომ ატომის ბირთვში თანაბრად დატვირთული პროტონები ერთმანეთისგან არ მოიგერიეს ელექტროსტატიკური ძალებით, არამედ იკავებენ ერთმანეთს ძლიერი ურთიერთქმედებით. რადგან პროტონისა და ნეიტრონის ზომები დაახლოებით ერთი ფემტომეტრია.
სუსტი ურთიერთქმედება . მართლა ძალიან სუსტია. ჯერ ერთი, ის მუშაობს ერთ ფემტომეტრზე ათასჯერ მცირე მანძილზე. და დიდ დისტანციებზე ეს პრაქტიკულად არ იგრძნობა. ამიტომ, ძლიერის მსგავსად, ის კლასს ეკუთვნის მოკლე დიაპაზონი. მეორეც, მისი ინტენსივობა დაახლოებით ას მილიარდჯერ ნაკლებია ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ინტენსივობაზე. სუსტი ძალა პასუხისმგებელია ელემენტარული ნაწილაკების ზოგიერთ დაშლაზე. თავისუფალი ნეიტრონების ჩათვლით.
არსებობს მხოლოდ ერთი ტიპის ნაწილაკი, რომელიც ურთიერთქმედებს მატერიასთან მხოლოდ სუსტი ურთიერთქმედებით. ეს არის ნეიტრინო. თითქმის ასი მილიარდი მზის ნეიტრინო გადის ჩვენი კანის ყოველ კვადრატულ სანტიმეტრზე ყოველ წამში. და ჩვენ მათ საერთოდ არ ვამჩნევთ. იმ გაგებით, რომ ჩვენი სიცოცხლის განმავლობაში, ნაკლებად სავარაუდოა, რომ რამდენიმე ნეიტრინო ურთიერთქმედებს ჩვენი სხეულის მატერიასთან.
ჩვენ არ ვისაუბრებთ თეორიებზე, რომლებიც აღწერს ყველა ამ ტიპის ურთიერთქმედებას. ჩვენთვის მნიშვნელოვანია სამყაროს მაღალი ხარისხის სურათი და არა თეორეტიკოსების სიამოვნება.

სამყაროში არსებობს ოთხი ტიპის ძალები, რომლებიც განსაზღვრავენ ობიექტებს შორის ურთიერთქმედების ბუნებას. ორი მათგანი ცნობილია როგორც გრავიტაციულიდა ელექტრომაგნიტური. ძალა იწვევს ცვლილებებს კონკრეტულ სისტემაში. გრავიტაციული ძალები სივრცეში იკავებენ, მაგალითად, პლანეტებს მათ ორბიტაზე და აგროვებენ კოსმოსურ მტვერს ერთად, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ვარსკვლავები. ნიუტონის მოძრაობის კანონები განსაზღვრავს სხეულზე მიმართულ ძალას, როგორც ამ სხეულის მასისა და მის მიერ მიღებული აჩქარების ნამრავლს. ელექტრომაგნიტურ ძალებს, რომლებიც მოქმედებენ ატომებში და მათ შორის, უფრო დიდი გავლენა აქვთ ვიდრე გრავიტაციული ძალები (ურთიერთმიზიდულობა). საპირისპიროდ დამუხტულ პროტონებსა და ელექტრონებს შორის მოქმედი ელექტრული ძალები ხელს უშლის ატომებისა და მოლეკულების დაშლას. იგივე ელექტრული ძალები უზრუნველყოფს თანმიმდევრულობას მყარ და თხევად მასალებს შორის. სამყაროში კიდევ ორი ​​ტიპის ძალები ეწოდება ძლიერიდა სუსტი ურთიერთქმედება. ისინი მოქმედებენ მხოლოდ ატომის ბირთვებში და არ ახდენენ გავლენას მთლიან სამყაროზე.

ფიზიკაში, თავის მხრივ, არსებობს ე.წ სტანდარტული მოდელი - ეს არის თეორიული იდეები (განტოლებათა ნაკრები) სამყაროში არსებული ობიექტების ურთიერთქმედების ოთხი ტიპის ფუნდამენტური ძალების შესახებ. ამ ოთხი ურთიერთქმედებიდან ორი არის - ძლიერიდა სუსტი- ჩნდება მხოლოდ ატომის ბირთვებში. მესამე არის ელექტრომაგნიტურიურთიერთქმედება და მეოთხე - გრავიტაციული.

ერთად აღებული, ეს თეორიული ცნებები შესაძლებელს ხდის ნებისმიერი ცნობილი ფუნდამენტური ურთიერთქმედების შედეგის პროგნოზირებას. სუსტი ძალა აკონტროლებს რადიოაქტიურ დაშლას. ძლიერი ურთიერთქმედება ერთმანეთთან აკავშირებს პროტონებიდა ნეიტრონები(ასევე ე.წ ნუკლეონები)ბირთვებში ატომები,და ასევე აკავშირებს ელემენტარულ ნაწილაკებს ე.წ კვარკები,თითო ნუკლეონზე. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება ჩართულია სინათლის და სხვა სახის ელექტრომაგნიტური წარმოქმნაში რადიაცია.ის ასევე აკავშირებს ატომებს მოლეკულებში, აყალიბებს ჩვენთვის ცნობილ ყველა ნივთიერებას. გრავიტაციული ურთიერთქმედების წყალობით, პლანეტები მოთავსებულია ვარსკვლავთან, რომელიც ბრუნავს მათთან ერთად თანამგზავრებივარსკვლავების გარშემო და თავად ვარსკვლავები მოძრაობენ თავიანთ ორბიტაში გალაქტიკები.

2. ძლიერი ურთიერთქმედება

ძლიერი ურთიერთქმედება ინახავს პროტონებს და ნეიტრონებს ატომის შიგნით. თითოეული ატომი შედგება ცენტრალური დადებითად დამუხტული ბირთვისგან, რომელიც შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან და იკავებს ატომის მოცულობის მხოლოდ მცირე ნაწილს, მაგრამ შეიცავს მისი მასის უმეტეს ნაწილს, და გაცილებით მსუბუქი უარყოფითად დამუხტული ელექტრონების მიმდებარე ღრუბელს. ატომში ელექტრონების რაოდენობა უდრის ბირთვში დამუხტული ნაწილაკების - პროტონების რაოდენობას და განსაზღვრავს, თუ როგორ დაუკავშირდება მოცემული ატომი მოლეკულაში სხვა ატომებთან. პროტონები არის ელემენტარული ნაწილაკების სამი ტიპიდან ერთ-ერთი, რომლებიც ქმნიან ატომს. ბირთვის ელექტრულად ნეიტრალური ნაწილაკები (ნეიტრონები) განსაზღვრავენ მის მასას, მაგრამ არ ახდენენ გავლენას ელექტრონების რაოდენობაზე და, შესაბამისად, თითქმის არ ახდენენ გავლენას მოცემული ატომის სხვებთან კავშირზე.

ატომის ქიმიური თვისებები განისაზღვრება მის ბირთვში არსებული პროტონების რაოდენობით და ბირთვის გარშემო მოძრავი ელექტრონების შესაბამისი რაოდენობით. ატომის თითქმის მთელი მასა კონცენტრირებულია ბირთვში. პროტონისა და ნეიტრონის ინდივიდუალური მასა დაახლოებით 1800-ჯერ აღემატება ელექტრონის მასას.

თუმცა, როდესაც ფიზიკოსებმა ღრმად ჩასწვდნენ ატომის შინაგან მუშაობას, აღმოაჩინეს, რომ ნეიტრონი და პროტონი, თავის მხრივ, აგებულია კვარკები, თითოეული მათგანი სამ კვარკს შეადგენს. თანამედროვე ფიზიკაში მთავარი კითხვა არის თუ არა კვარკები აგებული კიდევ უფრო პატარა ნაწილაკებისგან.

ძლიერი ურთიერთქმედება , არის ყველაზე ძლიერი ელემენტარული ნაწილაკების ფუნდამენტური ურთიერთქმედება. ძლიერი ურთიერთქმედება მოიცავს ჰადრონები. (ჰადრონები ე.ი. კვარკები, ძლიერ ურთიერთქმედებაში მონაწილე ელემენტარული ნაწილაკები (ბარიონები და მეზონები, ყველა რეზონანსის ჩათვლით).

ძლიერი ურთიერთქმედება დაახლოებით 100-ჯერ აღემატება ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებას, მისი მოქმედების დიაპაზონი არის დაახლოებით 10-13 სმ. ძლიერი ურთიერთქმედების განსაკუთრებული შემთხვევაა ბირთვული ძალები. ძლიერი ურთიერთქმედების თანამედროვე თეორია არის კვანტური ქრომოდინამიკა.

კვანტური ქრომოდინამიკა არის კვანტური ველის თეორია კვარკებისა და გლუონების ძლიერი ურთიერთქმედების შესახებ, რომელიც ხორციელდება მათ - გლუონებს შორის გაცვლის გზით. (გლუონები არის ჰიპოთეტური ელექტრულად ნეიტრალური ნაწილაკები ნულოვანი მასით და 1 სპინით, რომლებიც ურთიერთქმედებენ კვარკებს შორის. კვარკების მსგავსად, გლუონებს აქვთ „ფერის“ კვანტური მახასიათებელი).

ფოტონებისაგან განსხვავებით, გლუონები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან, რაც იწვევს, კერძოდ, კვარკებსა და გლუონებს შორის ურთიერთქმედების სიძლიერის ზრდას, როდესაც ისინი შორდებიან ერთმანეთს. ვარაუდობენ, რომ სწორედ ეს თვისება განსაზღვრავს ბირთვული ძალების მოკლე დისტანციურ მოქმედებას და ბუნებაში თავისუფალი კვარკებისა და გლუონების არარსებობას.

3. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება

ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება, ფუნდამენტური ურთიერთქმედება, რომელიც მოიცავს ნაწილაკებს, რომლებსაც აქვთ ელექტრული მუხტი (ან მაგნიტური მომენტი). დამუხტულ ნაწილაკებს შორის ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების მატარებელია ელექტრომაგნიტური ველი, ანუ ველის კვანტები – ფოტონები. „სიძლიერის“ თვალსაზრისით, ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება შუალედურ პოზიციას იკავებს ძლიერ და სუსტ ურთიერთქმედებებს შორის და არის გრძელვადიანი. ის განსაზღვრავს ბირთვებსა და ელექტრონებს შორის ურთიერთქმედებას ატომებსა და მოლეკულებში, ამიტომ მაკროსკოპულ ფენომენებში გამოვლენილი ძალების უმეტესი ნაწილი მცირდება ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებამდე: ელასტიური ძალები, ხახუნი, ქიმიური ბმები და ა.შ. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება ასევე იწვევს ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოსხივებას და არის მონაწილეობს სინათლისა და სხვა სახის ელექტრომაგნიტური წარმოქმნაში რადიაცია.

ის ასევე აკავშირებს ატომებს მოლეკულებში, აყალიბებს ჩვენთვის ცნობილ ყველა ნივთიერებას.

1647 წელს,ფრანგი ფიზიკოსი და ფილოსოფოსი პიერ გასენდი ვარაუდობს, რომ ატომები თავდაპირველად გაერთიანებულია სპეციალურ ჯგუფებად, რომლებსაც მან უწოდა მოლეკულები. ლათ. moles - "მასა", დამამცირებელი სუფიქსით cula).

მაშინვე გაჩნდა კითხვა: როგორ იქმნება კავშირი ატომებს შორის მოლეკულებში? იდეა, რომ ატომები დაკავშირებულია კაკვების საშუალებით, საბოლოოდ შეწყდა ქიმიკოსების დაკმაყოფილება, რადგან ცხადი გახდა, რომ რთული ქიმიური გარდაქმნები არ აიხსნება პრიმიტიული მექანიკური ურთიერთქმედებით.

მე-19 საუკუნის დასაწყისში. შვედმა ქიმიკოსმა იენს-იაკობ ბერცელიუსმა შემოგვთავაზა ნათესაობის ელექტროქიმიური თეორია. მას სჯეროდა, რომ ატომები ერთმანეთს იზიდავს თითოეულ მათგანში ორი საპირისპირო ელექტრული მუხტის არსებობის გამო, რომლებიც მდებარეობს ერთმანეთისგან გარკვეულ მანძილზე.

იდეა, რომ მოლეკულაში ატომების დამჭერი ძალები ელექტრული ხასიათისაა, სწორი აღმოჩნდა, მაგრამ პირველი ნაბიჯები ქიმიური ბმის ბუნების გასაგებად გადადგა მხოლოდ ელექტრონის აღმოჩენისა და ელექტრონული თეორიის განვითარების შემდეგ. ატომური სტრუქტურა.

1907 წელს რუსმა ქიმიკოსმა ნიკოლაი ალექსანდროვიჩ მოროზოვმა თქვა, რომ ატომებს შორის ქიმიური კავშირი შეიძლება წარმოიქმნას ელექტრონული წყვილების წარმოქმნით. ეს დაადასტურა 1916 წელს ამერიკელმა ფიზიკოსმა გილბერტ-ნიუტონ ლუისმა. ლუისის გამოთვლებით, აღმოჩნდა, რომ მოლეკულა ენერგიულად ყველაზე სტაბილური იქნება, თუ მისი თითოეული ატომის გარშემო რვა ელექტრონიანი გარსი („ელექტრონის ოქტეტი“) ჩამოყალიბდება. ტყუილად არ არის, რომ ქიმიურად ინერტულ კეთილშობილ გაზებს აქვთ გარე ელექტრონების სწორედ ასეთი ნაკრები. ქიმიურ ბმას, ლუისის მიხედვით, წარმოქმნის ერთი, ორი, სამი წყვილი ელექტრონები, რომლებიც მიეკუთვნებიან ორი მეზობელი ატომის რვაეულებს.

ლუისის იდეები გასაგები და მოსახერხებელია, მაგრამ არ იძლევა ცოდნას იმ ძალების წარმოშობის შესახებ, რომლებიც იწვევენ ნეიტრალური ატომების მიზიდვას და მოლეკულების წარმოქმნას.

1927 წელს თეორიულმა ფიზიკოსებმა წყალბადის მოლეკულის წარმოქმნა ამ გზით ახსნეს. ამ ელემენტის თითოეულ ატომს აქვს ერთი ელექტრონი, რომელიც იკავებს სფერულ ls-ატომურ ორბიტალს და იზიდავს დადებითად დამუხტულ ბირთვს. თუ შესაძლებელია წყალბადის ორი ატომის ერთმანეთთან დაახლოება, მაშინ თითოეული ელექტრონი დაიწყებს მიზიდვას ორ ბირთვთან ან (რაც იგივეა) ორივე ბირთვი მიიზიდავს ელექტრონებს.

ამ შემთხვევაში დამყარებულია ბალანსი მიზიდულობისა და მოგერიების ძალებს შორის (პროტონ-პროტონი და ელექტრონ-ელექტრონი) და იქმნება სტაბილური დიატომიური წყალბადის მოლეკულა.

ატომების გაფანტვის თავიდან ასაცილებლად, ელექტრონებმა უნდა გაატარონ რაც შეიძლება მეტი დრო ბირთვებს შორის. როგორ მივაღწიოთ ამას?

ატომური ორბიტალები ატომების ურთიერთქმედების დროს ნაწილობრივ გადაფარავს და შეაღწევს ერთმანეთს. ელექტრონული "ღრუბლების" შეღწევის არეალში წარმოიქმნება დამატებითი ელექტრული მუხტი.

ნაწილობრივი გადახურვის რეგიონი დამოუკიდებელი ორბიტალივით იქცევა და აქ მოქმედებს იგივე წესები, რაც ატომური ორბიტალების შევსებისას, პაულის პრინციპის ჩათვლით. ამ პრინციპის მიხედვით, წყალბადის მოლეკულაში ორ ელექტრონს უნდა ჰქონდეს განსხვავებული სპინები (სპინი არის ელექტრონის საკუთარი მაგნიტური მომენტი) - ისინი მითითებულია საპირისპირო ისრებით: ↓.

პაულის პრინციპი განმარტავს, თუ რატომ შეუძლებელია ჰელიუმის დიატომური მოლეკულის წარმოქმნა. იმისათვის, რომ ასეთი He 2 მოლეკულა იყოს სტაბილური, უნდა იყოს ოთხი ელექტრონი გადახურვის რეგიონში. თუმცა, არსებობს სპინის მხოლოდ ორი მიმართულება, რაც ნიშნავს, რომ ბირთვებს შორის შეიძლება იყოს მხოლოდ ორი ელექტრონი. დარჩენილი ელექტრონები ბირთვებს „გააშორებენ“ და ატომები ერთმანეთს დაშორდებიან. მოლეკულა არ არის ჩამოყალიბებული. არა მხოლოდ s-ორბიტალებს, არამედ სხვა ორბიტალებსაც შეუძლიათ მონაწილეობა მიიღონ გადახურვაში. თუმცა, ატომების ელექტრონული ღრუბლები ერთმანეთს ეფარება და შეაღწევენ მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ მათ აქვთ მსგავსი ენერგიები და ერთნაირი სიმეტრია. მაგალითად, აქ არის ფტორი F, რომლის ატომს აქვს ელექტრონული ფორმულა [He] 2s22pK ფტორის თითოეულ ატომს აქვს შვიდი ვალენტური ელექტრონი - ასე ჰქვია გარე ელექტრონებს, რომლებსაც შეუძლიათ შექმნან ქიმიური ბმა. |

ატომური ორბიტალები, რომლებიც დაკავებულია ელექტრონების წყვილით, თუნდაც ვალენტური, არ ემთხვევა იმავე მიზეზით, როგორც ჰელიუმის ატომების ორბიტალებს. ამასთან, ფტორის თითოეულ ატომს აქვს ერთი ორბიტალი ერთი (დაუწყვილებელი) ელექტრონით - ეს ორბიტალები შეაღწევენ ერთმანეთში (გადახურვა). გადახურვის რეგიონში იქნება ორი ელექტრონი ფტორის ორი ატომიდან, რომელიც მათ მოლეკულაში დააკავშირებს.

სხვადასხვა ორბიტალებს ასევე შეუძლიათ გადახურვა. ასე იქმნება ბმა წყალბადის ფტორიდის მოლეკულაში HF. ფაქტია, რომ წყალბადის ატომის s-ორბიტალი და გვ- ფტორის ატომის ორბიტალს აქვს სხვადასხვა ფორმა, მაგრამ ერთი და იგივე სიმეტრია: ატომების ბირთვების დამაკავშირებელი ღერძის გარშემო ბრუნვისას ისინი ემთხვევა საკუთარ თავს. ორივე ატომიდან ერთი ელექტრონი მდებარეობს იმ რეგიონში, სადაც ეს ორბიტალები გადახურულია. ასე რომ, ელექტრონების წყვილი აერთიანებს წყალბადისა და ფტორის ატომებს: მიიღება HF მოლეკულა.

სფერულისთვის ს-ორბიტალების გადახურვის მხოლოდ ერთი შესაძლებლობაა, მაგრამ გვ-ორბიტალები შეიძლება გადაფარონ სხვადასხვა გზით. ერთ-ერთი მათგანი ნაჩვენებია ფტორის მოლეკულის მაგალითის გამოყენებით. ასეთი გადახურვით ე.წ σ ბმა. მაგრამ არსებობს კიდევ ერთი შესაძლებლობა - გადახურვა ელექტრონული ღრუბლის გვერდით რეგიონებთან. ამ შემთხვევაში ის ყალიბდება π ბმა, რომელიც გაცილებით სუსტია, ვიდრე σ ბმა და შეიძლება წარმოიშვას მხოლოდ მის დამატებით. ამისათვის ორ ატომს უნდა ჰქონდეს გვ-ორბიტალები, რომლებსაც შეუძლიათ მონაწილეობა მიიღონ გადახურვაში. ჟანგბადის ატომებს აქვთ ეს შესაძლებლობა. ჟანგბადის ატომის ელექტრონული ფორმულა არის [He] 2s 2 2p 4 და აქ არის ექვსი ვალენტური ელექტრონი. ჟანგბადის ატომი ერთზეა გვ-ორბიტალს ორი ელექტრონი აქვს, დანარჩენ ორს კი თითო. სწორედ ეს ატომური ორბიტალები ერთჯერადი (დაწყვილებული) ელექტრონებით მონაწილეობენ გადახურვაში.

ორი გვ-ორი ჟანგბადის ატომის ორბიტალი, რომელიც მდებარეობს მათი ბირთვების დამაკავშირებელი ხაზის გასწვრივ, გადახურულია და ქმნიან σ კავშირს. ა გვ-ორბიტალები ამ ხაზის პერპენდიკულარული ქმნიან დამატებით π ბმას. ბმა ორმაგი ხდება და მის ფორმირებაში მონაწილეობს ორი წყვილი ელექტრონი. თითქოს ჟანგბადის ატომებმა ორი ხელი გაუწოდა ერთმანეთს.

აზოტის ატომი N (მისი ელექტრონული ფორმულა არის [He] 2s 2 2p 2) შვიდი ელექტრონიდან არის ვალენტური, რომელთაგან ხუთი განლაგებულია ცალკე სამზე. გვ-ორბიტალები. როდესაც ორი აზოტის ატომის ელექტრონული ღრუბლები ერთმანეთს ემთხვევა, წარმოიქმნება ერთი σ და ორი π ბმა. ეს უკვე სამმაგი კავშირია. ის უკიდურესად გამძლეა და ცხადი ხდება, რატომ შედიან N2 აზოტის მოლეკულები ქიმიურ რეაქციებში ასეთი სირთულით. ზოგადად, რამდენიმე ორბიტალის ქონა დაუწყვილებელი ელექტრონებით მოსახერხებელია - შეგიძლიათ შექმნათ რამდენიმე ბმა სხვა ატომებთან. იმის ნაცვლად, რომ გამოიყენოს ორი ბმა ერთმანეთთან შერწყმისთვის O2 მოლეკულაში, ჟანგბადის ატომს შეუძლია წყალბადის ორი ატომის მიმაგრება - შედეგი არის წყლის მოლეკულა H2O.

ქიმიური ბმის წარმოქმნის მექანიზმს, რომელშიც თითოეული ატომიდან ერთი ელექტრონი გამოიყენება, გაცვლა ეწოდება. აქ ყველა ატომი თითქოს ცვლის ელექტრონებს.

მაგალითად, თუ ორი ადამიანი გაცვლის ვაშლს, თითოეულს კვლავ ექნება ერთი ვაშლი, ხოლო თუ ისინი გაცვლიან იდეებს, თითოეულს ექნება ორი. რა მოხდება, თუ ერთი მათგანი დიდი გამომგონებელია და მას უკვე აქვს ორი იდეა, მაგრამ მის პარტნიორს არა აქვს? ისე, კომუნიკაციის დროს შედეგი იგივე იქნება - ყველას აქვს ორი იდეა, რომელიც გახდება საერთო. ასე რომ, ელექტრონების წყვილი გადახურვის რეგიონში ასევე შეიძლება გამოჩნდეს, როდესაც ორი ორბიტალი გადაფარავს - ცარიელი და ერთი ორი ელექტრონით. ეს არის დონორ-მიმღები მექანიზმი ქიმიური ბმის ფორმირებისთვის: დონორი ატომი თავისუფლად გასცემს, ხოლო მიმღები ატომი იღებს ორ დაწყვილებულ ელექტრონს.

ამრიგად, ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების საფუძველზე ახსნილია არა მხოლოდ ელექტრული და მაგნიტური მოვლენები, არამედ ოპტიკური, თერმული და ქიმიური.

4. სუსტი ურთიერთქმედება

სუსტი ურთიერთქმედება არის ერთ-ერთი ფუნდამენტური ურთიერთქმედება, რომელშიც მონაწილეობს ყველა ელემენტარული ნაწილაკი (გარდა ფოტონისა). სუსტი ურთიერთქმედება გაცილებით სუსტია, ვიდრე არა მხოლოდ ძლიერი ურთიერთქმედება, არამედ ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებაც, მაგრამ განუზომლად უფრო ძლიერი ვიდრე გრავიტაციული ურთიერთქმედება. სუსტი ურთიერთქმედების მოქმედების მოსალოდნელი რადიუსი არის დაახლოებით 2·10-16 სმ. სუსტი ურთიერთქმედება განსაზღვრავს ელემენტარული ნაწილაკების დაშლას, ნეიტრინოების ურთიერთქმედებას მატერიასთან და ა.შ. სუსტი ურთიერთქმედება ხასიათდება პარიტეტის დარღვევით, უცნაურობით. , „ხიბლი“ და ა.შ. კონ. 60-იანი წლები შეიქმნა სუსტი და ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ერთიანი თეორია (ე.წ. ელექტროსუსტი ურთიერთქმედება).

პარიტეტიკვანტური რიცხვი, რომელიც ახასიათებს ფიზიკური სისტემის ან ელემენტარული ნაწილაკის ტალღური ფუნქციის სიმეტრიას ზოგიერთი დისკრეტული გარდაქმნების დროს: თუ ასეთი ტრანსფორმაციის დროს y არ იცვლის ნიშანს, მაშინ პარიტეტი დადებითია, თუ ის იცვლება, მაშინ პარიტეტი არის უარყოფითი. აბსოლუტურად ნეიტრალური ნაწილაკებისთვის (ან სისტემებისთვის), რომლებიც იდენტურია მათი ანტინაწილაკებისთვის, სივრცითი პარიტეტის გარდა, შეიძლება შემოვიტანოთ მუხტის პარიტეტისა და კომბინირებული პარიტეტის ცნებები (სხვა ნაწილაკებისთვის მათი ანტინაწილაკებით ჩანაცვლება ცვლის თავად ტალღის ფუნქციას).

უცნაურობა(S), ჰადრონების დამახასიათებელი მთელი რიცხვი (ნულოვანი, დადებითი ან უარყოფითი) კვანტური რიცხვი. ნაწილაკებისა და ანტინაწილაკების უცნაურობა საპირისპიროა ნიშნით. S≠0 ჰადრონებს უცნაურს უწოდებენ. უცნაურობა შენარჩუნებულია ძლიერ და ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებაში, მაგრამ ირღვევა (1-ით) სუსტ ურთიერთქმედებაში.

"ხიბლი"(ხიბლი, ხიბლი), ჰადრონების (ან კვარკების) დამახასიათებელი კვანტური რიცხვი; შენარჩუნებულია ძლიერ და ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებებში, მაგრამ ირღვევა სუსტი ურთიერთქმედებით. ნაწილაკებს, რომლებსაც აქვთ არანულოვანი ხიბლის მნიშვნელობა, ეწოდება "მოხიბლული" ნაწილაკები.

სუსტი ძალა, მაგალითად, აკონტროლებს რადიოაქტიურ დაშლას.

რადიოაქტიური დაშლა - ეს არის ნივთიერების რადიოაქტიური ატომების რაოდენობის თანდათანობითი შემცირება სპონტანური ბირთვული დაშლის დროს, რის შედეგადაც ეს ატომები გადადიან არასტაბილური მდგომარეობიდან სტაბილურ მდგომარეობაში. დრო, რომლის დროსაც ასეთი ატომების ნახევარი იშლება, ნახევარგამოყოფის პერიოდი ეწოდება. რადიოაქტიური დაშლის პროცესს თან ახლავს ალფა ნაწილაკების, ნუკლეონების, ელექტრონების და გამა სხივების ემისია, პირდაპირ არასტაბილური ატომური ბირთვებიდან ან ბირთვული რეაქციის შედეგად.

რადიოაქტიური დაშლა ბუნებრივი პროცესია, რომელიც მუდმივად ხდება ჩვენს ირგვლივ. ეს არის ისეთი ელემენტების რადიოაქტიური დაშლა, როგორიცაა ურანი, თორიუმი და კალიუმი, რომელიც ათბობს დედამიწის შიდა ნაწილს. დედამიწის ბირთვის შიდა სითბო ასევე წარმოიქმნება ელემენტების რადიოაქტიური დაშლით, რომლებიც წარმოიქმნება ვარსკვლავების სხეულებში და შედის პირველყოფილ დედამიწაში დიდი აფეთქების შედეგად. ეს იგივე სითბო, თავის მხრივ, აძლიერებს დედამიწის ტექტონიკურ აქტივობას.

რადიოაქტიური მასალის ნახევარი რაოდენობის დაშლის (ენერგიის გამოყოფისთვის) საჭირო დროს ნახევარგამოყოფის პერიოდი ეწოდება. ატომი იშლება ატომის ბირთვის გაყოფით (ან გაყოფით) და გადადის არასტაბილური მდგომარეობიდან სტაბილურ მდგომარეობაში. ყველა რადიოაქტიური ნივთიერება დროთა განმავლობაში სტაბილურ მდგომარეობას აღწევს და ამ პროცესს თან ახლავს მაიონებელი გამოსხივების გამოსხივება. სხვადასხვა რადიოაქტიური მასალების ნახევარგამოყოფის პერიოდი მერყეობს წამის მემილიონედზე ნაკლებიდან მილიონ წლამდე. ნებისმიერი მოცემული ნივთიერების ნახევარგამოყოფის პერიოდი მუდმივია და არ არის დამოკიდებული ფიზიკურ პირობებზე, როგორიცაა წნევა ან ტემპერატურა. მაშასადამე, რადიოაქტიურობა შეიძლება გამოყენებულ იქნას დროის ინტერვალების შესაფასებლად უკვე დაშლილი ბირთვების ფრაქციის გაზომვით. მაგალითად, ნამარხში დარჩენილი ნახშირბადის რაოდენობის გაზომვით, ჩვენ შეგვიძლია გავარკვიოთ რამდენი ხნის წინ წარმოიქმნა ნამარხი მასალა.

რადიოაქტიური ნივთიერებების ნახევარგამოყოფის პერიოდი, რომლებიც უდიდეს საფრთხეს უქმნის კაცობრიობას, არც ძალიან ხანმოკლეა და არც ძალიან გრძელი. ხანმოკლე ნივთიერებები ისე სწრაფად კარგავენ აქტივობას, რომ საფრთხეს არ წარმოადგენს. ძალიან გრძელვადიანი მასალების რადიოაქტიურობა იმდენად ნელა მცირდება, რომ მათგან მავნე მაიონებელი გამოსხივება პრაქტიკულად უვნებელია.

5. გრავიტაციული ურთიერთქმედება

გრავიტაციული ურთიერთქმედება, უნივერსალური (ყველა სახის მატერიის თანდაყოლილი) ურთიერთქმედება, ელემენტარული ნაწილაკების ფუნდამენტური ურთიერთქმედებიდან ყველაზე სუსტი, აქვს მიზიდულობის ბუნება.

თუ ეს ურთიერთქმედება შედარებით სუსტია და სხეულები ნელა მოძრაობენ ვაკუუმში სინათლის სიჩქარესთან შედარებით თან, მაშინ მოქმედებს ნიუტონის უნივერსალური მიზიდულობის კანონი. ძლიერი ველებისა და სიჩქარის შედარების შემთხვევაში გ, აუცილებელია ა.აინშტაინის მიერ შექმნილი ფარდობითობის ზოგადი თეორიის (GTR) გამოყენება, რომელიც წარმოადგენს ნიუტონის გრავიტაციის თეორიის განზოგადებას, რომელიც დაფუძნებულია ფარდობითობის სპეციალურ თეორიაზე. ფარდობითობის ზოგადი თეორია ემყარება ეკვივალენტობის პრინციპს - გრავიტაციული ძალებისა და ინერციული ძალების ლოკალურ განსხვავებულობას, რომლებიც წარმოიქმნება საცნობარო სისტემის აჩქარების დროს. ეს პრინციპი გამოიხატება იმაში, რომ მოცემულ გრავიტაციულ ველში ნებისმიერი მასის და ფიზიკური ბუნების სხეულები ერთნაირად მოძრაობენ იმავე საწყის პირობებში. აინშტაინის თეორია აღწერს გრავიტაციას, როგორც ფიზიკური მატერიის გავლენას სივრცე-დროის გეომეტრიულ თვისებებზე (s.-t.); თავის მხრივ, ეს თვისებები გავლენას ახდენს მატერიის მოძრაობაზე და სხვა ფიზიკურ პროცესებზე. ასეთ მოღუნულ პ.-ვ. სხეულების მოძრაობა "ინერციით" (ანუ გრავიტაციული ძალების გარდა გარე ძალების არარსებობის შემთხვევაში) ხდება გეოდეზიური ხაზების გასწვრივ, ისევე როგორც სწორი ხაზები დაუხვევ სივრცეში, მაგრამ ეს ხაზები უკვე მრუდია. ძლიერ გრავიტაციულ ველში ჩვეულებრივი სამგანზომილებიანი სივრცის გეომეტრია აღმოჩნდება არაევკლიდური და დრო უფრო ნელა მიედინება, ვიდრე ველის გარეთ. აინშტაინის თეორია წინასწარმეტყველებს გრავიტაციული ველის ცვლილების საბოლოო სიჩქარეს, რომელიც უდრის სინათლის სიჩქარეს ვაკუუმში (ეს ცვლილება გადადის გრავიტაციული ტალღების სახით), შავი ხვრელების გაჩენის შესაძლებლობას და ა.შ. ექსპერიმენტები ადასტურებს ეფექტებს ზოგადი ფარდობითობა.

სააზროვნო ექსპერიმენტების ჩატარების შემდეგ აინშტაინი მივიდა დასკვნამდე, რომ რეალური გრავიტაციული ველი აჩქარებული სისტემების ექვივალენტური იქნება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ სივრცე-დრო მრუდია, ე.ი. არაევკლიდური: „ჩვენი სამყარო არაევკლიდურია. მის გეომეტრიულ ბუნებას ქმნიან მასები და მათი სიჩქარე. ზოგადი ფარდობითობის გრავიტაციული განტოლებები ცდილობს გამოავლინოს ჩვენი სამყაროს გეომეტრიული თვისებები." დიდი ფიზიკოსი გამომდინარეობდა იქიდან, რომ სივრცე-დროის კონტინუუმი ბუნებით რიმანისეულია. ხოლო რიმანი (ვიწრო გაგებით) არის მუდმივი დადებითი გამრუდების სივრცე. მისი ვიზუალური გამოსახულება ჩვეულებრივი სფეროს ზედაპირია, რომელზეც უმოკლესი ხაზი სწორი არ არის.

ასე რომ, ფარდობითობის ზოგადი თვალსაზრისით, ჩვენი სამყაროს სივრცეს არ აქვს მუდმივი ნულოვანი გამრუდება. მისი გამრუდება განსხვავდება წერტილიდან წერტილამდე და განისაზღვრება გრავიტაციული ველით. და დრო სხვანაირად მიედინება სხვადასხვა წერტილში. გრავიტაციული ველი სხვა არაფერია, თუ არა რეალური სივრცის თვისებების გადახრა იდეალური (ევკლიდური) სივრცის თვისებებიდან. გრავიტაციული ველი თითოეულ წერტილში განისაზღვრება სივრცის გამრუდების მნიშვნელობით ამ წერტილში. ამ შემთხვევაში, სივრცე-დროის გამრუდება განისაზღვრება არა მხოლოდ ნივთიერების მთლიანი მასით, საიდანაც შედგება სხეული, არამედ მასში არსებული ყველა სახის ენერგიით, მათ შორის ყველა ფიზიკური ველის ენერგიით. ამრიგად, ფარდობითობის ზოგად თეორიაში განზოგადებულია სპეციალური ფარდობითობის მასისა და ენერგიის იდენტურობის პრინციპი: E =მკ 2 . ამრიგად, ყველაზე მნიშვნელოვანი განსხვავება GTR-სა და სხვა ფიზიკურ თეორიებს შორის არის ის, რომ იგი აღწერს გრავიტაციას, როგორც მატერიის გავლენას სივრცე-დროის თვისებებზე, თავის მხრივ, გავლენას ახდენს სხეულების მოძრაობაზე და ფიზიკურ პროცესებზე მათ.

ზოგად ფარდობითობაში, მატერიალური წერტილის მოძრაობა გრავიტაციულ ველში განიხილება, როგორც თავისუფალი „ინერციული“ მოძრაობა, მაგრამ ეს ხდება არა ევკლიდესში, არამედ სივრცეში ცვალებადი გამრუდებით. შედეგად, წერტილის მოძრაობა აღარ არის მართკუთხა და ერთგვაროვანი, მაგრამ ხდება მრუდი სივრცის გეოდეზიური ხაზის გასწვრივ. აქედან გამომდინარეობს, რომ მატერიალური წერტილის მოძრაობის განტოლება, ისევე როგორც სინათლის სხივი, უნდა დაიწეროს მრუდი სივრცის გეოდეზიური ხაზის განტოლების სახით. სივრცის გამრუდების დასადგენად აუცილებელია ვიცოდეთ ფუნდამენტური ტენზორის კომპონენტების გამოხატულება (ნიუტონის გრავიტაციის თეორიაში პოტენციალის ანალოგი). ამოცანაა, ვიცოდეთ გრავიტაციული მასების განაწილება სივრცეში, განსაზღვროთ კოორდინატების და დროის ფუნქციები (ფუნდამენტური ტენზორის კომპონენტი); შემდეგ შეგიძლიათ ჩაწეროთ გეოდეზიური ხაზის განტოლება და ამოხსნათ მატერიალური წერტილის მოძრაობის პრობლემა, სინათლის სხივის გავრცელების პრობლემა და ა.შ.

აინშტაინმა იპოვა გრავიტაციული ველის ზოგადი განტოლება (რომელიც კლასიკური მიახლოებით გადაიქცა ნიუტონის მიზიდულობის კანონად) და ამგვარად გადაჭრა გრავიტაციის პრობლემა ზოგადი ხედი. გრავიტაციული ველის განტოლებები ზოგად ფარდობითობაში არის 10 განტოლების სისტემა. ნიუტონის გრავიტაციის თეორიისგან განსხვავებით, სადაც არის ერთი გრავიტაციული ველის პოტენციალი, რომელიც დამოკიდებულია ერთ სიდიდეზე - მასის სიმკვრივეზე, აინშტაინის თეორიაში გრავიტაციული ველი აღწერილია 10 პოტენციალით და შეიძლება შეიქმნას არა მხოლოდ მასის სიმკვრივით, არამედ მასის ნაკადით. და იმპულსის ნაკადი.

კიდევ ერთი ფუნდამენტური განსხვავება GTR-სა და მის წინამორბედ ფიზიკურ თეორიებს შორის არის მრავალი ძველი კონცეფციის უარყოფა და ახლის ფორმულირება. ამრიგად, GTR უარს ამბობს ცნებებზე „ძალა“, „პოტენციური ენერგია“, „ინერციული სისტემა“, „სივრცე-დროის ევკლიდური ხასიათი“ და ა.შ. ხისტი სხეულები გრავიტაციულ ველებში და მოძრაობის საათები დამოკიდებულია ამ ველების მდგომარეობაზე. ამგვარ საცნობარო ჩარჩოს (მას ეძახიან „მინიშნებას“) შეუძლია ნებისმიერი გზით გადაადგილება და მის ფორმას შეიძლება ჰქონდეს თვითნებურად არარეგულარული მოძრაობა. ფარდობითობის ზოგადი თეორია აღრმავებს ველის კონცეფციას, აკავშირებს ინერციის, გრავიტაციის და სივრცე-დროის მეტრიკის ცნებებს და იძლევა გრავიტაციული ტალღების შესაძლებლობას. გრავიტაციული ტალღები იქმნება ცვლადი გრავიტაციული ველით, მასების არათანაბარი მოძრაობით და ვრცელდება სივრცეში სინათლის სიჩქარით. გრავიტაციული ტალღები ხმელეთის პირობებში ძალიან სუსტია. არსებობს გრავიტაციული გამოსხივების რეალური ჩაწერის შესაძლებლობა, რომელიც წარმოიქმნება სამყაროში გრანდიოზულ კატასტროფულ პროცესებში - სუპერნოვას აფეთქებები, პულსარების შეჯახება და ა.შ.

გამოყენებული ლიტერატურის სია

1. ალბერტ აინშტაინი და გრავიტაციის თეორია. - მ., 1979. - გვ. 570.

1. ცოდნის დიდი სერია. ქიმია. - M.: World of Books, Russian Encyclopedic Partnership, 2006. - გვ 10 - 21.

1. კირილესა და მეთოდეს დიდი ენციკლოპედია, 2007. - www.KM.ru [ელექტრონული მულტიპორტალი]

4. ბრენან რ. სამეცნიერო წიგნიერების ლექსიკონი. - M: Mir, 1997. - 368გვ.

5. გრუშევიცკაია T.G., Sadokhin A.P., თანამედროვე საბუნებისმეტყველო მეცნიერების ცნებები: სახელმძღვანელო უნივერსიტეტებისთვის. - მ., 2002 წ.

6. ილჩენკო ვ.რ. ფიზიკის, ქიმიისა და ბიოლოგიის გზაჯვარედინზე. - მ.: განათლება, 1986. - გვ.134 - 140.

7. Naydysh V.M., თანამედროვე საბუნებისმეტყველო მეცნიერების ცნებები: სახელმძღვანელო. - რედ. მე-2, შესწორებული და დამატებითი - M.: Alfa-M, INFRA-M, 2004 წ.

8. ბუნებისმეტყველების ფილოსოფიური პრობლემები. - მ.: უმაღლესი სკოლა, 1985 წ.

9. Einstein A., Infeld L., Evolution of physics. - მ., 1965 წ.

1. ძალები ბუნებაში:

ა) ელასტიურობა;

ბ) ხახუნი;

გ) გრავიტაცია;

2. უნივერსალური მიზიდულობის კანონი;

3. უწონადობა

1. ჩვენს ირგვლივ სამყაროში უთვალავი სხეულია, რომლებიც ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან. მაგრამ, ძალთა მრავალფეროვნების მიუხედავად, ჩვეულებრივია განასხვავოთ მათი რამდენიმე ტიპი.

ელასტიური ძალაეწოდება ძალას, რომელიც წარმოიქმნება სხეულში, როდესაც იცვლება მისი ფორმა ან ზომა. ეს ხდება მაშინ, როდესაც სხეული შეკუმშულია, დაჭიმულია, მოხრილი ან გრეხილია. მაგალითად, ზამბარაში წარმოქმნილი ელასტიური ძალა აგურზე მოქმედებს. იგი წარმოიშვა ზამბარის შეკუმშვის შედეგად.

ელასტიური ძალაყოველთვის მიმართულია იმ ძალის საწინააღმდეგოდ, რომელიც იწვევდა სხეულის ფორმისა და ზომის ცვლილებას. ჩვენს მაგალითში ჩამოვარდნილმა აგურმა შეკუმშა ზამბარა, ანუ მოქმედებდა მასზე დაღმავალი ძალით. შედეგად, გაზაფხულზე წარმოიქმნა ელასტიური ძალა, მიმართული საპირისპირო მიმართულებით, ანუ ზევით.

მიზიდულობის ძალითისინი უწოდებენ ძალას, რომლითაც მსოფლიოში ყველა სხეული იზიდავს ერთმანეთს. გრავიტაციული ძალის სახეობაა გრავიტაცია - ძალა, რომლითაც პლანეტასთან ახლოს მდებარე სხეული იზიდავს მას. მაგალითად, მარსზე მდგარი რაკეტა იზიდავს მას - რაკეტაზე მოქმედებს მიზიდულობის ძალა.

გრავიტაციაყოველთვის მიმართულია პლანეტის ცენტრისკენ. მაგალითად, დედამიწა იზიდავს ბიჭს და ბურთს ქვევით მიმართული ძალებით, ანუ პლანეტის ცენტრისკენ.

ხახუნის ძალაეწოდება ძალას, რომელიც ხელს უშლის ერთ სხეულს მეორის ზედაპირზე გადაცურებაში. მანქანის მკვეთრ დამუხრუჭებას თან ახლავს "მუხრუჭები". ეს ხდება ასფალტის ზედაპირზე საბურავის ცურვის გამო. ამ შემთხვევაში, ხახუნის ძალა მოქმედებს ბორბალსა და გზას შორის, რაც ხელს უშლის ასეთ ცურვას.

ხახუნის ძალა ყოველთვის მიმართულია სხეულის ზედაპირის გასწვრივ მოცემული სხეულის სრიალის მიმართულების საწინააღმდეგოდ. მაგალითად, როდესაც მანქანა დამუხრუჭებს, მისი ბორბლები სრიალებს წინ, რაც ნიშნავს, რომ მათზე მოქმედი გზაზე ხახუნის ძალა მიმართულია საპირისპირო მიმართულებით, ანუ უკან.

გამაძლიერებელი ძალა (ან არქიმედეს ძალა)არის ძალა, რომლითაც სითხე ან აირი მოქმედებს მასში ჩაძირულ სხეულზე. აუზის წყალი მოქმედებს ჰაერის ბუშტებზე და უბიძგებს მათ ზედაპირზე. წყალი ასევე მოქმედებს თევზებსა და ქვებზე - უბიძგებს მათ მაღლა, ამცირებს მათ წონას (ძალა, რომლითაც ქვები აჭერენ აუზის ძირს). არქიმედეს ძალა ჩვეულებრივ მიმართულია ზემოთ, მიზიდულობის ძალის საპირისპიროდ.

2. ნიუტონის კანონი უნივერსალური მიზიდულობის შესახებ იმ ძალისთვის, რომელიც მოქმედებს ორ სხეულს შორის მასის მქონე მ 1და მ 2, იწერება შემდეგნაირად:

F=G ,

სადაც r არის მანძილი სხეულებს შორის, G = 6,67 N არის გრავიტაციული მუდმივი (1 N = 1 ნიუტონი არის იმ ძალის სიდიდე, რომლითაც დედამიწა იზიდავს სხეულს, რომლის წონაა 0,1 კგ, რომელიც მდებარეობს მის ზედაპირზე).

გრავიტაციული მიზიდულობის ძალა სხეულებს შორის, რომელთა ზომები მნიშვნელოვნად მცირეა, ვიდრე მათ შორის მანძილი, პირდაპირპროპორციულია მათი მასების, უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა და მიმართულია მათ დამაკავშირებელ სწორი ხაზის გასწვრივ.

გრავიტაციული მუდმივი არის გლობალური მუდმივი მისი განსაზღვრა შესაძლებელია პირდაპირი ლაბორატორიული ექსპერიმენტების ჩატარებით ორი ცნობილი მასის მიზიდულობის ძალის გასაზომად. პირველი ექსპერიმენტი G-ის დასადგენად ჩაატარა გ. კავენდიშმა 1797 წელს. G-ის მნიშვნელობის ცოდნით შეიძლება განვსაზღვროთ დედამიწის მასა, მზის სისტემის სხვა პლანეტების მასები და მზის მასა. მზის მასის დასადგენად, აუცილებელია ვიცოდეთ მანძილი დედამიწიდან მზემდე და დრო სჭირდება დედამიწას მზის გარშემო ერთი შემობრუნებისთვის.

უნივერსალური მიზიდულობის კანონი საშუალებას აძლევდა ნიუტონს, რაოდენობრივი ახსნა მისცა პლანეტების მოძრაობას მზისა და მთვარის გარშემო დედამიწის გარშემო და გაეგო ზღვის მოქცევის ბუნება.

მანამდეც კი, სანამ ნიუტონი უნივერსალური მიზიდულობის კანონს გამოთქვამდა, ი. კეპლერმა, მზის სისტემის პლანეტების მოძრაობების გაანალიზებით, შემოგვთავაზა სამი მარტივი კანონი, რომლებიც ძალიან ზუსტად აღწერს ამ მოძრაობებს არა მხოლოდ ყველა პლანეტისთვის, არამედ მათი თანამგზავრებისთვისაც.

ლექცია No4

თემა: 1.1.3. პულსი. იმპულსის შენარჩუნების კანონი და

რეაქტიული მოძრაობა

გეგმა:

1. ზოგადი კონცეფცია. სხეულის იმპულსი;

2. იმპულსის შენარჩუნების კანონი;

3. რეაქტიული მოძრაობა.

1. განმარტება: სხეულის იმპულსი (მოძრაობის რაოდენობა) p არის მასისა და მისი სიჩქარის ნამრავლი.

ჩვენ ვიცით, რომ სხეულის სიჩქარის ცვლილების მიზეზი სხვა სხეულების მოქმედებაა. მოდით გავარკვიოთ რა ძალაა საჭირო ამისთვის ტგაზარდეთ სხეულის სიჩქარე 0-დან გარკვეულ მნიშვნელობამდე υ . ნიუტონის მეორე კანონის მიხედვით F=ma და ფორმულის მიხედვით a=υ/t

ამრიგად,

F = მვ/ტ

მიღებული გამოხატვის მარჯვენა მხარე მოიცავს სხეულის მასისა და მისი სიჩქარის პროდუქტს. მოდით აღვნიშნოთ ეს პროდუქტი გვ:

სხეულის მასისა და მისი სიჩქარის ნამრავლის ტოლ ფიზიკურ რაოდენობას სხეულის იმპულსი ეწოდება:

p - სხეულის იმპულსი.

თუ სხეული მოსვენებულ მდგომარეობაშია, მაშინ მისი იმპულსი ნულის ტოლია. სიჩქარის მატებასთან ერთად იმპულსი იზრდება.

იმპულსი-სიდიდე ვექტორულია.

იმპულსის SI ერთეული არის კილოგრამი მეტრი წამში (1 კგ მ/წმ)

იმპულსის ცნება ფიზიკაში შემოიტანა რენე დეკარტმა (1596-1650). თავად დეკარტმა ამ რაოდენობას უწოდა არა იმპულსი, არამედ მოძრაობის რაოდენობა.

2. იმპულსისთვის მოქმედებს ბუნების ფუნდამენტური კანონი, რომელსაც ეწოდება იმპულსის (ან იმპულსის) შენარჩუნების კანონი. დეკარტმა, რომელმაც აღმოაჩინა ეს კანონი, ერთ-ერთ წერილში წერდა: „მე ვაღიარებ, რომ სამყაროში, ყველა შექმნილ მატერიაში არის გარკვეული მოძრაობა, რომელიც არასოდეს იზრდება და არ მცირდება, და ამგვარად, თუ ერთი სხეული მეორეს მოძრაობაში აყენებს. , შემდეგ კარგავს თავის მოძრაობას იმდენ ნაწილს, რამდენიც კომუნიკაციას ახდენს“.

უმარტივეს შემთხვევაში იმპულსის შენარჩუნების კანონიშეიძლება ჩამოყალიბდეს შემდეგნაირად.

ფუნდამენტური ძალები

ფუნდამენტური ძალები, ოთხი ფუნდამენტური ძალა, რომლებიც ცნობილია თანამედროვე ფიზიკისთვის. ყველაზე ცნობილი და სუსტი არის GRAVITY. დედამიწასა და ობიექტს შორის მიზიდულობის ძალა ხსნის ობიექტის წონის კონცეფციას. გაცილებით ძლიერია ელექტრომაგნიტური ძალა, რომელიც მოქმედებს ელექტრულად დამუხტულ ნაწილაკებს შორის. მისი წყალობით ატომები ერთმანეთს იზიდავს და ქიმიურად აკავშირებს მათ. ორი სხვა ცნობილი ძალა მოქმედებს მხოლოდ სუბატომურ დონეზე: სუსტი ბირთვული ძალა, რომელიც დაკავშირებულია ნაწილაკების დაშლასთან, საშუალო დონის გრავიტაციულ და ელექტრომაგნიტურ ძალებს შორის; ძლიერი ბირთვული ძალა, რომელიც დაკავშირებულია "წებოსთან", რომელიც აკავშირებს ბირთვებს, არის ყველაზე ძლიერი ძალა, რომელიც ცნობილია ბუნებაში.

.

ნახეთ, რა არის "FUNDAMENTAL FORCES" სხვა ლექსიკონებში:

მამოძრავებელი ძალები, იხილეთ ფუნდამენტური ძალები ... სამეცნიერო და ტექნიკური ენციკლოპედიური ლექსიკონი

- ... ვიკიპედია

ცენტრალური ძალა არის ძალა, რომლის მოქმედების ხაზი, სხეულის ნებისმიერ პოზიციაზე, რომელზედაც იგი გამოიყენება, გადის წერტილში, რომელსაც ეწოდება ძალის ცენტრი (პუნქტი სურ. 1-ზე). ამ შემთხვევაში სხეული, როგორც წესი, განიხილება მატერიალურ წერტილად და ცენტრიც... ... ვიკიპედია.

კლასიკური მექანიკა ნიუტონის მეორე კანონი ისტორია... ფუნდამენტური ცნებები... ვიკიპედია

ფიზიკაში კონსერვატიული ძალები (პოტენციური ძალები) არის ძალები, რომელთა მუშაობა არ არის დამოკიდებული ტრაექტორიის ფორმაზე (დამოკიდებულია მხოლოდ ძალების გამოყენების საწყის და დასრულებულ წერტილებზე). აქედან გამომდინარე, განმარტება შემდეგია: კონსერვატიული ძალები არის ის ძალები, რომელთა მუშაობაც არის ... ... ვიკიპედია

ფიზიკაში კონსერვატიული ძალები (პოტენციური ძალები) არის ძალები, რომელთა მუშაობა არ არის დამოკიდებული ტრაექტორიის ფორმაზე (დამოკიდებულია მხოლოდ ძალების გამოყენების საწყის და დასრულებულ წერტილებზე). ეს იწვევს შემდეგ განმარტებას: კონსერვატიული ძალები არის ის ძალები, რომლებიც მუშაობენ... ... ვიკიპედიაზე

შეიარაღებული ძალების ტიპი არის სახელმწიფოს საზღვაო ძალის მთავარი კომპონენტი, რომელიც ახასიათებს მის უნარს აკონტროლოს ოკეანის (ზღვის) კომუნიკაციები. თანამედროვე საზღვაო ძალები მოიცავს არა მხოლოდ გემებს, თვითმფრინავებს და რაკეტებს, არამედ სანაპირო მომსახურებას,... ... კოლიერის ენციკლოპედია

თანამედროვე ენციკლოპედია

ბირთვული ძალები- ბირთვული ძალები, ძალები, რომლებიც იკავებენ ნუკლეონებს (პროტონებს და ნეიტრონებს) ბირთვში. ბირთვული ძალები მოქმედებენ მხოლოდ არაუმეტეს 10-13 სმ მანძილზე, 100-1000-ჯერ აღემატება ელექტრული მუხტების ურთიერთქმედების ძალას და არ არის დამოკიდებული ნუკლეონის მუხტზე. ბირთვული ძალები... ილუსტრირებული ენციკლოპედიური ლექსიკონი

წიგნები

• ფინანსური სამყაროს ფუნდამენტური იდეები. ევოლუცია, პიტერ ბერნშტეინი. რას ეხება წიგნი წიგნი თითქმის მთლიანად ეძღვნება თეორიული განვითარების პრაქტიკულ გამოყენებას, მათი ფორმისა და შინაარსის ტრანსფორმაციას ტექნიკურ პროგრესთან დაკავშირებით. ჰარი მარკოვიცის და...

ბუნებაში არსებობს ოთხი სახის ძალა: გრავიტაციული, ელექტრომაგნიტური, ბირთვული და სუსტი.

გრავიტაციული ძალები ან გრავიტაცია,იმოქმედოს ყველა ორგანოს შორის. მაგრამ ეს ძალები შესამჩნევია, თუ ერთ-ერთ სხეულს მაინც აქვს პლანეტების ზომის შესადარებელი ზომები. ჩვეულებრივ სხეულებს შორის მიზიდულობის ძალები იმდენად მცირეა, რომ მათი უგულებელყოფა შეიძლება. ამრიგად, პლანეტებს შორის ურთიერთქმედების ძალები, ისევე როგორც პლანეტებსა და მზეს ან სხვა სხეულებს შორის, რომლებსაც აქვთ ძალიან დიდი მასა, შეიძლება ჩაითვალოს გრავიტაციულად. ეს შეიძლება იყოს ვარსკვლავები, პლანეტების თანამგზავრები და ა.შ.

ელექტრომაგნიტური ძალები მოქმედებს ელექტრული მუხტის მქონე სხეულებს შორის.

ბირთვული ძალები(ძლიერები) ყველაზე ძლიერები არიან ბუნებაში. ისინი მოქმედებენ ატომების ბირთვებში 10-13 სმ მანძილზე.

სუსტი ძალებიბირთვის მსგავსად, მოქმედებენ 10-15 სმ-ის მცირე მანძილზე. მათი მოქმედების შედეგად ხდება პროცესები ბირთვის შიგნით.

მექანიკა განიხილავს გრავიტაციულ ძალებს, ელასტიურ ძალებს და ხახუნის ძალებს.

გრავიტაციული ძალები

აღწერილია გრავიტაცია უნივერსალური მიზიდულობის კანონი. ეს კანონი იყოგამოკვეთილი ნიუტონის მიერ შუაში XVII ვ. ნაშრომში „ნატურფილოსოფიის მათემატიკური პრინციპები“.

გრავიტაციითსიმძიმის ძალას უწოდებენ, რომლითაც ნებისმიერი მატერიალური ნაწილაკი იზიდავს ერთმანეთს.

ძალა, რომლითაც მატერიალური ნაწილაკები იზიდავენ ერთმანეთს, პირდაპირპროპორციულია მათი მასების ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა. .

გ – გრავიტაციული მუდმივი, რიცხობრივად ტოლია გრავიტაციული ძალის მოდულისა, რომლითაც ერთეული მასის მქონე სხეული მოქმედებს სხეულზე, რომელსაც აქვს იგივე ერთეული მასა და მდებარეობს მისგან ერთეულ მანძილზე.

გ = 6,67384(80) 10 −11 მ 3 წმ −2 კგ −1, ან N m² კგ −2.

დედამიწის ზედაპირზე მიზიდულობის ძალა (გრავიტაციული ძალა) ვლინდება როგორც გრავიტაცია.

ჩვენ ვხედავთ, რომ ჰორიზონტალური მიმართულებით გადაყრილი ნებისმიერი ობიექტი მაინც ეცემა. მაღლა გადაყრილი ნებისმიერი ობიექტი ასევე ეცემა. ეს ხდება გრავიტაციის გავლენის ქვეშ, რომელიც მოქმედებს ნებისმიერი მატერიალური სხეული, რომელიც მდებარეობს დედამიწის ზედაპირთან ახლოს. მიზიდულობის ძალა მოქმედებს სხეულებზე და სხვა ასტრონომიული სხეულების ზედაპირებზე. ეს ძალა ყოველთვის მიმართულია ვერტიკალურად ქვევით.

გრავიტაციის გავლენით სხეული აჩქარებით მოძრაობს პლანეტის ზედაპირისკენ, რომელსაც ე.წ თავისუფალი ვარდნის აჩქარება.

გრავიტაციის აჩქარება დედამიწის ზედაპირზე აღინიშნება ასოთი გ .

ფტ = მგ ,

აქედან გამომდინარე,

გ = ფტ / მ

გ = 9,81 მ/წმ 2 დედამიწის პოლუსებზე და ეკვატორზე გ = 9,78 მ/წმ 2.

მარტივი ფიზიკური პრობლემების გადაჭრისას, ღირებულება გ ითვლება 9,8 მ/წმ 2-ის ტოლად.

გრავიტაციის კლასიკური თეორია გამოიყენება მხოლოდ იმ სხეულებზე, რომელთა სიჩქარე გაცილებით დაბალია ვიდრე სინათლის სიჩქარე.

ელასტიური ძალები

ელასტიური ძალები ეწოდება ძალებს, რომლებიც წარმოიქმნება სხეულში დეფორმაციის შედეგად, რაც იწვევს მისი ფორმის ან მოცულობის ცვლილებას. ეს ძალები ყოველთვის ისწრაფვიან სხეულის თავდაპირველ მდგომარეობაში დაბრუნებას.

დეფორმაციის დროს სხეულის ნაწილაკები გადაადგილდებიან. ელასტიური ძალა მიმართულია ნაწილაკების გადაადგილების მიმართულების საპირისპირო მიმართულებით. თუ დეფორმაცია შეჩერდება, ელასტიური ძალა ქრება.

ინგლისელმა ფიზიკოსმა რობერტ ჰუკმა, ნიუტონის თანამედროვემ, აღმოაჩინა კანონი, რომელიც ადგენს კავშირს ელასტიურობის ძალასა და სხეულის დეფორმაციას შორის.

როდესაც სხეული დეფორმირებულია, წარმოიქმნება დრეკადობის ძალა, რომელიც პირდაპირპროპორციულია სხეულის გახანგრძლივებასთან და აქვს მიმართულება დეფორმაციის დროს ნაწილაკების მოძრაობის საწინააღმდეგოდ.

ფ = კ ∆ ლ ,

სად რომ - სხეულის სიმტკიცე, ან ელასტიურობის კოეფიციენტი;

∆ ლ - დეფორმაციის ოდენობა, რომელიც აჩვენებს სხეულის დრეკადობის რაოდენობას დრეკადობის ძალების გავლენის ქვეშ.

ჰუკის კანონი ვრცელდება დრეკად დეფორმაციებზე, როდესაც სხეულის დრეკადობა მცირეა და სხეული აღადგენს პირვანდელ ზომებს მას შემდეგ, რაც ამ დეფორმაციის გამომწვევი ძალები გაქრება.

თუ დეფორმაცია დიდია და სხეული არ უბრუნდება პირვანდელ ფორმას, ჰუკის კანონი არ მოქმედებს. ზეძალიან დიდი დეფორმაციები იწვევს სხეულის განადგურებას.

ხახუნის ძალები

ხახუნი ხდება მაშინ, როდესაც ერთი სხეული მოძრაობს მეორის ზედაპირზე. ელექტრომაგნიტური ხასიათისაა. ეს არის კონტაქტური სხეულების ატომებსა და მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედების შედეგი. ხახუნის ძალის მიმართულება მოძრაობის მიმართულების საპირისპიროა.

გამოარჩევენ მშრალიდა თხევადიხახუნის. ხახუნს მშრალი ეწოდება, თუ სხეულებს შორის არ არის თხევადი ან აირისებრი ფენა.

მშრალი ხახუნის გამორჩეული თვისებაა სტატიკური ხახუნა, რომელიც ხდება მაშინ, როდესაც სხეულები შედარებით მოსვენებულ მდგომარეობაში არიან.

მაგნიტუდა სტატიკური ხახუნის ძალებიყოველთვის უდრის გარე ძალის სიდიდეს და მიმართულია საპირისპირო მიმართულებით. სტატიკური ხახუნის ძალა ხელს უშლის სხეულის მოძრაობას.

თავის მხრივ, მშრალი ხახუნი იყოფა ხახუნად სრიალიდა ხახუნის მოძრავი.

თუ გარეგანი ძალის სიდიდე აღემატება ხახუნის ძალის სიდიდეს, მაშინ მოხდება სრიალი და ერთ-ერთი შემხვედრი სხეული დაიწყებს წინსვლას მეორე სხეულთან შედარებით. და ხახუნის ძალა დაერქმევა მოცურების ხახუნის ძალა. მისი მიმართულება სრიალის მიმართულების საპირისპირო იქნება.

მოცურების ხახუნის ძალა დამოკიდებულია იმ ძალაზე, რომლითაც სხეულები ერთმანეთზე აჭერენ, ხახუნის ზედაპირების მდგომარეობაზე, მოძრაობის სიჩქარეზე, მაგრამ არ არის დამოკიდებული კონტაქტის არეალზე.

ერთი სხეულის ხახუნის ძალა მეორის ზედაპირზე გამოითვლება ფორმულით:

ფ ტრ. = k N ,

სად კ – მოცურების ხახუნის კოეფიციენტი;

ნ - ნორმალური რეაქციის ძალა, რომელიც მოქმედებს სხეულზე ზედაპირიდან.

მოძრავი ხახუნის ძალა ხდება სხეულს, რომელიც მოძრაობს ზედაპირზე და თავად ზედაპირს შორის. ასეთი ძალები ჩნდება, მაგალითად, როდესაც მანქანის საბურავები გზის ზედაპირთან კონტაქტში მოდის.

მოძრავი ხახუნის ძალის სიდიდე გამოითვლება ფორმულით

სად ფტ - მოძრავი ხახუნის ძალა;

ვ – მოძრავი ხახუნის კოეფიციენტი;

რ – მოძრავი სხეულის რადიუსი;

ნ - დაჭერის ძალა.