Сильное взаимодействие и его роль в природе

Сильное взаимодействие существует только в микромире на околоядерном уровне. Благодаря сильному взаимодействию существуют нуклоны и ядра атомов. Собственно сильное взаимодействие объединяет кварки и антикварки в нуклоны и другие адроны. Действие же ядерных сил, связывающих нуклоны в ядре, обеспечено остаточным сильным взаимодействием. Сильные и ядерные силы являются короткодействующими, причем удивительной особенностью этих сил является то, что они не убывают с увеличением расстояния между частицами.

Электромагнитное взаимодействие и его роль в природе.

Электромагнитное взаимодействие примерно в 100 раз слабее сильного взаимодействия. В электромагнитном взаимодействии участвуют только электрически заряженные частицы и тела. Тела, имеющие одинаковые по знаку электрические заряды отталкиваются, а имеющие заряды разных знаков притягиваются. Это отталкивание и притяжение осуществляется в соответствии с законом Кулона, справедливым для точечных заряженных тел: ,

где q1 и q2 – величины электрических зарядов. Кулоновские силы являются дальнодействующими. Электромагнитное взаимодействие лежит в основе межмолекулярных cил, в основе сил упругости и трения, химических реакций, всех наблюдаемых электрических, магнитных и оптических явлений. Напомним, что свет – это электромагнитная волна

Слабое взаимодействие и его роль в природе.

Слабое взаимодействие присуще всем фундаментальным фермионам и его предназначение - изменение природы частиц, то есть превращение одного кварка или лептона в другой кварк или лептон. В микромире слабое взаимодействие играет решающую роль.

В результате слабого взаимодействия происходит распад – превращение нейтрона мюона

Слабое взаимодействие проявляется не только в микромире. Его влияние распространяется и на мегамир. Без слабого взаимодействия погасло бы Солнце и другие звезды.

Гравитационное взаимодействие и его роль в природе.

Гравитационное взаимодействие является самым слабым и в то же время самым универсальным. Оно обеспечивает взаимное притяжение всех тел во Вселенной, имеющих массу. Это взаимное притяжение осуществляется в соответствии с законом всемирного тяготения, справедливым для точечных масс:

Гравитационные силы являются дальнодействующими, и гравитационное взаимодействие распространяется на бесконечность. Гравитация удерживает все тела на Земле, собирает вещество в планеты и звезды, удерживает планеты на орбитах и «связывает» звезды в скопления и галактики. Таким образом, в астрономических масштабах гравитация играет определяющую роль, а в микромире ее можно пренебречь.

Принцип минимума энергии. Связанные состояния. Пороговая энергия.

Принцип минимума энергии: Любая частица во внешнем поле или система взаимодействующих частиц во внешнем и во внутреннем полях, будучи предоставлена самой себе, займет положение, соответствующее минимально возможному значению энергии, то есть расположится на дне «потенциальной ямы».

Взаимодействующие притягивающиеся частицы, объединившиеся в некоторое составное тело, окажутся в энергетически выгодном связанном состоянии. Чтобы отделить эти частицы друг от друга, то есть разрушить это составное тело, нужно затратить энергию, равную так называемой энергии связи. Примеры связанных состояний: нуклон, ядро, атом, молекула, кристалл, любое твердое тело, планетная система, звездное скопление, галактика, Вселенная.

Для каждого структурного уровня существует свой порог энергии. При энергиях, ниже этого порога, все объекты данного уровня неделимы, и их можно считать бесструктурными.

Агрегатные состояния вещества. Условия существования вещества в том или ином агрегатном состоянии.

Существование вещества в трех агрегатных состояниях (фазах): кристаллическом (твердом), жидком и газообразном, – обусловлено соотношением между интенсивностью хаотического теплового движения, выраженного в средней кинетической энергии молекул Екин , и степенью упорядоченности, выраженной в потенциальной энергии Епот взаимодействия между молекулами.

Если средняя кинетическая энергия молекул много меньше потенциальной энергии взаимодействия между ними (Екин << Епот), то вещество находится в кристаллическом состоянии. В расположении молекул или другихструктурных элементов кристалла (атомов или ионов) наблюдается так называемый дальний порядок.

Если средняя кинетическая энергия молекул много больше потенциальной энергии взаимодействия между ними (Екин >> Епот), то вещество находится в газообразном состоянии. Молекулы находятся в непрерывном хаотическом (тепловом) движении – полный беспорядок.

Если средняя кинетическая энергия молекул примерно равна потенциальной энергии взаимодействия между ними (Екин ≈ Епот), то вещество находится в жидком состоянии. В расположении молекул наблюдается так называемый ближний порядок.