Частинки і поля

Практично будь-який курс механіки починається з фрази, що фізика вивчає навколишній світ: мовляв, фізис, це природа по-давньогрецькому. Здається, це не зовсім так. Навколишній світ вивчають також географи, геологи, біологи і навіть хіміки. Очевидно, має бути щось особливе, що вивчає саме фізика. Ми ще будемо про це говорити, але перш повинні розібратися, що таке навколишній світ.
З точки зору сучасної фізики наш світ складається з частинок і полів. Частинки тверді, при зіткненні вони розлітаються в сторони. Частинки не можуть проходити одна крізь іншу. Предмет, що складається з безлічі частинок, називають тілом. Фізичне тіло має видимий обсяг і може обертатися навколо своєї осі. Частка виглядає як точка, тому її обертання непомітно. Два тіла не можуть займати одне і те ж місце. Наприклад, якщо в лузу більярду заганяють поспіль дві кулі, перший падає на дно кошика, а другий залишається зверху, так як нижній рівень вже зайнятий.
Найважливішою властивістю тіла є маса. Позначають масу буквою m. Маса тіла залежить від виду частинок, з яких воно складається. Наприклад, свинцева куля масивніше дерев’яної пробки, хоча їх розміри можуть бути однакові. Масу вимірюють у кілограмах (кг). Коли проектують новий літак, то приймають, що маса пасажира в середньому дорівнює 100 кг.
Поле це те, за допомогою чого тіла взаємодіють один з одним на відстані. Якщо тіла взаємодіють, то змінюється їх швидкість і положення в просторі. Зміна положення тіла називається пройдений шлях або просто шлях (s).
Нагадаємо, що шлях вимірюють у метрах (м). Тисяча метрів дорівнює 1 кілометру (км). Час позначається буквою t. Час вимірюється в секундах (с). Швидкість (v) це шлях, поділений на час в дорозі: v = s / t (1.1). Зміна швидкості тіла – це різниця між швидкістю в кінці взаємодії (v2) і швидкістю на початку (v1): v2 – v1. Зміна швидкості, поділена на час взаємодії, називається прискоренням (а): a = (v2 – v1) / t = (s2 / t – s1 / t) / t. Оскільки s2 – s1 = s, в результаті отримуємо: a = s / t2 (1.2)
Поле існує навколо тіла, яке є його джерелом. За допомогою полів тіла можуть притягатися або відштовхуватися. Напрямок дії поля залежить від виду частинок, з якого складаються тіла. Прийнято відштовхуванню приписувати знак плюс, а тяжінню – мінус. Якщо надути повітряну кульку і потерти про волосся, він притягнеться до долоні. Якщо кулька підкинути, він притягнеться до стелі і прилипне на деякий час. Це приклад електричного поля. Його джерелом є дрібні частки – електрони. Шарик зарядився електрикою в результаті нашої роботи. Інший приклад: сталева кнопка притягається до магніту. Магнітом можна ганяти по столу кнопку, не торкаючись її. Якщо взяти інший магніт, то при певному положенні магніти будуть відштовхуватися один від одного. Для стислості поле навколо постійного магніту називають магнітним. Якщо бути точним, це поле слід називати електромагнітним, так його джерелом є електрони всередині магніту. Електромагнітна взаємодія виникає при русі заряджених частинок.
Поля відрізняються від частинок тим, що легко проходять один крізь одного. Наприклад, коли соліст співає у супроводі оркестру, ми можемо чути і соліста і всі інструменти оркестру. Це приклад звукових полів, які заповнюють повітряний простір разом, не впливаючи один на одного. Для звукового поля необхідно мати проводить речовина: повітря, рідина або твердий матеріал. Таке проводить речовина називають середовищем. Повітряне середовище за вікном на вулицю заповнена звуками від людей і машин. Ми можемо прислухатися до будь-якого звуку, не звертаючи уваги на – решта. Кити і дельфіни перемовляються, використовуючи водне середовище для звукового спілкування. Сусід вирішив повісити полку і свердлить дірку в стінці. Тверда стіна добре проводить звук. Якщо сверлящій звук набрид, можна постукати кулаком і нагадати сусідові, що він не один в будинку.
Найважливішим прикладом є поле тяжіння, яке ще називають гравітацією. Джерелом гравітації є будь-яке тіло, що має масу. Завдяки гравітації два тіла завжди притягуються один до одного. Якщо два океанських лайнера поставити поруч біля причалу, то через деякий час вони зійдуться бортами. Це відбудеться через їх взаємного гравітаційного тяжіння. Земля завдяки величезній масі має потужне поле гравітації і притягує до себе всі тіла. Коли у тіла є опора, воно тисне на опору і деформує її. Тоді тяжіння до Землі сприймається як вагу. Чим більше маса тіла, тим більше його вагу. Вага можна виміряти на електронних вагах. У них вбудований тензодатчик. Це прилад, який деформується під вагою вантажу і посилає свідчення на цифрове табло. Вага позначається буквою P, вимірюється в ньютонах (Н). Наприклад, гиря масою 16 кг важить майже 160 Н.
Якщо у тіла зникає опора, воно починає падати на Землю, як парашутист, який вистрибнув з літака. Коли тіло вільно падає, воно нічого не важить. Вага зникає, бо тіло не пручається тяжінню Землі. Ні опору – ні деформації, немає відчуття ваги. Стан без ваги називають невагомістю.
Ми вже говорили про електромагнітне поле, яке проявляє одночасно і електричні і магнітні властивості. Прикладом електромагнітного поля є радіохвилі. Простір навколо нас буквально пронизане радіохвилями від різних джерел, у тому числі що знаходяться в глибокому космосі. Включивши відповідний радіоприймач, ми можемо приймати радіохвилі і слухати радіопередачі.
Для гравітаційних і електромагнітних полів середу особливо не потрібна. Ці поля можуть проникати і крізь космічний вакуум, де речовини практично немає. Або для таких полів середовищем є сам вакуум або ці поля самі собі середу. Відкрито й інші поля, за допомогою яких взаємодіють частинки всередині ядер атомів. Ці поля можна назвати ядерними. Ядерні поля бувають слабкі і сильні. В даний час фізики працюють над теорією, яка змогла б об’єднати всі типи полів. Завдання це важка, але здійсненне.

Посилання на основну публікацію