У розділі 2 ми ввели поняття сили як кількісної міри дії одного тіла на інше. У цій главі ми розглянемо, які сили розглядаються в механіці, ніж визначаються їх значення.
Чи багато видів сил існує в природі?
Перелічіть відомі вам сили. Яку природу вони мають – гравітаційну або електромагнітну?
На перший погляд здається, що ми взялися за непосильну і нездійсненне завдання: тіл на Землі і поза нею нескінченна безліч. Вони взаємодіють по-різному. Так, наприклад, камінь падає на Землю; електровоз тягне поїзд; нога футболіста вдаряє по м’ячу; потерта об хутро ебонітова паличка притягує легкі папірці, магніт притягує залізні ошурки; провідник зі струмом повертає стрілку компаса; взаємодіють Місяць і Земля, а разом вони взаємодіють з Сонцем; взаємодіють зірки і зоряні системи, промінь світла відбивається від дзеркала і т. д. Подібним прикладам немає кінця. Схоже, що в природі існує нескінченна безліч взаємодій (сил)? Виявляється, ні!
Чотири типи сил. У безмежних просторах Всесвіту, на нашій планеті, в будь-якій речовині, в живих організмах, в атомах, в атомних ядрах і в світі елементарних частинок ми зустрічаємося з проявом всього лише чотирьох типів сил: гравітаційних, електромагнітних, сильних (ядерних) і слабких.
Важливо
Гравітаційні сили, або сили всесвітнього тяжіння, діють між усіма тілами, що мають масу, – всі тіла притягуються одне до одного.
Але це тяжіння істотно зазвичай лише тоді, коли хоча б одне з взаємодіючих тіл так само велике, як Земля або Місяць. Інакше ці сили настільки малі, що ними можна знехтувати.
Припустіть, в яких випадках гравітаційна сила може змінити траєкторію руху Землі.
Важливо
Електромагнітні сили діють між частинками, що мають електричні заряди.
Сфера їх дії особливо велика й різноманітна. В атомах, молекулах, твердих, рідких і газоподібних тілах, живих організмах саме електромагнітні сили є головними. Такі, здавалося б, чисто механічні сили, як сили тертя і пружності, мають електромагнітну природу. Велика їх роль в атомах.
Спробуйте, знаючи, що всі тіла складаються з молекул, пояснити, чому сили пружності і тертя мають електромагнітну природу.
Важливо
Ядерні сили діють між частинками в атомних ядрах і визначають властивості ядер.
Область дії ядерних сил дуже обмежена. Вони помітні тільки всередині атомних ядер (т. Е. На відстанях порядку 10-15 м). Вже на відстанях між частинками близько 10-13 м (в тисячу разів менших розмірів атома – 10-10 м) вони не виявляються зовсім.
Розкажіть однокласникам, що вам відомо про ядерні сили. Чи помічаєте ви в побуті прояв дії ядерних сил?
Важливо
Слабкі взаємодії викликають взаємні перетворення елементарних частинок, визначають радіоактивний розпад ядер, реакції термоядерного синтезу.
Вони проявляються на ще менших відстанях, порядку 10-17 м.
Ядерні сили – найпотужніші в природі. Якщо інтенсивність ядерних сил прийняти за одиницю, то інтенсивність електромагнітних сил складе 10-2, гравітаційних – 10-40, слабких взаємодій – 10-16.
Сильні (ядерні) і слабкі взаємодії проявляються на таких малих відстанях, коли закони механіки Ньютона, а з ними разом і поняття механічної сили втрачають сенс.
Інтенсивність сильної і слабкої взаємодій вимірюється в одиницях енергії (в електрон-вольтах), а не одиницях сили, і тому застосування до них терміна «сила» пояснюється багатовіковою традицією всі явища в навколишньому світі пояснювати дією характерних для кожного явища «сил».
У механіці ми будемо розглядати тільки гравітаційні й електромагнітні взаємодії.
Сили в механіці. У механіці зазвичай мають справу з трьома видами сил – силами тяжіння, силами пружності і силами тертя.