Кои Са Четирите Основни Сили На Природата?

{h1}

Четири основни сили на природата стоят зад всичко, което правим - от падане до орбита на слънцето. Научете за четирите основни сили на природата.

-Като седите пред компютъра си, четейки тази статия, може да не сте наясно с множеството сили, които действат върху вас. А сила се дефинира като натискане или издърпване, което променя състоянието на движение на обекта или кара обекта да се деформира. Нютон определи сила като всичко, което кара да се ускори обект - F = ma, къде F е сила, m е маса и а е ускорение.

Познатата сила на земно притегляне дърпа те надолу на мястото си, към центъра на Земята. Усещате го като тежест. Защо не паднеш през мястото си? Е, още една сила, електромагнетизма, държи атомите на вашата седалка заедно, предотвратявайки навлизането на вашите атоми върху тези на вашата седалка. Електромагнитните взаимодействия в компютърен монитор също са отговорни за генерирането на светлина, която ви позволява да четете екрана.

-Гравитацията и електромагнетизмът са само две от четирите основни сили на природата, по-специално две, които можете да наблюдавате всеки ден. Какви са другите двама и как те се отразяват, ако не можете да ги видите?

Останалите две сили работят на атомно ниво, което никога не усещаме, въпреки че са направени от атоми. Най- силна сила държи ядрото заедно. И накрая, слаба сила е отговорен за радиоактивно разпад, по-специално за бета-разпад, при който неутронът в ядрото се променя в протон и електрон, който се изхвърля от ядрото.

Без тези основни сили вие и цялата друга материя във Вселената бихте се разпаднали и изплували. Нека разгледаме всяка основна сила, какво прави всеки, как е открита и как тя се отнася към останалите.

Гравитацията те сваля?

Това малко момче е на път да разбере за какво е гравитацията.

Това малко момче е на път да разбере за какво е гравитацията.

-Първата сила, която някога сте осъзнали, вероятно е гравитацията. Като малко дете трябваше да се научиш да се изправяш срещу него и да ходиш. Когато се спънете, веднага почувствате, че гравитацията ви връща обратно на пода. Освен че създава проблеми на малки деца, гравитацията държи Луната, планетите, слънцето, звездите и галактиките заедно във Вселената в съответните им орбити. Тя може да работи на огромни разстояния и има безкраен обхват.

Исак Нютон предвиждаше гравитацията като придърпване между всеки два обекта, което беше пряко свързано с техните маси и обратно свързано с квадрата на разстоянието, което ги разделя. Законът му за гравитация позволи на човечеството да изпрати астронавти на Луната и роботизирани сонди до външните достижения на нашата Слънчева система. От 1687 г. до началото на 20 век идеята на Нютон за гравитацията като „буксир“ между всякакви два обекта доминира физиката.

Но едно явление, което теориите на Нютон не можаха да обяснят, беше особената орбита на Меркурий. Изглежда самата орбита се върти (известна още като прецесия). Това наблюдение осуетява астрономите от средата на 1800-те. През 1915 г. Алберт Айнщайн осъзнава, че законите на движението и гравитацията на Нютон не се прилагат за обекти с висока гравитация или с висока скорост, като скоростта на светлината.

В своята обща теория на относителността Алберт Айнщайн предвижда гравитацията като изкривяване на пространството, причинено от масата. Представете си, че поставяте топка за боулинг в средата на гумен лист. Топката прави депресия в листа (гравитационен кладенец или гравитационно поле). Ако хвърлите мрамор към топката, той ще изпадне в депресията (бъде привлечен от топката) и дори може да кръжи топката (орбита), преди да удари. В зависимост от скоростта на мрамора, той може да избяга от депресията и да премине топката, но депресията може да промени пътя на мрамора. Гравитационните полета около масивни предмети като слънцето правят същото. Айнщайн изведе закона на гравитацията на Нютон от собствената си теория на относителността и показа, че идеите на Нютон са специален случай на относителност, по-специално такъв, който се прилага за слаба гравитация и ниски скорости.

Когато разглеждаме масивни обекти (Земя, звезди, галактики), гравитацията се оказва най-мощната сила. Въпреки това, когато приложите гравитацията към атомното ниво, тя има малък ефект, защото масата на субатомните частици е толкова малка. На това ниво той всъщност е понижен до най-слабата сила.

Нека да разгледаме електромагнетизма, следващата фундаментална сила.

Да го поддържаме заедно с електромагнетизма

Да, всички знаят, че противоположностите привличат, дори и Паула Абдул.

Да, всички знаят, че противоположностите привличат, дори и Паула Абдул.

-Ако четкате косата няколко пъти, косата ви може да застане на края и да бъде привлечена от четката. Защо? Движението на четката придава електрически заряди на всеки косъм и еднакво заредените отделни косми се отблъскват взаимно. По същия начин, ако поставите еднакви полюси на два бара магнита заедно, те ще се отблъскват един друг. Но поставете противоположните полюси на магнитите близо един до друг и магнитите ще се привличат един друг. Това са познати примери за електромагнитна сила; противоположните такси привличат, докато подобно обвинения отблъскват.

Учените изучават електромагнетизма от 18-ти век, като няколко от тях правят забележителни приноси.

  • През 1785 г. известният френски физик Чарлз Кулом описва силата на електрически заредени предмети като пряко пропорционална на величините на зарядите и обратно свързана с квадрата на разстоянията между тях. Подобно на гравитацията, електромагнетизмът има безкраен диапазон.
  • През 1819 г. датският физик Ханс Кристиан Ерстед открива, че електричеството и магнетизмът са много свързани, което го кара да декларира, че електрически ток генерира магнитна сила.
  • Роденият в Британия физик и химик Майкъл Фарадей се занимава с електромагнетизъм, показвайки, че магнетизмът може да бъде използван за производство на електричество през 1839 година.
  • През 1860-те, Джеймс Клерк Максуел, шотландският фиш по математика и физика, извлече уравнения, които описват как са свързани електричеството и магнетизма.
  • Накрая холандецът Хендрик Лоренц изчисли силата, действаща върху заредена частица в електромагнитно поле през 1892г.

Когато учените разработили структурата на атома в началото на 20 век, те научили, че субатомните частици упражняват електромагнитни сили един върху друг. Например, положително заредените протони могат да държат отрицателно заредени електрони в орбита около ядрото. Освен това, електрони от един атом привличат протони от съседни атоми, за да образуват a остатъчна електромагнитна сила, което ви предпазва от падане през вашия стол.

Но как електромагнетизмът работи в безкраен диапазон в големия свят и на малък обхват на атомно ниво? Физиците смятали, че фотоните предават електромагнитна сила на големи разстояния. Но те трябваше да измислят теории за съгласуване на електромагнетизма на атомно ниво и това доведе до полето на квантова електродинамика (QED). Според QED, фотоните предават електромагнитна сила както макроскопски, така и микроскопски; обаче, субатомните частици постоянно обменят виртуални фотони по време на електромагнитните си взаимодействия.

-Но електромагнетизмът не може да обясни как ядрото се държи заедно. Именно там влизат в действие ядрените сили.

Нека ядрените сили да са с вас

Д-р Хидеки Юкава, вдясно, получава Нобеловата награда за физика в Стокхолм от тогавашния престолонаследник Густаф Адолф от Швеция на 10 декември 1949 г. за постулацията си на мезона.

-Д-Р. Хидеки Юкава, вдясно, получава Нобеловата награда за физика в Стокхолм от тогавашния престолонаследник Густаф Адолф от Швеция на 10 декември 1949 г. за постулацията си на мезона.

-Ядрото на всеки атом е изградено от положително заредени протони и неутрални неутрони. Електромагнетизмът ни казва, че протоните трябва да се отблъскват един друг и ядрото да се разделя. Знаем също, че гравитацията не играе роля в субатомна скала, така че в ядрото, което е по-силно от гравитацията и електромагнетизма, трябва да съществува някаква друга сила. Освен това, тъй като ние не възприемаме тази сила всеки ден, както правим с гравитацията и електромагнетизма, тогава тя трябва да действа на много къси разстояния, да речем, в скалата на атома.

Силата, която държи ядрото заедно, се нарича силна сила, наречени алтернативно силната ядрена сила или силното ядрено взаимодействие. През 1935 г. Хидеки Юкава моделира тази сила и предложи протоните, взаимодействащи помежду си и с неутроните, да обменят частица, наречена a месон - по-късно наречен a мезон - за предаване на силната сила.

През 50-те години на миналия век физиците изграждат ускорители на частици, за да изследват структурата на ядрото. Когато разбиха атоми заедно с висока скорост, намериха предвидените от Юкова пиони. Те открили също, че протоните и неутроните са направени от по-малки частици, наречени кварки, И така, силната сила държеше кварките заедно, което от своя страна държеше ядрото заедно.

Трябва да се обясни още един ядрен феномен: радиоактивен разпад. При бета-емисия неутрон се разпада в протон, анти-неутрино и електрон (бета частица). Електронът и анти-неутрино се изхвърлят от ядрото. Силата, отговорна за този разпад и емисиите, трябва да бъде различна и по-слаба от силната сила, така че това е жалко име - " слаба сила или слабата ядрена сила или слабото ядрено взаимодействие.

С откриването на кварки слабата сила се оказа отговорна за промяната на един тип кварк в друг чрез обмен на частици, наречени W и Z бозони, които бяха открити през 1983 г. В крайна сметка слабата сила прави ядрен синтез на слънце и звезди е възможно, тъй като позволява водородният изотоп деутерий да се образува и слее.

-Сега, че можете да назовете четирите сили - гравитацията, електромагнетизма, слабата сила и силната сила - ще видим как те се сравняват и взаимодействат една с друга.

Сравняване на основните сили

От полетата на QED и квантова хромодинамика, или QCD, полето на физиката, което описва взаимодействията между субатомните частици и ядрените сили, виждаме, че много от силите се предават от обекти, обменящи частици, наречени габаритни частици или габаритни бозони, Тези обекти могат да бъдат кварки, протони, електрони, атоми, магнити или дори планети. И така, как обменните частици предават сила? Помислете за два кънки на лед, стоящи на известно разстояние един от друг. Ако единият скейтър хвърли топка към другия, скейтърите ще се отдалечат по-далеч един от друг. Силите работят по подобен начин.

Физиците са изолирали габаритните частици за по-голямата част от силите. Силната сила използва пиони и друга частица, наречена a глуонен, Слабата сила използва W и Z бозони, Използва се електромагнитната сила фотони, Смята се, че гравитацията се предава от частица, наречена a гравитон; гравитоните обаче все още не са открити. Някои от габаритните частици, свързани с ядрените сили, имат маса, докато други нямат (електромагнетизъм, гравитация). Тъй като електромагнитната сила и гравитацията могат да действат на огромни разстояния като светлинни години, техните габаритни частици трябва да могат да пътуват със скоростта на светлината, може би дори по-бързо за гравитоните. Физиците не знаят как се предава гравитацията. Но според теорията на Айнщайн за специална относителност, нито един обект с маса не може да пътува със скоростта на светлината, така че има смисъл, че фотоните и гравитоните са габаритни частици без маса. Всъщност физиците категорично са установили, че фотоните нямат маса.

Коя сила е най-силната от всички тях? Това ще е силната ядрена сила. Той обаче действа само в кратък обхват, приблизително с размерите на ядро. Слабата ядрена сила е една милионна сила, колкото силната ядрена сила и има още по-къс обхват, по-малък от диаметъра на протона. Електромагнитната сила е около 0,7 процента толкова силна, колкото силната ядрена сила, но има безкраен обхват, тъй като фотоните, носещи електромагнитната сила, пътуват със светлината. И накрая, гравитацията е най-слабата сила при около 6 х 10-29 пъти от силната ядрена сила. Гравитацията обаче има безкраен диапазон.

-Физици в момента преследват идеите, че четирите основни сили може да са свързани и че те изплуват от една сила рано във Вселената. Идеята не е безпрецедентна. Някога мислихме за електричеството и магнетизма като отделни единици, но работата на Ерстед, Фарадей, Максуел и други показва, че те са свързани. Теориите, които свързват основните сили и субатомните частици, се наричат ​​подходящо велики обединени теории, Повече за тях следващата.

Обединяване на основните сили

Магнитното ядро ​​на Големия адронов колайдер може един ден да обедини силната сила със силата на електроотслабване.

Магнитното ядро ​​на Големия адронов колайдер може един ден да обедини силната сила със силата на електроотслабване.

-Наука никога не почива, така че работата по основните сили далеч не е приключила. Следващото предизвикателство е да се изгради една велика единна теория за четирите сили, което е особено трудна задача, тъй като учените се мъчат да съгласуват теориите на гравитацията с тези на квантовата механика.

Именно там са удобни ускорителите на частици, които могат да предизвикат сблъсъци при по-високи енергии. През 1963 г. физиците Шелдън Глашоу, Абдул Салам и Стив Вайнберг предполагат, че слабата ядрена сила и електромагнитната сила могат да се комбинират при по-високи енергии в това, което ще бъде наречено сила на електроослабване, Те прогнозираха, че това ще се случи при енергия от около 100 гига-електронни волта (100GeV) или температура 1015 К, възникнал малко след Големия взрив. През 1983 г. физиците достигат тези температури в ускорител на частици и показват, че електромагнитната сила и слабата ядрена сила са свързани.

Теориите прогнозират, че силната сила ще се обедини с силата на електроотслабване при енергии над 1015 GeV и че всички сили могат да се обединят при енергии над 1019 GeV. Тези енергии се доближават до температурата в най-ранната част на Големия взрив. Физиците се стремят да изграждат ускорители на частици, които могат да достигнат тези температури. Най-големият ускорител на частици е Големият адронен сблъсък в CERN в Женева, Швейцария. Когато се появи онлайн, той ще може да ускори протоните до 99,99 процента от скоростта на светлината и да достигне енергии на сблъсък от 14 тера-електронни волта или 14 TeV, което е равно на 14 000 GeV или 1,4 x 104 GeV.

-Ако физиците могат да покажат, че четирите основни сили наистина са произлезли от една обединена сила, когато Вселената се охлади от Големия взрив, това ще промени ли ежедневието ви? Вероятно не. Въпреки това, това ще подобри нашето разбиране за същността на силите, както и за произхода и съдбата на Вселената.


Видео Добавка: Индивидуални консултации.




Изследване


Всички Отговори На Вашите Въпроси Относно Новото Изображение На Черната Дупка
Всички Отговори На Вашите Въпроси Относно Новото Изображение На Черната Дупка

Мама Или Татко? Как Да Кажа На Уеб Celeb Eagle Родители Освен
Мама Или Татко? Как Да Кажа На Уеб Celeb Eagle Родители Освен

Наука Новини


Водите Нарастват: Как Наводненията На Харви Застрашават Здравето
Водите Нарастват: Как Наводненията На Харви Застрашават Здравето

Мистериозно Море Се Откри През Антарктическата Зима. Сега Учените Знаят Защо.
Мистериозно Море Се Откри През Антарктическата Зима. Сега Учените Знаят Защо.

Деца И Наука, Полезни За Повече От Просто Степен
Деца И Наука, Полезни За Повече От Просто Степен

Този Паразит Е Изненадваща Причина За Припадъци В Сащ
Този Паразит Е Изненадваща Причина За Припадъци В Сащ

Телефонното Обаждане На Мама Помага Да Се Открие Най-Старият Динозавър С Дълги Гърди При Запис
Телефонното Обаждане На Мама Помага Да Се Открие Най-Старият Динозавър С Дълги Гърди При Запис


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2020 BG.WordsSideKick.com