Взаимодействие в физике кратко

Обновлено: 05.07.2024

Взаимодействие в физике - это воздействие частиц или тел друг на друга, приводящее к изменению состояния их движения.

Изменение состояния тел в пространстве

Несмотря на разнообразие воздействий тел друг на друга, в природе имеется лишь четыре типа фундаментальных воздействия:

гравитационные;
слабые взаимодействия;
сильные взаимодействия;
электромагнитные взаимодействия.

Любые изменения в природе происходят в результате взаимодействия между телами. Чтобы изменить положение вагона на рельсах, железнодорожники направляют к нему локомотив, который смещает вагон с места и приводит его в состояние движения. Парусник может длительное время стоять у берега, пока не подует попутный ветер, который подействует на его паруса. Колеса игрушечной машины могут вращаться с любой скоростью, но игрушка не изменит своего положения, если под нее не подложить дощечку или линейку. Форму или размер пружины можно изменить, лишь подвесив к ней грузило или потянув рукой за один из ее концов.

Все тела в природе действуют один на другого или непосредственно через физические поля. Если тепловоз действует на вагон и меняет его скорость, то скорость тепловоза при этом также меняется в результате обратного действия вагона. Солнце действует на Землю и тела, удерживая ее на орбите. Но и Земля притягивает Солнце, и в свою очередь меняет его траекторию. Итак, во всех случаях можно говорить лишь о взаимном действие тел - взаимодействие.

При взаимодействии меняются скорости тел или их частей. С другой стороны, взаимодействуя с разными телами, оно по-разному будет изменять свою скорость. Так, парусник может приобрести скорости из-за действия на него ветра. Но такого же результата можно достигнуть, включив двигатель, размещенный на паруснике. Его может сдвинуть с места и катер, действующий на парусник через трос. Чтобы не называть каждый раз все взаимодействующие тела, или тела, которые действуют на данное него, все эти действия объединяют одним понятие силы.

Что такое сила?

Сила, воспринимая его как физическое понятие может быть большей или меньшей, а также учитывая вызванные ею изменения в состоянии тела или его частей.

Готовые работы на аналогичную тему

Сила – это физическая величина, которая характеризуется как действие одного тела на другое.

Действие тепловоза на вагон будет значительно интенсивней, чем действие нескольких грузчиков. Под действием тепловоза вагон быстрее сдвинется с места и начнет двигаться с большей скоростью, чем тогда, когда вагон будут толкать грузчики, которые чуть сместят вагон или вовсе не сдвинут с места.

Для того чтобы производить математические расчеты, силу обозначают латинской буквой $F$.

Как и все остальные физические величины, сила имеет определенные единицы. В наши дни наука пользуется единицей, которая называется ньютоном ($H$). Она получила такое название в честь ученого Исаака Ньютона, который внес значительный вклад в развитие физической и математической науки.

И. Ньютон - выдающийся английский ученый, основатель классической физики. Его научные работы касаются механики, оптики, астрономии и математики. Он сформулировал законы классической механики, открыл дисперсии света, разработал дифференциальный и интегральное исчисления и т.д.

Измерение силы

Для измерения силы применяют специальные приборы, которые называются динамометрами. Стоит отметить, что указать числовое значение силы не всегда достаточно для определения данных ее действия. Нужно знать точку ее приложения и направление действия.

Если высокий брусок, что стоит на столе, толкать в нижней части, то он будет скользить на поверхности стола. Если же к нему прилагать силу в верхней его части, то он просто опрокинется.

Понятно, что направление падения бруска зависит от того, в каком направлении будем его толкать. Итак, сила это также направление. От направления силы зависит изменение скорости тела, на которые эта сила действует.

Пользуясь графическом методом, можно проводить различные математические операции с силами. Так, если в одной точке на теле прилагаемые силы $2H$ и $CH$ действуют в одном направлении, то их действие можно заменить одной силой, которая работает в том же направлении, а ее значение равняется сумме значений каждой из сил. Вектор этой силы имеет длину, которая равняется сумме длин обоих векторов.

Равнодействующая сила - это сила, действие которой одинаково действует на нескольких сил, приложенных к телу в определенной точке.

Возможен иной случай, когда силы прилагаемые в одной точке тела, действуют в противоположных напрямую. В таком случае их можно заменить одной силой, движущейся в направлении большей силы, а ее значение равняется разности значений каждой силы. Длина вектора этой силы равняется разницей длины векторов прилагаемых сил.

Инерция - это явление сохранения телами постоянной скорости, когда на них не действуют другие тела. Состоит данное явление в том, что для изменения скорости тела требуется определенное время. Инерцию нельзя измерить, ее можно только наблюдать, или воспроизвести.

Заметим, что в земных условиях нельзя создать обстоятельства, при которых на тело не действуют силы, ведь всегда существует земное притяжение, сила сопротивления двигательные и тому подобное. Явление инерции открыл известный ученый Галилео Галилей.

Единицы измерения массы

Для количественного выражения инертности пользуются физической величиной, называемой массой.

Масса - это физическая величина, характеризующая инертные свойства тела.

Килограмм относится к основным единиц Международной системы единиц (СИ). За единицу массы - килограмма, была принята масса специально изготовленного образца (эталона). Он сделан из сплава иридия и платины, и имеет форму цилиндра. Сохраняется эталон массы в г. Севре (Франция), в Международном бюро мер и весов.

Для килограмма применяют такие производные единицы:

1 г = 0,001 кг (10 3 кг);
1 мг = 0,000001 кг (10 6 кг);
1 т = 1000 кг = (103 кг);
1 ц = 100 кг = (102 кг).

Стоит отметить, что для прямого измерения массы применяют различные весы. Среди них самые распространенные и самые простые - рычажные. На этих весах сравнивают взаимодействие с Землей тела и эталонных гирь, возложенных на чашу весов. На практике применяют и другие весы, которые приспособлены к различным условиям работы и имеют разные конструкции. В данном случае, точность измерения массы имеет большое значение.

Известны четыре основных физических взаимодействия, которые определяют структуру нашего мира: сильные, слабые, электромагнитные и гравитационные.

1. Сильные взаимодействия происходят на уровне атомных ядер и представляют собой взаимное притяжение их взаимных частей. Действуют на расстояниях примерно 10 -13 см. Одно из проявлений сильных взаимодействий — ядерные силы. Сильные, взаимодействия открыты Э. Резерфордом в 1911 году одновременно с открытием атомного ядра. Переносчиками сильных взаимодействий являются глюоны. Ядерные силы не зависят от заряда частиц. В сильных взаимодействиях величина заряда сохраняется.

2. Электромагнитное взаимодействие в 100-1000 раз слабее
сильного взаимодействия, но более дальнодействующее. Свойственно электрически заряженным частицам. Носителем электромагнитного взаимодействия является не имеющий заряда фотон – квант электромагнитного поля. В процессе электромагнитного взаимодействия электроны и атомные ядра соединяются в атомы, атомы – в молекулы. Электромагнитное взаимодействие связано с электрическими и магнитными полями. Электрическое поле возникает при наличии электрических зарядов, а магнитное поле — при их движении. Различные агрегатные состояния вещества, явление трения, упругие и другие свойства вещества определяются преимущественно силами межмолекулярного взаимодействия, которое по своей природе является электромагнитным. Электромагнитное взаимодействие описывается фундаментальными законами электростатики и электродинамики: законом Кулона, законом Ампера и др. Его наиболее общее описание дает электромагнитная теория Максвелла, основанная на фундаментальных уравнениях, связывающих электрическое и магнитное поля.

3. Слабые взаимодействия слабее электромагнитного. Радиус его действия 10 -15 - 10 -22 см. Слабое взаимодействие связано с распадом частиц, например, с происходящими в ядре превращениями протона в нейтрон, позитрон и нейтрино. Испускаемое нейтрино обладает огромной проницающей способностью — оно проходит через железную плиту толщиной миллиард километров. При слабых взаимодействиях меняется заряд частиц. Слабое взаимодействие представляет собой не контактное взаимодействие, а осуществляется путем обмена промежуточными тяжелыми частицами — бозонами.

4. Гравитационное взаимодействие характерно для всех материальных объектов вне зависимости от их природы. Оно заключается во взаимном притяжении тел и определяется фундаментальным законом всемирного тяготения: между двумя точечными телами действует сила притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. Гравитационным взаимодействием определяется падение тел в поле сил тяготения Земли. Законом всемирного тяготения описывается, например, движение планет Солнечной системы и различных макрообъектов. Предполагается, что гравитационное взаимодействие обусловливается некими элементарными частицами — гравитонами, существование которых к настоящему времени экспериментально не подтверждено.

Гравитационное взаимодействие во много раз слабее электромагнитного. Оно не учитывается в теории элементарных частиц, поскольку на характерных для них расстояниях порядка 10 -13 см дает чрезвычайно малые эффекты. Однако на ультрамалых расстояниях (10-33 см) и при ультрабольших энергиях гравитация вновь приобретает существенное значение. Сверхтяжелые виртуальные частицы создают вокруг себя заметное гравитационное поле, которое искажает геометрию пространства. В космических масштабах гравитационное взаимодействие имеет решающее значение. Радиус его действия не ограничен.

От силы взаимодействия зависит время, в течение которого совершается превращение элементарных частиц. Ядерные реакции, связанные с сильными взаимодействиями, происходят в течение 10 -24 — 10 -23 с. Это приблизительно тот кратчайший интервал времени, за который частица, ускоренная до высоких энергий, до скорости, близкой скорости света, проходит через элементарную частицу размером порядка 10 -13 см. Изменения, обусловленные электромагнитными взаимодействиями, осуществляются в течение 10-19 — 10 -21 с, а слабыми (например, распад элементарных частиц) — в основном 10 -10 с.

Все четыре взаимодействия необходимы и достаточныдля построения разнообразного мира. Без сильных взаимодействий не существовали бы атомные ядра. Без электромагнитных взаимодействий не было бы ни атомов, ни молекул, ни макроскопических объектов, а также тепла и света. Без слабых взаимодействий не были бы возможны ядерные реакции в недрах Солнца и звезд, не происходили бы вспышки сверхновых звезд и необходимые для жизни тяжелые элементы не могли бы распространиться во Вселенной. Без гравитационного взаимодействия не только не было бы галактик, звезд, планет, но и вся Вселенная не могла бы эволюционировать, поскольку гравитация является объединяющим фактором, обеспечивающим единство Вселенной как целого и ее эволюцию.

Современная физика пришла к выводу, что все четыре фундаментальных взаимодействия, необходимые для создания из элементарных частиц сложного и разнообразного материального мира, можно получить из одного фундаментального взаимодействия — суперсилы. Наиболее ярким достижением стало доказательство того, что при очень высоких температурах (или энергиях) все четыре взаимодействия объединяются в одно. При энергии в 100 ГэВ объединяются электромагнитное и слабое взаимодействия. Такая температура соответствует температуре Вселенной через 10 -10 с после Большого взрыва. При энергии 10 15 ГэВ к ним присоединяется сильное взаимодействие, а при энергии 10 19 ГэВ происходит объединение всех четырех взаимодействий.

Это предположение носит чисто теоретический характер, поскольку экспериментальным путем его проверить невозможно. Косвенно эти идеи подтверждаются астрофизическими данными, которые можно рассматривать как экспериментальный материал, накопленный Вселенной.

После появления квантовой теории поля представление о В. существенно изменилось. Согласно этой теории, любое поле состоит из частиц ‒ квантов этого поля. Каждому полю соответствуют свои частицы. Например, квантами электромагнитного поля являются фотоны. Заряженные частицы непрерывно испускают и поглощают фотоны, которые и образуют окружающее их электромагнитное поле. Электромагнитное В. в квантовой теории поля является результатом обмена частиц фотонами, т. е. фотоны являются переносчиками этого В. Аналогично, другие виды В. возникают в результате обмена частиц квантами соответствующих полей (см. Квантовая теория поля ).

Несмотря на разнообразие воздействий тел друг на друга (зависящих от В. слагающих их элементарных частиц), в природе по современным данным имеется лишь четыре типа фундаментальных В. Это (в порядке возрастания интенсивности В.): гравитационные В. (см. Тяготение ), слабые взаимодействия (отвечающие за распады элементарных частиц), электромагнитные взаимодействия , сильные взаимодействия (обеспечивающие, в частности, связь частиц в атомных ядрах: ядерные силы возникают благодаря тому, что протоны и нейтроны обмениваются частицами ядерного поля ‒ пи-мезонами ). Интенсивности В. определяются так называемыми константами связи (в частности, для электромагнитных В. константой связи является электрический заряд).

Современная квантовая теория электромагнитных В. превосходно описывает все известные электромагнитные явления. Количественная теория сильных и слабых В. пока не построена. В обычных гравитационных В. тел квантовые эффекты считаются несущественными.

Кроме перечисленных силовых В., в системах, состоящих из одинаковых частиц (которые, согласно одному из принципов квантовой механики ‒ тождественности принципу , являются неразличимыми), появляются специфические несиловые В., не зависящие от констант связи. Так, частицы с полуцелым спином испытывают эффективное отталкивание (в соответствии с Паули принципом ), а частицы с целым спином, напротив, ‒ эффективное притяжение (см. Статистическая физика , раздел Квантовая статистика). Эти несиловые В. могут также приводить к изменению силовых В. между частицами (см. Обменное взаимодействие ).

Лит.: Григорьев В. И., Мякишев Г. Я., Силы в природе, 3 изд., М., 1969.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Полезное

Смотреть что такое "Взаимодействие (в физике)" в других словарях:

Взаимодействие (философ.) — Взаимодействие, одна из основных философских категорий, отражающая процессы воздействия различных объектов друг на друга, их взаимную обусловленность и изменение состояния или взаимопереход, а также порождение одним объектом другого. В.… … Большая советская энциклопедия

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ — в физике, воздействие тел или ч ц друг на друга, приводящее к изменению состояния их движения. В механике Ньютона взаимное действие тел друг на друга количественно характеризуется силой. Более общей хар кой В. явл. потенц. энергия. Первоначально… … Физическая энциклопедия

Взаимодействие — I Взаимодействие одна из основных философских категорий, отражающая процессы воздействия различных объектов друг на друга, их взаимную обусловленность и изменение состояния или взаимопереход, а также порождение одним объектом другого. В.… … Большая советская энциклопедия

взаимодействие — ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ философская категория, отражающая процессы воздействия объектов друг на друга, их взаимную обусловленность и порождение одним объектом другого. В. универсальная форма движения и развития, оно определяет существование и… … Энциклопедия эпистемологии и философии науки

Взаимодействие Юкавы — В физике элементарных частиц взаимодействие Юкавы, названное в честь Хидэки Юкавы, это взаимодействие между скалярным полем и дираковским полем : (скаляр) или (псевдоскаляр). Взаимодействие Юкавы можно использовать для описания сильных ядерных… … Википедия

Взаимодействие многих тел — Комплекс задач о взаимодействии многих тел достаточно обширный, и является одним из базовых, далеко не полностью разрешённых, разделов механики. В рамках ньютоновской концепции проблема ветвится на: комплекс задач столкновения двух и более… … Википедия

Электрон-фононное взаимодействие — в физике взаимодействие электронов с фононами (квантами колебаний кристаллической решётки). Причиной электрон фононного взаимодействия является изменение электрического поля из за деформации решётки, называемое деформационным потенциалом.… … Википедия

Квадрупольное взаимодействие — взаимодействие систем заряженных частиц на большом расстоянии друг от друга при условии, что полный электрический заряд каждой системы и её электрический Дипольный момент равны нулю. Если электрический заряд или дипольный момент системы… … Большая советская энциклопедия

Слабое взаимодействие — Слабое взаимодействие, или слабое ядерное взаимодействие одно из четырёх фундаментальных взаимодействий в природе. Оно ответственно, в частности, за бета распад ядра. Это взаимодействие называется слабым, поскольку два других взаимодействия … Википедия

Взаимодействие в физике – это воздействие тел или частиц друг на друга, приводящее к изменению их движения.

Как известно, при неравномерном движении скорость тела меняется с течением времени. Изменение скорости тела происходит под действием другого тела.

Проведем опыт. Прикрепим к тележке упругую пластину, изогнем и свяжем ниткой. Тележка относительно стола находится в покое. Перережем нить. Пластинка выпрямится, но тележка останется на своем месте.

Теперь вплотную к согнутой пластинке поставим такую же тележку и снова перережем нитку. Пластинка выпрямится, в результате чего обе тележки придут в движение относительно стола – они разъедутся в разные стороны.

Из опыта стало ясно, что скорость тела меняется только в результате воздействия на него другого тела (в нашем опыте – второй тележки). Тележки действуют друг на друга – взаимодействуют. Следовательно, действие одного тела на другое не одностороннее, оба тела действуют друг на друга, т. е. взаимодействуют.

Рассмотрим пример взаимодействия двух лодок. Если человек, сидящий в лодке, отталкивает от себя вторую лодку, происходит взаимодействие и обе лодки приходят в движение.

В случае, когда человек прыгает с лодки на берег, то лодка отходит в противоположную от берега сторону (противоположно прыжку). В этом случае человек подействовал на лодку, но и лодка подействовала на человека. Он приобрел скорость, направленную к берегу.

Следовательно, в результате взаимодействия оба тела могут изменить свою скорость.

Читайте также: