Масса в мире природы и техники сообщение
Обновлено: 18.05.2024
Железнобитонная плита размером 4 м * 0,5 м * 0,25 м погружена в воду наполовину. какова архимедова сила, действующая сила на нее? плотность воды 1000 кг/м3
Велосипед движется равномерно по окружности радиусом 100 м и делает 1 оборот за 2 мин. Путь и перемещение велосипедиста за 1 мин соответственно равны
1. Классификацию галактик Хаббла часто называют камертонной. Поясните причину такого названия. 2. Определите, какой промежуток времени требуется свету, чтобы пересечь Большое и Малое Магеллановы Облака в поперечнике
Мы все интуитивно понимаем, что такое масса. Мы умеем взвешивать предметы и сравнивать, кто из них тяжелее и насколько. Для этого мы придумали килограммы и фунты. Но откуда у тел берётся масса? И что это вообще такое? К сожалению, физика ещё не до конца разобралась с этими вопросами, но известно уже очень многое.
И все мы, и всё что нас окружает состоит из элементарных частиц. В основном, из электронов, протонов и нейтронов. Кроме того, нас пронизывают потоки огромного количества нейтрино, идущих от Солнца. Однако они так слабо взаимодействуют с чем-либо, что мы их практически не замечаем. Можно сказать, что наша масса - это сумма масс частиц, из которых мы состоим. Тогда надо ответить на вопрос, откуда масса берётся у этих частиц.
Поле Хиггса
Общепринято считать, что наша Вселенная возникла в результате Большого Взрыва около 14 миллиардов лет назад. В самые первые моменты жизни Вселенной почти все частицы были безмассовыми и передвигались со скоростью света. Но в какой-то момент, который наступил на самом деле через ничтожные доли секунды после взрыва, включилось так называемое поле Хиггса, пронизавшее всю Вселенную и дав массу абсолютному большинству элементарных частиц. Безмассовыми остались лишь кванты света фотоны и глюоны, обеспечивающие связь кварков в протонах и нейтронах.
Когда поле Хиггса включилось, оно изменило среду, в которой распространяются другие частицы, и тем самым изменило поведение этих частиц. Поле Хиггса можно сравнить с густым сиропом, который как бы замедляет движение частиц.
Но почему поле Хиггса включилось? И почему некоторые частицы больше взаимодействуют с полем Хиггса, чем другие? Короткий ответ на эти закономерные вопросы: мы не знаем. Именно поэтому экспериментальное открытие кванта поля Хиггса — бозона Хиггса — лишь начало его исследований.
Не только поле Хиггса
Поле Хиггса даёт массу фундаментальным частицам — электронам и кваркам, из которых мы состоим и которые нельзя разбить на более мелкие части. Но на самом деле это лишь небольшая доля массы во Вселенной.
Большая часть массы заключена в протонах и нейтронах. И источник этой массы — сильное ядерное взаимодействие. Каждый протон и нейтрон состоит из трёх кварков, движущихся с огромной, близкой к скорости света, скоростью и удерживаемых внутри протона или нейтрона глюонами — частицами, переносящими сильное взаимодействие. Именно энергия этого взаимодействия между кварками и глюонами и придаёт большую часть массы протонам и нейтронам. Здесь надо учесть знаменитую формулу Эйнштейна, которая устанавливает эквивалентность массы и энергии E = mc².
Хотя и протон, и нейтрон состоят из трёх кварков, между ними есть небольшая разница. Дело в том, что существует несколько типов кварков. Те, из которых состоит привычное нам вещество, называются верхним, или u-кварком, и нижним, или d-кварком.
Протон состоит из двух верхних и одного нижнего кварков, а нейтрон наоборот — из двух нижних и одного верхнего. Из-за сходного состава масса, которую эти две частицы приобретают за счёт сильного взаимодействия, практически одинакова. Однако нейтроны немного массивнее, и это различие чрезвычайно важно.
Дело в том, что из-за этой разницы свободный нейтрон может самопроизвольно превратиться в протон, испустив электрон и нейтрино. Этот, так называемый бета-распад, играет важную роль в химии и, следовательно, биологии. Если бы наоборот протоны были тяжелее, чем нейтроны, то вместо этого распадались бы они, и Вселенная, в том виде как мы её знаем, существовать бы не могла.
Небольшое различие между массами протонов и нейтронов объясняется тем, что нижние кварки чуть-чуть сильнее взаимодействуют с полем Хиггса, чем верхние кварки.
Что насчёт нейтрино?
Итак, элементарные частицы получают свою массу за счёт взаимодействия с полем Хиггса, но, возможно, из них есть исключение: нейтрино. Нейтрино сильно отличаются от других частиц тем, что имеют чрезвычайно малые массы (в миллион раз меньше, чем электрон, следующая по лёгкости частица). Кроме того, они электрически нейтральны, то есть незаряжены, и очень редко взаимодействуют с другими частицами.
Сейчас среди учёных нет единого мнения, почему нейтрино такие лёгкие. Теоретики рассматривают множество возможностей. Например, возможно, что нейтрино являются их собственными античастицами, то есть антинейтрино идентично нейтрино. Если это так, то нейтрино никак не могут приобретать массу от поля Хиггса, и для них требуется какой-то особый, более слабый механизм.
В этом случае нейтрино могли бы получать массу от хиггсоподобного поля, которое так же, как и поле Хиггса, должно быть электрически нейтрально и охватывать всю Вселенную. Такое поле, однако, пока что не открыто.
В других теориях масса нейтрино появляется из дополнительных, совершенно новых источников, которые могли бы также объяснить и другие современные загадки физики элементарных частиц — например, проблему тёмной материи, которая, по мнению многих физиков, состоит из ещё неоткрытых частиц.
Проблема с изучением нейтрино заключается в том, что оно очень слабо взаимодействует с обычным веществом. Для регистрации этих частиц приходится строить огромные детекторы, содержащие миллионы тонн воды. Станция IceCube, расположенная в Антарктиде, для ловли нейтрино задействует кубический километр льда.
Сейчас, однако, количество нейтринных экспериментов значительно увеличилось и продолжает расти. Разрабатываются детекторы нового поколения, обладающие повышенной чувствительностью, и как следствие, меньшими размерами. При этом нейтрино таят в себе много тайн, и скорее всего именно здесь можно ожидать следующих больших открытий в физике элементарных частиц.
Физика 7 класс. Конспект. Масса
Для всех тел характерно свойство по-разному менять свою скорость при взаимодействии. Это свойство тела называют инертностью.
Чем меньше меняется скорость тела при взаимодействии, тем большую массу оно имеет. Такое тело называют более инертным.
Чем больше меняется скорость тела при взаимодействии, тем меньшую массу оно имеет. Это тело менее инертно.
Масса тела – это физическая величина, которая является мерой инертности тела.
Любое тело, в том числе и небесные тела, обладает массой.
Если после взаимодействия двух изначально покоившихся тел, их скорости одинаковы , значит, массы этих тел равны .
Если после взаимодействия двух изначально покоившихся тел, их скорости различны , то скорость тела с меньшей массой будет больше . И наоборот, скорость тела с большей массой будет меньше .
Одной из важнейших характеристик любого тела является его масса. Во многих физических законах и уравнениях масса тела играет одну из важнейших ролей, иногда совершенно меняя результат физического явления. Например, при равном объёме всплывание тела в одной и той же жидкости определяется исключительно массой. Поговорим о том, что это за величина, какие у неё свойства и особенности, на что влияет масса тела.
Масса тела
Для знакомства с физической природой массы проще всего провести опыт с телами одинаковой формы и размеров, но различной массы. Например, можно взять небольшой воздушный шарик, футбольный мяч и чугунное ядро тех же размеров (20—25 см диаметром).
Несмотря на одинаковые размеры, эти три тела при броске поведут себя совершенно по-разному. Воздушный шарик после удара по нему сразу приобретёт скорость, практически равную скорости руки. Но далее его скорость будет очень быстро уменьшаться из-за воздушного сопротивления. Футбольный мяч после удара пролетит гораздо дальше — на десятки метров. Но сообщить ему ту же начальную скорость, как воздушному шарику, будет труднее. Если же взять чугунное ядро, то силы мускулов хватит лишь на то, чтобы бросить его на пару метров.
Почему же в приведённых трёх примерах получается совершенно разный результат? Ответ заключается в разнице масс используемых предметов.
Рис. 1. Масса тела
Свойства массы
Масса — это свойство любого материального объекта. Из-за наличия массы телам невозможно сообщить скорость мгновенно. Потребуется некоторое время, за которое тело наберёт скорость — тем большее, чем больше инертность тела, то есть чем большей массой оно обладает.
Масса также участвует в гравитационных взаимодействиях, она входит в формулу закона всемирного тяготения, учитывается в расчётах движения небесных тел. Неоднократные опыты доказывают эквивалентность инертной и гравитационной массы. Однако причина этого равенства — вопрос, открытый в современной физике.
Рис. 2. Гравитация в физике.
Единица измерения массы в СИ — килограмм (кг). Это базовая единица, то есть она не выводится из других, а сравнивается с некоторым эталоном. Изначально эталоном килограмма был вес воды объёмом 1 литр. Позже за эталон был принят специально изготовленный цилиндр диаметром и высотой 39,17 мм, сделанным из платино-иридиевого сплава. Сейчас килограмм определяется из фундаментальных физических констант (таких, как постоянная Планка, постоянная Больцмана).
Рис. 3. Эталон килограмма
Что мы узнали?
Любой материальный объект обладает инертностью, то есть для того чтобы изменить его скорость, требуется некоторое время и силы. Мера инертности — это масса. Масса также участвует в гравитационном взаимодействии. Измеряется масса в килограммах.
Читайте также: