Как регистрируют частицы - Боровой А.А.
Скачать (прямая ссылка):
2. Тело находится на таком же расстоянии от Земли, как Луна. Сколько времени оно будет падать на Землю, если период обращения Луны вокруг Земли (лунный месяц) равен 27,3 дня?
3. Сравните силы гравитационного и кулоновского притяжения между протоном и электроном (е = 1,6•1O-10 Кл, те = 9, Ix XlO-31 кг, /пр = 1,67.1O-27 кг).
4. Искусственный спутнпк массой т движется вокруг Земли по эллипсу. Наименьшее расстояние между ними C1, наибольшее °2 (0I радиуса Земли). Чему равен момент импульса этого спутника относительно Земли?
5. Ядро урана массой М, летящее со скоростью ия, самопроизвольно (спонтанно) распадается на два осколка равной массы, один из которых вылетает со скоростью V1 под углом а к первоначальному направлению полета ядра. Определить скорость и угол вылета второго осколка.
20
Глава 8
ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ И СТРОЕНИЕ АТОМА
3.1. Уравнения Максвелла
1 октября 1931 г. в Вестминстерском аббатстве _ месте захоронения тех, кого часто награждают эпитетом Великий, недалеко от надгробия Исаака Ньютона собрались крупнейшие физики нашего века. Их имена не раз встретятся на страницах этой книги: Макс Планк, Эрнест Резерфорд, Нильс Бор, Джозеф Джон Томсон. Они стояли перед только что установленными мемориальными досками, чтобы почтить память создателей учения об электромагнетизме: Майкла Фарадея и Джеймса Максвелла.
За сто лет до этого, после долгой и напряженной работы Фарадей открыл закон электромагнитной индукции. И в 1831 г. в Шотландском городе Эдинбурге родился тот, кто смог сконцентрировать мысли Фарадея в строгой форме математических уравнений — уравнений Максвелла.
Ему не была суждена долгая жизнь. Она не изобиловала яркими внешними событиями, но что касается физики — «шла могучим и бурным потоком, глубину которого смогли измерить далеко не сразу» (Дж. Дж. Томсон).
Уравнений Максвелла — четыре. В них — вся совокупность электрических и магнитных явлений, вся классическая электродинамика, создававшаяся в XIX веке.
Однако Максвелл не ограничился просто математическим описанием уже известных фактов. Он уловил глубокую связь, существующую между электричеством и магнетизмом и добавил в одно из уравнений член, который носит название «ток смещения». Это добавление (многие сказали бы «произвольное» потому, что соответствующего физического явления еще никто не наблюдал) имело далеко идущие следствия.
Появилось решение уравнений, описывающее электрическое и магнитное поля, которые существуют в пустом пространстве без зарядов и токов. Такое единое электромагнитное поле распространяется в виде волны со скоростью света с.
До работ Фарадея и Максвелла в физике существовали три различные области: электричество, магнетизм, оптика. Открытие Фарадеєм электромагнитной индукции на-
21
метило объединение двух первых областей. Но он не успел выполнить свое заветное желание: «намагнитить и наэлектризовать луч света и осветить магнитную силовую линию». Сделаны были только первые шаги *). -
Максвелл в своих уравнениях окончательно объединил электричество и магнетизм и показал, что они имеют одну и ту же природу. Это лишь разные стороны единого электромагнитного взаимодействия. А свет представляет собой электромагнитную волну и оптические свойства среды определяются ее электромагнитными свойствами.
Через несколько лет после смерти Максвелла в серии блестящих опытов Генрих Герц доказал существование электромагнитных волн.
Многие ученые внесли свой вклад в окончательную формулировку уравнений Максвелла и их решения для конкретных случаев. Прежде всего следует назвать Гендри-ка А. Лоренца. Голландский ученый рассмотрел применение теории к системам, состоящим из отдельных зарядов и электромагнитных полей.
Так, было показано, что движущийся заряд излучает электромагнитные волны. Необходимо только, чтобы он двигался с ускорением, так как полная интенсивность излучения пропорциональна д2а2, где q — величина заряда я а — его ускорение. Если заряд колеблется (такой заряд часто называют «осциллятором»), так что его смещение х из положения равновесия зависит от времени t по закону
X — X0 sincof, (9)
х0 — амплитуда, to — круговая частота, связанная с обычной частотой V и периодом колебаний T соотношением со = 2nv = 2л/T, то интенсивность излучения пропорциональна четвертой степени частоты, а длина излучаемых волн
Ь = сТ = ±.. (W)
Сейчас электромагнитные волны исследованы в очень широком диапазоне. Он простирается от десятков кило-
*) В 1846 г. Фарадей открыл, что магнитное поле влияет на прохождение через вещество поляризованного луча света. В 1938 г. было случайно найдено письмо Фарадея, написанное им «для хранения в запечатанном конверте в архивах Королевскрго общества». Оно пролежало там около ста лет. В этом письме Фарадей предсказал электромагнитную природу света.
22
метров (длинные радиоволны) до 10~14 м (жесткие гамма-лучи — гамма-лучи большой энергии, рождающиеся в недрах атомных ядер). На рис. 4 приведена шкала олн и названия ее отдельных участков. Конечно, точной границы между ними провести нельзя и жесткое рентгеновское излучение может иметь длину волны, меньшую, чем мягкие гамма-кванты. Но качественную картину
