Механика и теория относительности - Матвеев А.Н.
ISBN 5-329-007242-9
Скачать (прямая ссылка):
180
Глава 7. ДВИЖЕНИЕ В ПОЛЕ ТЯГОТЕНИЯ
где е = 4,6-Ю-19 Кл - заряд электрона, е0 = 8,82 • 10-12 Ф/м -
электрическая постоянная. Из (29.1) и (29.2) следует
Fe е*
Fm 4 ne0Gmg
Таким образом, электрическое взаимодействие между заряженными
элементарными частицами в необозримое число раз более интенсивно, чем
гравитационное.
Характерная особенность электромагнитных взаимодействий - их медленное
убывание с расстоянием (обратно пропорционально квадрату расстояний).
Поэтому электрические и магнитные силы проявляются при больших
расстояниях между заряженными частицами.
При рассмотрении явлений в областях пространства, которые больше размеров
ядер, но меньше астрономических размеров, электромагнитные взаимодействия
играют главную роль. Большинство сил, с которыми приходится встречаться в
этих областях, сводятся в конечном счете к электромагнитным
взаимодействиям. Силы трения, силы сцепления, силы упругости, силы,
благодаря которым жидкости сохраняют свой объем, и т. д. - все они в
конечном счете электромагнитной природы. Правда, фактически проследить
детали этой связи очень трудно, но такая связь всегда существует.
Твердость тел и само существование твердых тел, химические превращения,
создание новых материалов, вся радиоэлектроника, лазеры и мазеры и т. д.
- все это обусловлено электромагнитными взаимодействиями.
Важнейшая проблема современной науки - проблема управляемых термоядерных
реакций - в своей главной части является электродинамической и сводится к
нахождению способов достаточно длительного удержания горячей плазмы в
небольших объемах с помощью электромагнитных полей. Создание ионных и
плазменных ракетных двигателей в значительной степени также относится к
электродинамической проблеме.
Электромагнитные взаимодействия имеют первостепенное значение в
астрономических явлениях. Существующие в межзвездном пространстве
магнитные поля ускоряют космические заряженные частицы; вспышки на Солнце
приводят к изменению магнитного поля в окрестности Земли и тем самым
оказывают влияние на явления, происходящие на Земле; магнитное поле Земли
удерживает вблизи от нее заряженные частицы, благодаря чему создаются
радиационные пояса. Все изложенное достаточно полно иллюстрирует
утверждение о том, что в области масштабов, больших, чем ядерные, но
меньших, чем астрономические, электромагнитные взаимодействия играют
главную роль.
Сильные взаимодействия. Сильные, или ядерные, взаимодействия являются
силами притяжения, действующими, например, между протонами и нейтронами в
ядре. Поэтому их называют ядерными силами.
(29.3)
29. Силы, известные в природе
181
Однако они действуют не только в ядре и не только между протонами и
нейтронами, но и между многими другими частицами, известными в настоящее
время. Поэтому предпочтительнее говорить о них не как о ядерных, а как о
сильных взаимодействиях.
Закон действия этих сил неизвестен, хотя многие характерные их свойства
хорошо изучены экспериментально. Эти силы действуют лишь на малых
расстояниях порядка 10~15 м (это порядок размера ядер) и являются
короткодействующими. На более далеких расстояниях они практически
обращаются в нуль. На расстояниях же, меньших lO*15 м, они примерно в сто
раз больше, чем электромагнитные. Именно благодаря этому силы
электрического отталкивания между протонами в ядрах не в состоянии
преодолеть силы ядер-ного притяжения между ними. Но это лишь в
определенных пределах.
Если силы имеют большой радиус действия, как, например, электромагнитные
силы, то каждая частица взаимодействует со всеми другими в достаточно
большом объеме. Поэтому энергия взаимодействия каждой частицы с другими
пропорциональна числу частиц п. Поскольку общее число частиц п, а энергия
взаимодействия каждой из них с другими пропорциональна также п, то общая
энергия взаимодействия пропорциональна пй.
По-другому обстоит дело в случае короткодействующих сил. В этом случае
каждая частица взаимодействует лишь со своими соседями, находящимися в
сфере действия сил. Поэтому энергия ее взаимодействия с другими частицами
является примерно постоянной величиной и не зависит от общего числа
частиц п, находящихся, например, в ядре. Поскольку энергия взаимодействия
каждой из них с другими примерно постоянна, то общая энергия
взаимодействия между частицами пропорциональна п. Это свойство
короткодействующих сил называется свойством насыщения.
Таким образом, общая энергия взаимодействия, связанная с
короткодействующими силами, растет медленнее, чем общая энергия,
связанная с дальнодействующими силами, поскольку в первом случае она
зависит от первой степени числа частиц, а во втором - от квадрата числа
частиц. Вот почему, несмотря на то что ядерные силы притяжения между
протонами и нейтронами примерно в сто рав больше, чем силы электрического
отталкивания между ними, при достаточно большом общем числе частиц (число
протонов и нейтронов в ядре примерно одинаково) наступает такая ситуация,
