Вес
Трудно найти человека, не пытавшегося повисеть на перекладине. Первое чувство, возникающее при этом – тело будто вытянулось вниз, стало чуть длиннее.
Если подвесить к штативу пружинку, даже без груза она слегка вытянется. Размеры пружинки станут больше первоначальных, когда она лежала на столе. Так действует на пружинку сила тяжести и пытается ее деформировать. Деформированное тело стремится сжаться и тянет подвес. В случае с перекладиной человек тянет ее на себя, иногда перекладина прогибается. Вот эту силу, со стороны тела действующая на подвес, и называют весом тела.
Тело, лежащее на подставке, также силой тяжести деформируется, но уже не растягивается, а сжимается. Сжатие тела, как вид деформации, вызывает стремление тела распрямиться. Распрямляясь, тело давит на подставку, которая является для тела опорой. Сила, с которой тело давит на опору – это вес тела.
Деформируются тела силой тяжести. Чем масса тела больше, тем сильнее оно деформируется. Стремясь вернуться в исходное положение, тело сильнее тянет подвес или давит на опору, а значит, у тела больше вес. Поэтому численно вес равен силе тяжести, при условии, что тело движется равномерно вдоль прямой или покоится. Обозначается вес символом P, вычисляется по знакомой формуле
P = g ∙ m
Нахождение веса и силы тяжести выполняется по схожим формулам, но силы это разные, и надо обязательно усвоить их отличия. Сила тяжести действует со стороны Земли на тело, а вес действует со стороны самого тела на подвес или опору. Отличны и точки приложения обеих сил. У силы тяжести – центр масс рассматриваемого тела, у веса – точка контакта тела и опоры или подвеса.
Остается ли вес тела одинаковым всегда? Ответ в простом примере с лифтом. В начале (самый первый момент) движения вниз (когда лифт ускоряется) тело по ощущениям становится легче и меньше давит на пол лифта. А в начале подъема вверх тело прижимается к полу, тело становится тяжелее. Лифт начинает двигаться равномерно, эти ощущения исчезают.
Итак, при движении вверх, когда скорость резко увеличивается (именно в момент, когда лифт набирает скорость)вес тел становится больше. Число, показывающее во сколько раз увеличивается вес, называется перегрузкой.
Большие перегрузки на себе испытывают космонавты. При запуске космических кораблей вес космонавтов увеличивается почти в 8 раз. Еще значительнее перегрузки у летчиков во время катапультирования. Вес возрастает почти в 13 раз, перегрузка длится недолго, всего 0,1 с, но не каждый человек выдерживает, ведь очень сильно сжимается человеческое тело. Для умения переносить перегрузки нужно много тренироваться, что и делают летчики в Центре подготовки космонавтов им. Ю.А.Гагарина.
Кратковременно, но очень заметно влияют перегрузки на летчиков при выполнении фигур высшего (сложнейшего) пилотажа. Если выполняется «мертвая петля» (иначе ее называют «петлей Нестерова» по имени русского авиатора П.И. Нестерова, впервые исполнившего этот трюк в 1913 году) в нижней части траектории в начале подъема перегрузки возрастают в 1,6 — 3,5 раза.
При движении вниз, когда скорость увеличивается, вес тела уменьшается, тело меньше деформируется. Это заметно не только в лифте, но и при быстром спуске с дугообразного моста.
Теперь вполне возможно объяснить ощущения, возникающие при катании на «Американских горках» или при быстрой езде на автомобиле по крутым дорогам. Конечно, скорости здесь не сравнимы со скоростями самолетов и ракет. Перегрузки и уменьшение веса водителей и пассажиров не требуют особых тренировок.
Невесомость
А может ли веса не быть вообще? Сила тяжести присутствует всегда, а вес? Проделав простой опыт, можно и на этот вопрос найти правильный ответ.
Если к динамометру подвесить груз, он растянет его пружину. Теперь не прикреплять динамометр к штативу, а уронить его. Динамометр довольно быстро упадет, но заметить, что в падении пружина не растянута, можно легко. Значит, груз в это время не оказывает действия на подвес, и вес отсутствует.
Падающее вниз тело не давит на подставку, не растягивает подвес. Вес будто превращается в нуль, тело не весит. Такое состояние называют невесомостью. Состояние невесомости чаще других ощущают космонавты. Многие космонавты больше года находятся в невесомости. Для привыкания к необычному состоянию нужны специальные многолетние тренировки.
Может ли человек в домашних условиях быть в невесомости. Чаще ответом на вопрос можно слышать: «Нет». Это неверно. Такой ответ ассоциируется с безвоздушным пространством, что только в вакууме нет веса. А все очень просто. Стоит встать на скамейку и прыгнуть с нее.
Во время полета нет опоры, нет подвеса, значит, веса тоже нет.
Сила трения
Человек поскользнулся на банановой корке, упал назад. Почему произошло событие, вызвавшее движение по инерции назад?
Если сани толкать небольшой силой, они останутся на прежнем месте. Значит, силе, приложенной к санкам, противостоит еще одна сила, направленная в обратную сторону. Так как сани находятся без движения, значит сумма этих сил, т.е равнодействующая сила, равна нулю.
Под ногу попала корка банана, в которой есть соки. Под давлением ноги она легко сжимается, заполняя неровности на дороге, отчего дорога под ногой становится гладкой и скользкой. Человек скользит по месту соприкосновения обуви и дороги и падает.
Если внимательно посмотреть на поверхности движения, то на них заметны неровности, впадины, выпуклости. На гладких и достаточно ровных поверхностях увидеть шероховатости можно через увеличительное стекло или микроскоп.
Когда поверхности тел контактируют, то неровности с двух сторон цепляются друг за друга, препятствуя движению. Поверхностные слои обеих поверхностей нарушаются: стираются подошвы обуви и протектор на колесе автомобиля, вытаптываются тропинки на земле, образуются колеи на асфальтовом покрытии, даже бетонные ступеньки на лестницах стираются.
А если убрать все неровности, то мешать движению начнет притяжение сблизившихся молекул.
Взаимодействие молекул и неровности на поверхностях контактирующих тел являются причинами противодействия движению. Силу, характеризующую такие процессы, называют силой трения.
Чем сильнее тело давит весом на другое тело, тем сильнее сцепляются тела, и тем сложнее задать им движение. Значит, сила трения, пропорциональна весу тела:
Fтр = μ ∙ P
μ – коэффициент данной пропорциональности, называемый коэффициентом трения. Он характеризует свойства обеих одновременно трущихся поверхностей. Например, коэффициент трения:
- дерева по дереву от 0,3 до 0,5;
- дерева по льду 0,035;
- дерева по металлу от 0,2 до 0,5;
- дерева по камню 0,46.
Для коэффициентов составлены специальные таблицы, используемые в расчетных задачах.
Если тело стоит, то между ним и поверхностью существует сила трения покоя. Именно трение покоя мешает развязываться узлам, удерживает соединительные гвозди в доске, не дает двигаться санкам на некрутой горке, т.е. препятствует возникновению движения. Чтобы определить величину силы трения, нужно воспользоваться пружинным динамометром. Сила упругости пружинки динамометра (брусок тянуть нужно равномерно) равна измеряемой силе трения. Трение покоя измеряется в очень маленький момент времени отрыва бруска. Измерение с первого раза обычно не получается. Нужно потренироваться, сделав несколько попыток.
Интересен факт, что если тело уже сдвинуто с места, то сила, противодействующая дальнейшему передвижению, станет меньше. Это сила трения скольжения. При движении по песку, например, о скольжении трудно говорить, но все-таки здесь трение скольжения.
Другой вид трения – трение качения. Колесо – величайшее изобретение человечества. На колесах передвигать предметы значительно легче, но тоже в определенных условиях.
Трение качения появляется потому, что колесо, вдавливаясь в поверхность, образует перед собой бугорок, который колесу надо преодолевать. Меньше бугорок – меньше трение. Когда бугорок превращается в бугор в песке, в грязи, в снегу, то механизм на колесах застревает.
В описанных случаях движение задерживается трением. Его приходится преодолевать. Но сила трения покоя как раз способствует движению человека. А сила ног человека действует на Землю. Человек как бы толкает Землю ногами. Оказывается, сила трения помогает движению людей, животных, транспорта, а не только мешает.
Получается, трение вредит, изнашивая детали и механизмы, мешает движению, но оно же и помогает двигаться, а не скользить на месте. Где трение важно, его надо усилить, увеличивая неровности, сцепление поверхностей. Там, где его надо уменьшить, прибегают к различным методам:
- уменьшение неровностей (зачистка льда перед матчем, шлифовка соединительных деталей);
- замена скольжения качением (колеса летней коляски заменяют полозья зимних санок, подшипники облегчают вращение деталей механизмов):
- смазка (смазка техническими маслами контактирующих деталей машин, использование лыжной мази спортсменами).
Теперь становится ясным, почему человек падает на банановой корке. Сок банана, являясь смазкой, заполняет неровности асфальта. Трение покоя сильно уменьшается, перейдя в трение скольжения, и в итоге – падение.
Презентация на тему «Сила трения. Трение в природе и технике» по физике
Слайд №1
Текст слайда: Сила трения. Трение в природе и технике
Слайд №2
Текст слайда: Значение силы трения Движущийся автомобиль F1 F2 F3
Слайд №3
Текст слайда: Сила трения Сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого, приложения к движущемуся телу и направленная против движения, называется силой трения
Слайд №4
Текст слайда: Виды трения Трение покоя Трение скольжения Трение качения
Слайд №5
Текст слайда: Трение покоя Сила трения покоя препятствует относительному смещению соприкасающихся тел. Она растет вместе с силой, стремящейся сдвинуть тело с места.
Слайд №6
Текст слайда: Трение скольжения Сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого и направленная в сторону, противоположную движению, называется силой трения скольжения.
Слайд №7
Текст слайда: Трение качения Если тело катится по поверхности другого тела, то возникающее в месте их контакта трение называют трением качения.
Слайд №8
Текст слайда: Опыты Леонардо да Винчи Учёных издавна интересовало, от чего зависит сила трения. Леонардо да Винчи в 1500 году исследовал зависимость силы трения от материала, из которого изготовлены тела, от величины нагрузки на эти тела, от степени гладкости или шероховатости их поверхностей.
Слайд №9
Текст слайда: Сравнение сил трения скольжения, качения и веса тела P > F тр пок > F тр ск > F тр кач
Слайд №10
Текст слайда: Изучение зависимости силы трения скольжения от рода трущихся поверхностей Сила трения зависит от свойств соприкасающихся тел (от рода поверхностей).
Слайд №11
Текст слайда: Изучение зависимости силы трения скольжения от давления и независимости от площади трущихся поверхностей Сила трения зависит от силы давления и не зависит от площадей трущихся поверхностей.
Слайд №12
Текст слайда: Сравним результаты Леонардо да Винчи получил следующие результаты: от площади не зависит; от величины нагрузки зависит (пропорциональна ей); от шероховатости поверхностей зависит. Совпадают ли наши результаты эксперимента с его результатами?
Слайд №13
Текст слайда: Трение: полезно или вредно? Усилить Ослабить Увеличить шероховатость Увеличить нагрузку Смазка Подшипники: шариковые и роликовые Воздушная подушка
Слайд №14
Текст слайда: Роль силы трения при ходьбе В отсутствии трения покоя ни люди, ни животные не могли бы ходить по земле.
Слайд №15
Текст слайда: Движение по скользкой поверхности Ходить по льду нелегко, т.к. трение, возникающее между поверхностью льда и подошвой обуви, мало. Как можно облегчить хождение по скользкой поверхности?
Слайд №16
Текст слайда: Смазка При наличии смазки соприкасаются не сами поверхности тел, а ее соседние слои. Трение между слоями жидкости слабее, чем между твердыми поверхностями.
Слайд №17
Текст слайда: Подшипники Внутреннее кольцо подшипника насаживают на вал, который при вращении не скользит, а катится на шариках или роликах.
Слайд №18
Текст слайда: Воздушная подушка Воздушная подушка – область повышенного давления воздуха между основанием машины и опорной поверхностью, которая препятствует их непосредственному контакту. Корабль на воздушной подушке
Слайд №19
Текст слайда: Упражнение 1 Соотнесите виды трения с соответствующими фразами. Трение скольжения Одно тело катится по поверхности другого. Трение качения Я слишком слаб, чтобы сдвинуть эту коробку. Трение покоя Одно тело скользит по поверхности другого.
Слайд №20
Текст слайда: Упражнение 2 Выберите факторы, которые влияют на силу трения. Скорость движения тел. Вес груза. Площади движущихся поверхностей. Направление движения. Неровность поверхности.
Слайд №21
Текст слайда: Упражнение 3 На каком из рисунков правильно отображены силы, сопровождающие движение деревянного бруска.
Слайд №22
Текст слайда: Шевели мозгами… Почему санки, скатившись с горы, останавливаются?
Слайд №23
Текст слайда: Шевели мозгами… Почему мел оставляет след на классной доске?
Слайд №24
Текст слайда: Шевели мозгами… Может ли велосипедист двигаться равномерно по горизонтальной дороге, не вращая педали?
Слайд №25
Текст слайда: Шевели мозгами… Для чего «разводят» пилы (наклоняют в противоположные стороны соседние зубья)?
Слайд №26
Текст слайда: Шевели мозгами… Почему медицинские иглы полируют до зеркального блеска?
Слайд №27
Текст слайда: Шевели мозгами… Почему после дождя грунтовая дорога становится скользкой?
Слайд №28
Текст слайда: Шевели мозгами… Почему при росе косить траву легче?
Слайд №29
Текст слайда: Шевели мозгами… Какой вид трения имеет место при катании на велосипеде? При перевозке груза на санках? При катании на лыжах? При передвижении рабочим катушки с проводом? При движении вагонетки?
Слайд №30
Текст слайда: Шевели мозгами… Какой вид трения удерживает ящик при его перемещении на наклонном транспортере?
Слайд №31
Текст слайда: Шевели мозгами… Стеклянную бутылку с узким горлышком ученик быстро и чисто отмыл теплой водой, в которую добавил мелко накрошенную яичную скорлупу и кусочки газетной бумаги. Бутылку он все время встряхивал. Какое физическое явление помогло ему отмыть бутылку?
Слайд №32
Текст слайда: Шевели мозгами… Почему металлические ступеньки (лестницы, подножки трамвая, поезда и т.п.) не гладкие, а имеют рельефные выступы?
Слайд №33
Текст слайда: Зачем шины автомобилей делают ребристыми?
Слайд №34
Текст слайда: Шевели мозгами… Что должен сделать водитель машины, подъезжая к крутому повороту? Почему водитель должен быть особенно внимательным в сырую погоду, во время листопада и при гололеде?
Слайд №35
Текст слайда: ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКА 1. Какая сила не позволяет сдвинуть с места тяжелый шкаф? 1) сила трения скольжения; 2) сила трения покоя; 3) сила тяжести 2. Сила трения относится к: 1)силам в механике; 2) силе электрического происхождения; 3) магнитного происхождения. 3. При смазке трущихся поверхностей сила трения … 1) не изменяется; 2) увеличивается; 3) уменьшается 4. Как направлена сила трения, когда брусок движется по столу вправо? 1) вправо; 2) влево, 3) вертикально вниз 5. В гололед тротуары посыпают песком. При этом трение подошв обуви о лед … 1) не изменяется; 2) уменьшается; 3) увеличивается
Слайд №36
Текст слайда: Рефлексия (заполнение концептуальной таблицы) Обмен мнениями, цитаты из таблиц с рефлексией. Фамилия, имя Что знал? Что узнал? С чем не согласен? Что непонятно?
Слайд №37
Текст слайда: ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ Народ сложил множество поговорок о трении. Например: «не подмажешь – не поедешь», «пошло дело как по маслу». Какие пословицы о трении вы знаете? Объясните их физический смысл. § § 38, 39 СТР. 91-95.
Сколько сил в природе
Поначалу кажется, что в мире сил большое множество. Одна из основных сил – сила всемирного тяготения. Все тела в любой ситуации притягиваются. Сила тяжести — один из примеров проявления на Земле (и на других больших космических объектах) всемирного тяготения. Эта сила определяется массой тел, значит, масса обладает, наряду с инертностью, еще и гравитационными свойствами, т.е. притягивать другие массы.
Сила упругости, сила трения, вес – разные, будто бы непохожие, силы, но у них есть одно общее: они появляются вследствие взаимодействия молекул, т.е. эти силы «родственники».
Молекулы состоят из атомов, атомы имеют тоже сложное строение: внутри атома есть ядро, составляющее его основную массу, вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца, движутся электроны. Ядро состоит из частиц – протонов и нейтронов. Эти и большое количество других частиц называют элементарными. У протонов и электронов есть свойство, присущее именно им: они обладают электрическим зарядом. Электроны отрицательно, а протоны положительно заряжены. Свойство это отделить от данных частиц нельзя.
Обладая зарядом, частицы способны вступать в особый род взаимодействий: частицы (и тела), одинаково заряженные, отталкиваются, имеющие противоположные заряды, притягиваются.
Наблюдаются примеры взаимодействия с магнитами, они тоже притягиваются или отталкиваются. Все это звенья одной цепи.
Электрические и магнитные явления теснейшим образом связаны. Называют их электромагнитными. Электромагнитными называют и силы, сопровождающие эти явления. Значит, силы притяжения и отталкивания, действующие среди молекул, силы упругости, вес тела и силы трения, проявляющиеся вследствие этих взаимодействий, — все это проявление еще одной фундаментальной природной силы – электромагнитной (подробнее изучается в старших классах). Эта сила значительно превосходит гравитационную по величине.
Силы, удерживающие частицы в составе атомного ядра, называются ядерными. Это самые сильные взаимодействия природы. А силы, действующие между другими независимыми элементарными частицами, называются слабыми взаимодействиями.
Сильные взаимодействия в сто раз превышают электромагнитные силы. Слабые – значительно меньше электромагнитных, но намного превышают гравитационные.
Эта блок-схема помогает разобраться в силах, которые изучены, а которые будут изучаться в дальнейшем. Значит, главных или основных сил в природе четыре. Которая из них главней, выяснять не нужно, каждая важна. Силы второго уровня помогают разобраться в происходящем, особенно в механических явлениях. Проявлений действия сил очень много, но за каждым из них стоит одна из главных (фундаментальных) сил природы.
Силы в природе
Прежде чем изучать взаимодействие тел, необходимо задаться вопросом: какие вообще существуют виды взаимодействий? Какие существуют силы в природе?
Мы познакомимся с фундаментальными типами взаимодействий, а также с актуальными на сегодняшний день теориями о некоторых видах взаимодействий. В настоящее время, в физике разделяют всего четыре типа фундаментальных сил.
Итак, первый вид сил или первый вид взаимодействия вам хорошо знаком — это гравитационное взаимодействие
. В общем и целом, можно сказать, что
гравитационные силы действуют между всеми телами, и все тела притягиваются друг к другу.
Как правило, гравитационными силами можно пренебречь, если речь не идет об огромных телах, таких как небесные тела (то есть планеты, звезды и так далее).
Второй тип взаимодействия вам тоже хорошо знаком — это электромагнитные силы
. Эти силы действуют между всеми частицами, имеющими заряд электрические заряды. Электромагнитные силы, как и гравитационные, тоже имеют обширную сферу действия. Электромагнитное взаимодействие проявляется в любых живых организмах и в любых состояниях вещества.
Существует также, так называемое «сильное взаимодействие
» — это проявление ядерных сил, с которыми вы уже немного познакомились, изучая курс физики девятого класса. Эти силы очень кратковременные. Конечно же, область действия ядерных сил не распространяется за пределы атомных ядер. Несмотря на это, ядерные силы очень важны. Именно исходя из знаний о сильном взаимодействии, люди смогли развить такую отрасль, как ядерная энергетика. Разумеется, есть и не самая полезная сторона: например, изобретение ядерного оружия.
Наконец, существует так называемое «слабое взаимодействие
» — это взаимодействие, которое вызывает взаимные превращения элементарных частиц. Именно слабое взаимодействие определяет радиоактивный распад и термоядерные реакции. Таким образом, существует четыре типа фундаментальных взаимодействий:
гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое
(последние два вида взаимодействий относятся к ядерным взаимодействиям).
Гравитационное взаимодействие считается самым слабым из всех типов взаимодействий. Однако, оно представляет наибольший интерес на сегодняшний день. До недавнего времени не было известно, какая частица отвечает за массу. Менее двух лет назад, эксперименты, проводимые на большом адронном коллайдере подтвердили существование бозона Хиггса
. Именно эта частица отвечает за массу тел, а, следовательно, за гравитационное взаимодействие. Существует также гипотечиская частица, которая называется
гравитоном
, и, согласно одной из гипотез, она является переносчиком гравитационного взаимодействия.
Еще задолго до открытия элементарных частиц, человечество достаточно хорошо изучило гравитационное взаимодействие небесных тел. Но сегодня, ученые все больше убеждаются, что описание гравитационных взаимодействий на микроскопическом уровне не может быть выполнено с помощью классической теории гравитации, подобно тому, как не все процессы описываются с помощью классической механики Ньютона. Описать гравитационное взаимодействие на микроскопическом уровне уже давно пробуют с помощью квантовой теории гравитации, но она ещё до конца не разработана.
Основными направлениями, пытающимися построить квантовую теорию гравитации, являются две теории: это петлевая квантовая гравитация и теория струн.
Петлевая гравитация отстаивает дискретную структуру пространства и времени. То есть, согласно петлевой гравитации, пространство состоит из мельчайших частичек (которые называются квантовыми ячейками).
Эти ячейки соединены друг с другом определенным образом, при котором на микроскопическом уровне, они создают дискретную структуру пространства, а на больших масштабах переходят в гладкую непрерывную структуру.
Теория струн гласит, что пространство и время неделимо, и пронизано некими струнами, с помощью которых и происходят все взаимодействия в так называемом, пространственно-временном континуме.
Более подробно с такими понятиями вы познакомитесь при изучении теории относительности. На сегодняшний день нет известного человечеству способа проверить хотя бы одну из этих теорий. Вполне возможно, что и та, и другая теория является правильной. Ведь то же самое произошло при изучении природы света: долгое время ученые спорили о том, что же такое свет: электромагнитная волна или поток фотонов? В итоге, приняли корпускулярно-волновой дуализм, который говорит о том, что свет можно рассматривать и как поток частиц, и как волну.
Электромагнитное взаимодействие отличается тем, что заметно проявляется как макроскопическом уровне, так и на микроскопическом.
Именно это взаимодействие обуславливает изменения агрегатного состояния вещества и химические превращения. Также, электромагнитное взаимодействие может определять ряд физических свойств тела. Например, физический размер атома задан через электрическую постоянную и заряд электрона.
Электромагнитные поля играют огромную роль в жизни небесных тел, в частности, нашей планеты Земля. Как вы знаете, Земля обладает магнитным полем, которое, например, защищает нас от солнечного ветра.
Пожалуй, электромагнитные явления наиболее изучены, среди остальных типов фундаментальных явлений. Эти явления мы подробно будем изучать немного позже.
А сейчас давайте рассмотрим сильные и слабые взаимодействия. Сильные взаимодействия происходят внутри ядер атомов. На таких маленьких расстояниях (то есть порядка 10–15 м), величина сильного взаимодействия между нуклонами становится несоизмеримой, по сравнению с электромагнитным взаимодействием, не говоря уже о гравитационном.
Напомним, что нуклонами называются частицы внутри ядра: протоны и нейтроны. До открытия ядерных сил, ученые долго не могли понять, как ядра атомов остаются стабильными, если протоны, имеющие положительные заряд, должны отталкиваться в результате электромагнитного взаимодействия. Ответ мог быть только один: ядерное взаимодействие значительно сильнее электромагнитного на таких маленьких расстояниях. Именно поэтому, ядерная энергетика получила такое развитие в современном мире: при разрушении ядерных связей выделяется огромное количество энергии. Кроме того, несколько нестабильных нейтронов способны создать цепную реакцию, которая в итоге выльется в колоссальный выброс энергии. Такие реакции называются неуправляемыми ядерными реакциями и используются в военных целях. Разумеется, подобные испытания наносят огромный вред экологии, но есть и полезное применение ядерной физики. Со временем люди научились управлять ядерными реакциями с целью получения полезной энергии. Установки, в которых проходят контролируемые ядерные реакции, называются ядерными реакторами.
Несмотря на то, что человечество с успехом изучило некоторые стороны сильного взаимодействия, чёткой теории о сильном взаимодействии нет. На данный момент, развивающейся и основной теорией, описывающей сильное взаимодействие, является квантовая хромодинамика
. Фундаментальная природа сильных взаимодействий в общем и целом понятна, но сопутствующие математические расчеты крайне сложны. Более подробно вы сможете изучить сильное взаимодействие позже.
И, наконец, слабое взаимодействие. Слабые взаимодействия проявляются на еще меньшем расстоянии (порядка 10–18 м). В этом взаимодействии участвуют все фундаментальные лептоны и кварки. Но самое главное, что слабое взаимодействие является единственным, в котором участвуют нейтрино.
Дело в том, что масса и размер нейтрино крайне малы, и нейтрино является электрически нейтральным. Таким образом, эти частицы обладают огромной проникающей способностью: например, через 1 см2 поверхности Земли проходит порядка 60 000 000 000 нейтрино, испущенных Солнцем. Именно слабым взаимодействием обусловлены термоядерные реакции, происходящие внутри звезд. На Солнце происходит так называемый водородный цикл, в результате которого и выделяется столь огромная энергия в течение миллиардов лет.
В этом цикле помимо двух нейтрино, также испускаются и два позитрона. Напомним, что позитрон является античастицой — частицей, «противоположной» электрону. Различные частицы в результате слабого взаимодействия могут обмениваться массами, энергией и электрическим зарядом. Это приводит к тому, что частицы превращаются друг в друга.
Также, как и было сказано в начале, слабое взаимодействие обуславливает радиоактивный распад, с которым вы познакомились в девятом классе. Именно слабое взаимодействие помогло объяснить β-распад. Напомним, что β-распад характеризуется испусканием электрона и антинейтрино из ядра. При этом, один из нейтронов превращается в протон.
Возникает вопрос: откуда электрон и антинейтрино взялись внутри ядра? Только теория слабого взаимодействия помогла понять, что электрон и антинейтрино не находились внутри ядра, а родились в процессе β-распада.
