Физические явления, физика, статьи по физике.

Мы знаем, что тела и вещества состоят из отдельных частиц, между которыми есть промежутки. Почему же тогда тела не рассыпаются на отдельные частицы, подобно гороху в разорвавшемся пакете?

Проделаем опыт. Возьмем два свинцовых цилиндрика. Ножом или лезвием зачистим их торцы до блеска и плотно прижмем друг к другу. Мы обнаружим, что цилиндрики “сцепятся”. Сила их сцепления настолько велика, что при удачном проведении опыта цилиндрики выдерживают тяжесть гири в 5 кг.

Из опыта следует вывод: частицы веществ способны притягиваться друг к другу. Однако это притяжение возникает лишь тогда, когда поверхности тел очень гладкие (для этого и понадобилась зачистка лезвием) и, кроме того, плотно прижаты друг к другу.

Частицы веществ способны отталкиваться друг от друга. Это подтверждается тем, что жидкие, а особенно твердые тела очень трудно сжать. Например, чтобы сдавить резиновый ластик, требуется значительная сила! Ластик гораздо легче изогнуть, чем сдавить.

Притяжение или отталкивание частиц веществ возникает лишь в том случае, если они находятся в непосредственной близости. На расстояниях, чуть больших размеров самих частиц, они притягиваются. На расстояниях, меньших размеров частиц, они отталкиваются. Если же поверхности тел удалены на расстояние, заметно большее, чем размер частиц, то взаимодействие между ними не проявляется никак. Например, нельзя заметить никакого притяжения между свинцовыми цилиндриками, если их сначала не сжать, то есть не сблизить их частицы.

Энергия взаимодействия частиц. Поскольку частицы вещества взаимодействуют, они обладают потенциальной энергией. Докажем это на примере частиц жидкости.

Взгляните на рисунок. Шариками мы схематично изобразили молекулы воды. Для простоты мы разместили их на равных расстояниях друг от друга, хотя, согласно второму положению МКТ, молекулы постоянно и беспорядочно движутся. Если бы все молекулы находилась на равных расстояниях друг от друга (как, например, “синяя” молекула), то силы их притяжения взаимно уравновешивались бы. Но молекулы беспорядочно движутся, из-за чего расстояния до ближайших соседок постоянно изменяются (см. “красную” молекулу). Следовательно, и силы их притяжения неодинаковы, то есть не уравновешивают друг друга. Существование неуравновешенных сил и есть причина возникновения потенциальной энергии молекул и других частиц вещества.

Возникновение силы упругости. Сжимая или растягивая, изгибая или скручивая тело, мы сближаем или удаляем его частицы. Поэтому между ними возникают силы притяжения-отталкивания, которые мы и объединяем термином “сила упругости”.

Взгляните на рисунок. На нем мы условно изобразили частицы резины изгибаемого ластика. Вы видите, что около верхней грани ластика частицы резины сближаются друг с другом. Это приводит к возникновению между ними сил отталкивания. Вблизи нижней грани ластика частицы удаляются друг от друга, что приводит к возникновению между ними сил притяжения. В результате их действия ластик стремится выпрямиться, то есть вернуться в недеформированное состояние. Другими словами, в ластике возникает сила упругости, направленная противоположно силе, вызвавшей деформацию

No Comments »

Если конденсатор и катушку индуктивности соединить вместе, то образуется электрическая цепь, которую называют колебательным контуром. Для знакомства с его свойствами проделаем опыты.

Соберем цепь по схеме “а”. Сначала конденсатор получает энергию от источника постоянного тока. При этом верхняя пластина заряжается положительно, а нижняя – отрицательно. Другими словами, на ней скапливается избыточное количество электронов. Переключим конденсатор на катушку индуктивности (рис. “б”). Избыток электронов с нижней пластины конденсатора устремится через катушку к верхней пластине, и в цепи возникнет нарастающий электрический ток. В результате этого катушка станет электромагнитом и начнет создавать вокруг себя магнитное поле.

Продолжая рассуждение, логично предположить, что когда конденсатор разрядится, ток в контуре прекратится. Проверим эту гипотезу. Для этого повторим опыт, присоединив к концам катушки прибор осциллограф. На его экране мы увидим следующий график:

График (осциллограмма) показывает, что напряжение на катушке является не постоянной, а колеблющейся величиной. Следовательно, в контуре колеблется сила тока и магнитное поле катушки.

Осциллограмма также показывает, что колебания являются затухающими. Так происходит потому, что катушка индуктивности и соединительные провода обладают электрическим сопротивлением. Поэтому, согласно закону Джоуля-Ленца, энергия электрического тока будет постепенно превращаться в теплоту. По этой причине свободные колебания в контуре всегда являются затухающими.

Объясним, почему в контуре могут существовать колебания. Ток, возникающий при разрядке конденсатора, непостоянен, значит и непостоянно и магнитное поле катушки. Нарастая, оно достигает максимума, когда конденсатор полностью разрядится (рис. “в”). К этому моменту энергия электрического поля конденсатора полностью превратится в энергию магнитного поля катушки.

Однако после разряда конденсатора ток в контуре не прекратится. Магнитное поле вокруг катушки начнет убывать, то есть изменяться (рис. “г”). Из-за этого сразу же возникнет явление электромагнитной индукции. Оно приведет к появлению индукционного тока, и электроны из нижней пластины конденсатора (только уже не “избыточные”, а обычные) продолжат движение через катушку к верхней пластине и вскоре придадут ей отрицательный заряд (рис. “д”). Поскольку прежде эта пластина была положительно заряженной, то говорят, что произошла перезарядка конденсатора.

Теперь, когда конденсатор вновь заряжен, он может снова создавать ток, правда, уже противоположного направления (рис. “е”). Так будет повторяться до тех пор, пока вся энергия, полученная конденсатором от источника тока, не превратится в теплоту.

Одной из характеристик колебаний является период колебаний – наименьшее время, за которое все величины, характеризующие процессы в колебательном контуре, вновь принимают значения, которые они имели в момент начала наблюдений. Единица измерения периода – 1 секунда.

Величину, обратную периоду, называют частотой колебаний. Единица измерения частоты – 1 герц (1 Гц = ¹/_с = 1 с^-1). Частота колебаний в контуре зависит от размеров и формы конденсатора и катушки, а также от свойств среды внутри и вокруг них.

No Comments »

Таким образом, описанных экспериментов и. простой теории оказалось достаточно, чтобы в основных чертах представить структуру атома: почти вся масса атома связана с его положительно заряженным центром и сосредоточена в объеме, который примерно в 10 раз меньше атома в целом. Эту центральную часть атома Резерфорд назвал ядром. Остальной объем атома заполнен легкими электронами, которые при определенных условиях можно оторвать от атома, превратив его тем самым в положительный ион, как это и происходит в электрическом разряде. Прекрасное соответствие теоретических и экспериментальных результатов при рассеянии альфа-частиц наблюдается главным образом у тяжелых элементов; именно  с  ними  сначала  имели  дело  исследователи, использовавшие в первых опытах по рассеянию золотую и серебряную фольгу. В дальнейшем точные измерения с использованием в качестве мишеней легких элементов показали, что при больших углах рассеяния, особенно близких к 180°, теоретические расчеты несколько   расходятся   с   экспериментальными   данными. Однако рассеяние частиц на небольшие углы и в этом случае хорошо описывалось теорией. Такое различие обусловлено тем, что при рассеянии на легких элементах   альфа-частицы   подходят  очень  близко   к атомному ядру-мишени, а при таких малых расстояниях от ядра уже нельзя предполагать, что на частицу действует сила электростатического отталкивания со стороны точечного заряда — атомного ядра.

Comments Off

Распад  заряженного  пиона  на   мюон  и  нейтрино описывается следующим образом:

Кроме избытка энергии и импульса  нейтрино v M при распаде пиона уносит еще импульс, равный его собственному  моменту импульса   1/2Н/2п.  Ведь исходный пион   (положительный,  отрицательный  или  нейтральный) имеет спин, равный нулю, тогда как спин возникающего мтаона равен /г  Такой же спин имеет и нейтрино, тай что при противоположной ориентации спинов мюона и нейтрино суммарный спин системы остается равным нулю. Нейтрино также имеет свою античастицу — антинейтрино гГц, которая возникает при распаде отрицательного пиона.   (Индекс ц означает, что речь идет  о  нейтрино,   возникающем   при   распаде   пиона на мюон,)

Процесс распада мюона выглядит сложнее. Кроме электрона при этом образуются нейтрино и антинейтрино: Однако эти нейтрино и антинейтрино не тождественны частицам того же названия, рождающимся яри распаде электрически заряженного пиона. Поэтому их обозначают другим индексом и называют электронными нейтрино в отличие от предыдущих — мюонных. Сложность процесса распада мюона связана с тем, что мюон и электрон имеют одинаковые спины. Если бы при распаде мюона возникало только нейтрино (без антинейтрино), то закон сохранения импульса был  бы  нарушен,  и  такой  процесс  считается  очень маловероятным.

Comments Off