Гравитационное взаимодействие

Гравитационное взаимодействие характерно для всех материальных объектов вне зависимости от их природы. Всякая частица находится под действием гравитационной силы, величина которой зависит от массы и энергии частицы. Это очень слабая сила, которую мы вообще не заметили бы, если бы не два её специфических свойства: гравитационные силы действуют на больших расстояниях и всегда являются силами притяжения. Гравитационное взаимодействие в классическом представлении в процессах микромира существенной роли не играет. Однако в макропроцессах ему принадлежит определяющая роль.

Гравитационное взаимодействие заключается во взаимном притяжении тел и определяется законом всемирного тяготения: между двумя точечными телами действует сила притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс m и обратно пропорциональна квадрату расстояния rмежду ними.

F = G m₁ m₂ / r ² ,

где G – гравитационная постоянная, G = 6,673·10^-11 Н·м²кг².

Для очень больших тел или же не имеющих определенной формы это выражение принимает более сложный вид. Гравитационным взаимодействием определяется падение тел в поле сил тяготения Земли. Законом всемирного тяготения описывается движение планет солнечной системы, нашей Галактики – Млечного Пути, а также других макрообъектов.

Предполагается, что гравитационное взаимодействие обуславливается некими элементарными частицами. Такие гипотетические частицы называют гравитонами. Гравитон не обладает собственной массой и поэтому переносимая им сила является дальнодействующей. Гравитационное взаимодействие между Солнцем и Землей объясняется тем, что частицы, из которых состоят Земля и Солнце, обмениваются гравитонами. Несмотря на то, что в обмене участвуют лишь гипотетические частицы, создаваемый ими эффект, безусловно, поддаётся измерению, потому что этот эффект – вращение Земли вокруг Солнца. Реальные гравитоны распространяются в виде волн, но они очень слабые и их трудно зарегистрировать, поэтому существование их к настоящему времени экспериментально не подтверждено.

Электромагнитное взаимодействие

Электромагнитное взаимодействие связано с электрическими и магнитными полями. Электрические поля возникают при наличии электрических зарядов, а магнитные – при их движении. В природе существуют положительные и отрицательные заряды, это и определяет характер электромагнитного взаимодействия: оно действует между электрически заряженными частицами. В отличие от гравитационных сил, которые являются силами притяжения, одинаковые по знаку заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются.

Различные агрегатные состояния веществ, явление трения, упругие и другие свойства вещества определяются преимущественно силами межмолекулярного взаимодействия, которые по своей природе являются электромагнитными.

Электромагнитное взаимодействие описывается законом Ш. Кулона  (1785 г.).

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел прямо пропорциональна произведению абсолютных значений зарядов q₁ и q₂ и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между телами.

F = k q₁ q₂ / r ²,

где k – коэффициент пропорциональности, k = 9·10⁹ Н·м Кл ².

Наиболее общее описание электромагнитного взаимодействия дает электромагнитная теория Максвелла, основанная на фундаментальных уравнениях, связывающих электрическое и магнитное поля. В мегамире электромагнитное взаимодействие звезд пренебрежимо мало по сравнению с гравитационным: т.к. звезды электронейтральны, а расстояние между ними очень большое.