1.Фі́зика (від грец- природа) — природнича наука, яка досліджує загальні властивості матерії та явищ у ній, а також виявляє загальні закони, які керують цими явищами; це наука про закономірності Природи в широкому сенсі цього слова. Фізики вивчають поведінку та властивості матерії в широких межах її проявів, від субмікроскопічних елементарних частинок, з яких побудоване все матеріальне (фізика елементарних частинок), до поведінки всього Всесвіту, як єдиної системи (космологія).Деякі з закономірностей, які встановлені фізикою, є загальними для всіх матеріальних систем. До таких можна віднести, наприклад, закон збереження енергії. Такі закономірності називають законами фізики.Фізику вважають фундаментальною наукою, тому що всі інші природничі науки (хімія, геологія, біологія тощо) мають справу з певними різновидами матеріальних систем, які підкоряються законам фізики. Наприклад, властивості хімічних речовин визначаються властивостями молекул та атомів, які їх складають, а ці властивості досліджують в таких галузях фізики, як квантова механіка, термодинаміка і/або електрика (електромагнетизм).Фізика тісно пов'язана з математикою. Фізичні теорії, як правило, побудовані на основі певного математичного апарату і цей апарат часто набагато складніший в порівнянні з іншими природничими науками. Але відмінність фізики від математики в тому, що фізика принципово зосереджена на описі матеріального світу, тоді як математика має справу з абстрактними ідеями та формулюваннями, які не обов'язково мають якесь реальне відображення. Хоча чіткого поділу не існує. На перетині цих двох наук постала спеціальна дисципліна — математична фізика, яка вибудовує математичні структури фізичних теорій.

2. Підрозділи фізики та предмети їх дослідження Предметом фізики є вивчення найпростіших і водночас найзагальніших форм руху матерії. При цьому під матерією розуміють об'єктивну реальність, що існує незалежно від людської свідомості та фіксується нею. Матерія — філософська категорія для означения об'єктивної реальності, яка дана людині у відчуттях її, яка копіюється, фотографується, відображається нашими відчуттями, існуючи незалежно від них. В даний час науці відомо два види існування матерії: речовини і поля. До першого виду матерії - речовини, відносяться атоми, молекули і всі тіла, які складаються із них. Другий вид матерії утворюють електромагнітні, гравітаційні і ядерні поля. Різні види матерії можуть перетворюватись один в одного. Так, наприклад, електрон і позитрон (речовина) можуть перетворюватись в фотони (тобто в електромагнітне поле). Можливий і обернений процес. Матерія находиться в безперервному русі. Вона існує в просторі і в часі. Будь-яке явище здійснюється в певному місці і в певний час. Простір трьохмірний, а час незворотний і має тільки один вимір. Фізика вивчає властивості речовини і поля, їх взаємне перетворення і їх взаємозв'язок. Із всіх форм руху фізика вивчає лише загальні форми руху матерії, механічний і тепловий рух, гравітаційні, електромагнітні і ядерні взаємодії. Завдання фізики: - вивчити явища природи і знайти закони, яким вони підлягають; - встановити причинно-наслідковий зв'язок між відкритими явищами і тими, що були відкриті раніше; - застосувати отримані знання для подального вивчення природи.

3.поняття прио матерію та рух .--Термін "матерія" має латинське походження (лат. речовина). У широкому значенні — це субстанція, найглибша сутність світу, його фундамент. Згідно з матеріалістичною філософією, крім матерії в її різноманітних видах та формах, у світі нічого не існує. Навіть свідомість розглядається як властивість матеріального характеру, оскільки вона притаманна високоорганізованій матерії — мозку людини. У вузькому розумінні матерія — це об'єктивна реальність, яка існує поза і незалежно від свідомості і відображається органами чуття. З її змісту вилучається все, що є продуктом діяльності психіки людини. Матерія розглядається як протилежність свідомості. З гносеологічного погляду так чинити можна, тому що в самій свідомості не існує, наприклад, ланів чи лісів, на які спрямовані органи чуття людини. У ній немає нічого речовинно-субстратного від цих об'єктів споглядання. У свідомості містяться лише ідеальні образи, копії ланів і лісів, завдяки чому фахівець може осмислено діяти, творити. Поняття матерії — це найширша абстракція, категорія. Тому матерію взагалі неможливо бачити, сприймати дотиком, нюхати, пробувати на смак і т. ін. Те, що сприймають органи чуття людини, є певним видом матерії. Матерія не тотожна жодній з речей, хоча всі вони входять до її структури, а іноді, на рівні буденної свідомості, саме так і сприймаються. Отже, головною ознакою матерії є те, що вона — об'єктивна реальність, яка існує незалежно від свідомості.

--Світ єдиний ще й тому, що матеріальні об'єкти складаються з одних хімічних елементів. Цей аспект світу вивчають конкретні науки. Філософія ж констатує, що матеріальна субстанція не зводиться лише до предметності, існує ще й свідомість, але вона — властивість високоорганізованої матерії. Тому матерія не залежна від волі і свідомості людини.

--Виявом єдності світу є також єдність його законів. Оскільки субстанція дискретна, то між її елементами є зв'язки, діють закони. -----Світ єдиний і тому, що всі його елементи підпорядковуються одним всезагальним законам і закономірностям, наприклад, закону всесвітнього тяжіння, закону взаємозв'язку маси і енергії тощо.

--Отже, світ, що існує, у своїй різноманітності єдиний і у єдності різноманітний. У цьому полягає внутрішня природа матерії як субстанції. Матерія — це і єдина сутність світу, і його різноманітне предметне існування.

Простір – є форма буття матерії, що характеризує її протяжність, структурність, співіснування і взаємодію елементів у всіх матеріальних системах. Загальне розуміння простору формується у людини в емпіричному досвіді при характеристиці матеріального об’єкту або множини таких об‘єктів, що займають різне положення в просторі.

Час – є форма буття матерії, що виражає тривалість її існування, послідовність зміни станів у змінюванні і розвитку всіх матеріальних систем. У природно-науковій літературі поняття час нерідко вживається як синонім поняття тривалість. На це звертав увагу англійський фізик і філософ Ісаак Ньютон. Поняття час виникає з порівняння різних станів одного і того ж об‘єкту, який змінює свої властивості.

Простір і час нерозривно зв‘язані між собою. Їх єдність проявляється у русі і розвитку матерії. 

4. Симетрія (від грец. συμμετρεῖν — міряти разом) — властивість об'єкта відтворювати себе при певних трансформаціях, які називаються операціями симетрії. Симетрія — передусім геометричне поняття, однак воно застосовується також щодо негеометричних об'єктів у математиці загалом, інших науках: фізиці, хімії, біології, і в інших галузях людської діяльності: філософії, естетиці, соціології, мистецтві тощо.

Поняття симетрії відіграє велику роль у фізиці. Перш за все слід відзначити просторову симетрію, якою можуть характеризуватися фізичні об'єкти. Тут слід розрізняти симетрію щодо трансляції, симетрію щодо дзеркального відображення, симетрію щодо поворотів, гвинтову симетрію тощо[1]. Особливим видом симетрії є ізотропність — незалежність властивостей фізичної системи від напрямку, однорідність — незалежність властивостей фізичної системи від точки простору.

Специфічним для фізики видом симетрії є інваріантність фізичних законів щодо вибору системи відліку, яка лежить в основі теорії відносності. Іншим видом симетрії, який зустрічається в фізиці є симетрія щодо заміни напрямку координатних осей, що лежить в основі принципу парності.

Симетрії Всесвіту пов'язані із законами збереження. Симетрія простору - часу і закони збереження

Однією з найважливіших особливостей геометричних симетрій є їх зв'язок з законами збереження. Значення законів збереження (закони збереження імпульсу, енергії, заряду та ін) для науки важко переоцінити. Справа в тому, що поняття симетрії можна застосувати до будь-якого об'єкта, у тому числі і до фізичного закону.

Згадаймо, що згідно з принципом відносності Ейнштейна, всі фізичні закони мають однаковий вигляд у будь-яких інерціальних системах відліку. Це означає, що вони симетричні (інваріантні) щодо переходу від однієї інерціальної системи до іншої.

Теорема Нетер. Найбільш загальний підхід до взаємозв'язку симетрій і законів збереження міститься в знаменитій теоремі Е. Нетер. У 1918 р., працюючи у складі групи з проблем теорії відносності, довела теорему, спрощена формулювання якої говорить: якщо властивості системи не змінюються щодо будь-які перетворення змінних, то цьому відповідає деякий закон збереження.

Розглянемо переходи від однієї інерціальної системи до іншої. Оскільки є різні способи таких переходів, то, отже, є різні види симетрії, кожному з яких, згідно теоремі Нетер, повинен відповідати закон збереження.

Перехід від однієї інерціальної системи (ІСО) до іншої можна здійснювати наступними перетвореннями:

1. Зрушення початку координат. Це пов'язано з фізичної еквівалентністю усіх точок простору, тобто з його однорідністю. У цьому випадку говорять про симетрії щодо переносів у просторі.

2. Поворот трійки осей координат. Ця можливість обумовлена ​​подібністю властивостей простору в усіх напрямках, тобто ізотропних простору і відповідає симетрії щодо поворотів.

3. Зрушення початку відліку за часом, відповідний симетрії щодо перенесення за часом. Цей вид симетрії пов'язаний з фізичною еквівалентністю різних моментів часу і однорідністю часу, тобто його рівномірним перебігом у всіх інерціальних системах-відліку. Сенс еквівалентності різних моментів часу полягає в тому, що всі фізичні явища протікають незалежно від часу їх початку (за інших рівних умов).

4. Рівномірний прямолінійний рух початку відліку зі швидкістю V, тобто перехід від спочиває системи до системи, що рухається рівномірно і прямолінійно.

Це можливо, тому що такі системи еквівалентні. Таку симетрію умовно називають ізотропних простору-часу. Перехід же здійснюється за допомогою перетворень Галілея або перетворень Лоренца. (Важливо зазначити, що фізичні закони не є симетричними щодо обертових систем відліку. Обертання замкнутої системи відліку можна виявити за дією відцентрових сил, зміни площині хитання маятника і ін Крім того, фізичні закони не є симетричними і щодо масштабних перетворень систем - т.з. . перетворень подібності. Тому закони макросвіту не можна автоматично переносити на мікросвіт і мегасвіт.)

Описані вище 4 види симетрії є універсальними.

5. Деякі з закономірностей, які встановлені фізикою, є загальними для всіх матеріальних систем. До таких можна віднести, наприклад, закон збереження енергії. Такі закономірності називають законами фізики. Фізику вважають фундаментальною наукою, тому що всі інші природничі науки (хімія, геологія, біологія тощо) мають справу з певними різновидами матеріальних систем, які підкоряються законам фізики. Наприклад, властивості хімічних речовин визначаються властивостями молекул та атомів, які їх складають, а ці властивості досліджують в таких галузях фізики, як квантова механіка, термодинаміка і/або електрика (електромагнетизм).

Незважаючи на важливість симетрії у фізичних процесах, світ, у якому ми живемо, в певних аспектах суттєво несиметричний. Наприклад, у відомому нам Всесвіті існує перевага частинок над античастинками. Ця асиметрія виникла на ранніх етапах розвитку Всесвіту

Інша суттєва асиметрія у фізиці пов'язана зі «стрілою часу», тобто з тим, що Всесвіт рухається від минулого до майбутнього. Ця асиметрія щодо заміни напрямку часу проявляється у другому законі термодинаміки, твердженні про неспадання ентропії в ізольованих системах.

Найвідомішими з законів є Закон Архімеда Закон Бойля-МаріоттаЗакон всесвітнього тяжіння- Закони Ньютона- Закон Кулона- Рівняння Максвелла- Закони термодинаміки - Закони Фарадея- Закон збереження енергії- Принцип найменшої дії

Всі закони природи щодо них інваріантні з великим ступенем точності, а відповідні їм закони є фундаментальними. До цих законів відносяться відповідно:

1. Закон збереження імпульсу як наслідок однорідності простору.

2. Закон збереження моменту імпульсу як наслідок ізотропності простору.

3. Закон збереження енергії як наслідок однорідності часу.

4. Закон збереження швидкості центру мас (наслідок ізотропності

простору-часу).

Описані види симетрій відносяться до геометричних. Зв'язок з законами збереження виявляють і динамічні симетрії. З динамічними симетріями пов'язаний закон збереження електричного заряду (при перетворенні елементарних частинок сума електричних зарядів частинок залишається незмінною), закон збереження лептонного заряду (при перетворенні елементарних частинок сума різниця числа пептонов і антілептонов не змінюється) і т.д.

Так закон збереження електричного заряду випливає з електромагнітної калібрувальної симетрії. Її суть полягає в тому, що при масштабних перетвореннях силові характеристики електромагнітного поля (напруженість електричного поля і індукція магнітного поля B залишаються незмінними. З цього закону випливає, зокрема, стійкість електрона - найдрібнішої фундаментальної зарядженої частинки, здатної існувати у вільному стані.

При розгляді дії тих чи інших фундаментальних законів не слід забувати, що кожному виду симетрії відповідає своя асиметрія.

Асиметричні умови виключають наявність різкої межі між законами та умовами їх дії. Тому зміст законів завжди має включати певні моменти асиметричних умов.

6. Матерія - нескінченна безліч всіх співіснуючих у світі об'єктів і систем, сукупність їх властивостей і зв'язків, відносин і форм руху. Вона включає в себе не тільки безпосередньо спостережувані об'єкти й тіла природи, але і всі ті, які не дані людині в його відчуттях.

Невід'ємною властивістю матерії є рух. Рух матерії являє собою будь-які зміни, що відбуваються з матеріальними об'єктами в результаті їх взаємодій.

На сучасному етапі розвитку природознавства дослідники розрізняють такі види матерії: речовина, фізичне поле і фізичний вакуум.

Речовина являє собою основний вид матерії, що володіє масою спокою. До речовим об'єктів відносять: елементарні частинки, атоми, молекули і численні утворені з них матеріальні об'єкти. Властивості речовини залежать від зовнішніх умов та інтенсивності взаємодії атомів і молекул, що й обумовлює різні агрегатні стани речовин.

Фізичне поле являє собою особливий вид матерії, що забезпечує фізична взаємодія матеріальних об'єктів та їх систем. До фізичних полів дослідники відносять: електромагнітне і гравітаційне поля, поле ядерних сил, хвильові поля, які відповідають різним часткам. Джерелом фізичних полів є частинки.

Фізичний вакуум - це нижче енергетичний стан квантового поля.

Фундаментальні взаємодії

Взаємодія - основна причина руху матерії, тому взаємодія притаманне всім матеріальним об'єктам незалежно від їх природного походження та системної організації. Особливості різних взаємодій визначають умови існування та специфіку властивостей матеріальних об'єктів. Усього відомо чотири види взаємодії: гравітаційна, електромагнітна, сильна і слабка.

Гравітаційна взаємодія першим з відомих фундаментальних взаємодій стало предметом дослідження вчених. Воно проявляється у взаємному тяжінні будь-яких матеріальних об'єктів, що мають масу, передається за допомогою гравітаційного поля та визначається законом всесвітнього тяжіння, який був сформульований І. Ньютоном

Закон всесвітнього тяжіння описує падіння матеріальних тіл у полі Землі, рух планет Сонячної системи, зірок і т. п. У міру збільшення маси речовини гравітаційні взаємодії зростають. Гравітаційна взаємодія - найбільш слабка з усіх відомих сучасній науці взаємодій. Тим не менш гравітаційні взаємодії визначають будову всього Всесвіту: утворення всіх космічних систем; існування планет, зірок і галактик. Важлива роль гравітаційної взаємодії визначається його універсальністю: всі тіла, частинки і поля беруть участь у ньому.

Електромагнітна взаємодія також є універсальним і існує між будь-якими тілами в мікро-, макро-світі. Електромагнітна взаємодія обумовлено електричними зарядами і передається за допомогою електричного і магнітного полів. Електричне поле виникає при наявності електричних зарядів, а магнітне - при русі електричних зарядів. Електромагнітна взаємодія описується: законом Кулона, законом Ампера та ін і в узагальненому вигляді - електромагнітної теорією Максвелла, що зв'язує електричне і магнітне поля. Завдяки електромагнітного взаємодії виникають атоми, молекули і відбуваються хімічні реакції. Хімічні реакції є прояв електромагнітних взаємодій і є результатами перерозподілу зв'язків між атомами в молекулах, а також кількості і складу атомів у молекулах різних речовин. Різні агрегатні стани речовини, сили пружності, тертя і т. д. визначаються електромагнітним взаємодією. Переносниками електромагнітного взаємодії є фотони - кванти електромагнітного поля з нульовою масою спокою.

Усередині атомного ядра виявляються сильні і слабкі взаємодії. Сильна взаємодія забезпечує зв'язок нуклонів у ядрі. Дана взаємодія визначається ядерними силами, що володіють зарядовим незалежністю, короткодіючі, насиченням та іншими властивостями. Сильна взаємодія утримує нуклони (протони і нейтрони) у ядрі і кварки всередині нуклонів і відповідає за стабільність атомних ядер. За допомогою сильної взаємодії вчені пояснили, чому протони ядра атома не розлітаються під дією електромагнітних сил відштовхування. Сильна взаємодія передається глюонами - частинками, «склеюють» кварки, які входять до складу протонів, нейтронів та інших частинок.

Слабка взаємодія також діє тільки в мікросвіті. У цій взаємодії беруть участь всі елементарні частинки, крім фотона. Воно обумовлює більшість розпадів елементарних частинок, тому його відкриття відбулося слідом за відкриттям радіоактивності. Перша теорія слабкої взаємодії була створена в 1934 р . Е. Переносниками слабкої взаємодії прийнято вважати частинки з масою в 100 разів більше маси протонів - проміжні векторні бозони.

7. Основні поняття механіки. Предметом вивчення механіки є механічний рух, який полягає в зміні з часом взаємного положення тіл або їхніх частин у просторі. Всякий рух відбувається відносно довільного тіла, що називається тілом відліку. З тілом відліку пов'язують систему координат, за допомогою якої задається положення тіла, що рухається. Сукупність тіла відліку, пов'язану з ним систему координат і годинника, що визначає час, називається системою відліку. Відносно різних систем відліку рух одного і того ж тіла виглядає по-різному. У цьому полягає відносність руху. При рішенні практичних задач систему відліку необхідно вибирати так, щоб рух розглянутого тіла був найбільш простим, тобто описувався найменшим числом рівнянь. Для математичного опису руху різних тіл використовують математичні моделі. Ми будемо користуватися моделями матеріальної точки й абсолютно твердого тіла. Матеріальною точкою називається

тіло, розмірами якого в умовах даної задачі можна знехтувати. Положення матеріальної точки в загальному випадку задається трьома декартовими координатами - x, y і z. Абсолютно твердим називається тіло, деформаціями якого можна знехтувати при розгляді його руху. Для того щоб задати положення абсолютно твердого тіла в просторі досить знати координати двох точок цього тіла.

Матеріа́льна то́чка— найпростіша фізична модель в механіці — ідеальне тіло, розміри якого дорівнюють нулю. Положення матеріальної точки в просторі визначається як сукупність координат геометричної точки. Практично під матеріальною точкою розуміють масивне тіло, розмірами і формою якого можна знехтувати при розв'язанні даної задачі

8. Механічним рухом називають зміну положення тіла відносно інших тіл з часом. Рух тіла, при якому всі його точки рухаються однаково, називають поступальним рухом. У фізиці розглядають різні види руху: поступальний, коливальний, обертальний. Поступально рухається автомобіль на прямолінійній ділянці шляху, коливається маятник годинника, а стрілки годинника обертаються навколо нерухомої осі.

Обертальний рух У природі та техніці дуже часто зустрічається криволінійний рух. Він складніший за прямолінійний, тому що існує безліч криволінійних траєкторій. Але рух по будь-якій криволінійній траєкторії можна приблизно уявити як рух по дугах кола. По траєкторіях, які близькі до кола, рухаються планети, Місяць та штучні супутники Землі, точки коліс та деталі машин, що обертаються.

Коливальний рух. Математичний та пружинний маятники

Коливаннями називають фізичні процеси, які точно чи майже точно повторюються через однакові проміжки часу. Коливання бувають механічними та електромагнітними. З коливаннями ми зустрічаємося не тільки в техніці, а й у природі та житті людини. Наприклад, коливається поршень двигуна, листя дерев, струни музичних інструментів, б’ється серце. Головною особливістю коливального руху є його періодичність.

Існує два види коливального руху: вільні і вимушені коливання.

Вільні коливання — це коливання, які відбуваються в механічній системі під дією внутрішніх сил системи після короткочасної дії зовнішніх сил.

Система тіл, які можуть виконувати вільні коливання, називається коливальною системою.

Вимушені коливання — коливання, що виникають під дією зовнішніх сил, які змінюються з часом за модулем та напрямом.

Вільні коливання не можуть існувати вічно, поступово їх амплітуда зменшується, коливання затухають. Коливання, амплітуда яких з часом зменшується, називаються затухаючими.

Основна задача механіки полягає у визначенні положення тіла у будь-який момент часу

9. Теорема Ейлера: тверде тіло, що має одну закріплену нерухому точку, може бути з одного положення переведено в будь-яке інше одним поворотом на деякий кут навколо нерухомої осі, що проходить через точку закріплення. З теореми Ейлера випливає, що рух закріпленого в точці твердого тіла в кожен даний момент може розглядатися як обертання навколо миттєвої осі, що проходить через точку закріплення.

11. Гравітація. На відміну від короткодіючих сильних і слабких взаємодій, електромагнітні і гравітаційні взаємодії мають властивість дальньої дії: їх дія проявляється на дуже великих відстанях. Усі механічні явища в макроскопічному світі визначаються виключно гравітаційними й електромагнітними силами. Дія планет на супутники, політ артилерійських снарядів, плавання тіл в рідині — у всіх цих явищах виявляються гравітаційні сили. Між фізичними тілами діє сила взаємного притягання. Такі явища, як падіння тіл на Землю, рух Місяця навколо Землі, планет навколо Сонця та інші, відбуваються під дією сил всесвітнього притягання, що називають гравітаційними.

Зако́н всесві́тнього тяжі́ння — фізичний закон, що описує гравітаційну взаємодію в рамках Ньютонівської механіки. Закон стверджує, що сила притягання між двома тілами (матеріальними точками) прямо пропорційна добутку їхніх мас, і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.Закон всесвітнього тяжіння сформулював Ісаак Ньютон у 1687 році у трактаті «Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica».У математичній формі закон всесвітнього тяжіння записується для матеріальних точок у вигляді:,де — сила, що діє на друге тіло (матеріальну точку) з боку першого тіла, — гравітаційна стала, та — маси першого та другого тіла, відповідно, — вектор, що сполучає перше тіло з другим. — відстань між тілами.Для абсолютної величини сили:.Сила притягання, що діє на перше тіло з боку другого тіла однакова за модулем і направлена протилежно:.Стала , яку називають гравітаційною сталою, однакова для всіх тіл, тобто є фундаментальною фізичною константою.Ньютонів закон всесвітнього тяжіння Наслідки Завдяки закону всесвітнього тяжіння Ньютон пояснив рух небесних тіл ( планет , їх супутників, комет) і створив теорію тяжіння. Відкриття цього закону знаменував перехід від кінематичного опису Сонячної системи до динамічного пояснення явищ і остаточного затвердження вчення Коперника. Він показав,що з закону всесвітнього тяжіння випливають три закони Кеплера, пояснив особливості руху Місяця, явище прецесії; розвинув теорію форми Земної кулі, відзначивши,що вона повинна бути сплюснутою на полюсах, теорію припливів та відпливів тощо…

12. Джерело гравітаційної взаємодії. Напруженість та потенціал поля точкової маси. Електричне поле має властивість діяти на заряджені тіла, тому в будь-якій точці його можна досліджувати за допомогою «пробного заряду» q— точкового позитивного заряду, значно меншого за заряд, який створює досліджуване поле.

Відношення сили, з якою поле в даній точці діє на пробний заряд, до значення цього заряду називається напруженістю електричного поля в даній точці: Вміщуючи пробний заряд у різні точки поля, проводять лінії напруженості. Якщо вони прямі, то вектор напрямлений уздовж них, а якщо криві — вздовж дотичних до них. Густота ліній напруженості чисельно дорівнює значенню напруженості.Лінії напруженості електростатичного поля (силові лінії) незамкнені: починаються на позитивних зарядах, а закінчуються на негативних; вони неперервні й не перетинаються.

13. Гравітаційна взаємодія Незважаючи на велику розмаїтість різних явищ, за сучасними уявленнями в природі існує всього чотири типи взаємодії: гравітаційна, слабка, електромагнітна й сильна. Більше того, сьогодні створена єдина теорія електрослабких взаємодій, у якій електромагнітна й слабка взаємодії розглядаються разом. Ця теорія вже підтверджена експериментально. З гравітаційною взаємодією ми знайомі найбільше, тому що з нею доводиться зіштовхуватися на кожному кроці, — навіть сам процес ходіння був би неможливий без гравітаційної взаємодії. Уся практична діяльність людини на Землі пов'язана або з використанням, або з подоланням земного тяжіння. Постійно зіштовхуючись із проявом гравітації у повсякденному житті, ми звикли вважати, що гравітація — це дуже сильна взаємодія. Як важко намагатися піднімати важкі предмети або стрибати на велику висоту! Однак насправді це пов'язано з незаконною (із погляду науки) постановкою досліду. Фізики в таких випадках говорять, що дослід був недостатньо чистим. Адже тіла, які ми вважаємо важкими, взаємодіють із величезним тілом величезної маси — Землею — і притому на мінімальній відстані від неї. А як відомо, сила гравітаційної взаємодії прямо пропорційна добуткові мас взаємодіючих тіл і обернено пропорційна квадратові відстані між ними. Чистий дослід із вимірювання величини гравітаційної взаємодії встановив, що сила, яка діє між двома матеріальними тілами масою по 1 г кожне, що знаходяться на відстані 1 см одне від одного, дорівнює 6,67·10-13 Н. Усі інші взаємодії незрівнянно сильніші за гравітаційну. Гравітаційна взаємодія переважає в небесній механіці — між планетами, зірками, галактиками та ін. Ньютон припустив, що усі без винятку тіла у Всесвіті змушує притягатися одне до одного одна, єдина за природою сила. Так Ньютон відкрив закон всесвітнього тяжіння, який стверджує, що дві будь-які матеріальні частинки з масами т1 і т2 притягаються у напрямку одна до одної із силою F, прямо пропорційною добуткові мас і обернено пропорційною квадратові відстані між ними

14.Електромагнітна взаємодія

З електромагнітною взаємодією ми досить добре знайомі в повсякденному житті. Один з відомих проявів електромагнітної взаємодії — притягання й відштовхування заряджених тіл. Наприклад, два електричних заряди qt і qг, що знаходяться на відстані r, притягаються (якщо вони різнойменні) або відштовхуються (якщо однойменні) із силою, що визначається законом Кулона

де k — коефіцієнт, що дорівнює 9 109 Нм2/Кл2.

Цей закон взаємодії електричних зарядів дуже схожий на закон гравітаційної взаємодії: там сила взаємного тяжіння тіл прямо пропорційна добуткові їхніх мас і обернено пропорційна квадрату відстані між ними Обидві взаємодії, електромагнітна й гравітаційна, належать до числа далекодіючих Вони виявляються на будь-якій відстані. Однак ці взаємодії дуже сильно розрізняються за своєю інтенсивністю.

Між тим у повсякденному житті ми ніколи не бачимо повного прояву електростатичних тіл. У макроскопічному шматку речовини майже всі позитивні і негативні заряди компенсують один одного, тому що вони пов'язані в електрично нейтральні системи — атоми. Ефект взаємодії наелектризованих тертям предметів, наприклад, обумовлений лише незначним надлишком (або браком) однойменного заряду в порівнянні із загальною кількістю зв'язаних зарядів у цих предметах. Ці невеликі надлишки зарядів і впливають на весь шматок речовини, наприклад надають йому прискорення. Зрозуміло, що через велику масу нейтральних атомів із взаємно компенсованими зарядами прискорення макротіла буде невеликим. Тільки в мікросвіті, Де кожен заряд працює «винятково на себе» (тобто на масу тієї елементарної . частинки, із якою він електростатично зв'язаний), ці сили виявляються повною мірою. Цікаво, що якби оточуючі нас предмети складалися не з нейтральних атомів, а хоча б з однозарядних іонів (тобто атомів, що мають один позитивний або негативний заряд), то електростатична взаємодія між ними була б надзвичайно великою. При цьому досить «перетворити» на однозарядні іони лише невелику частку атомів. Крім електростатичного притягання (або відштовхування) електричних зарядів за законом Кулона, існує ще багато видів електромагнітної взаємодії. Електромагнітна взаємодія, наприклад, визначає хімічні, пружні сили й сили тертя, випромінювання електромагнітних хвиль і багато чого іншого. Відповідно до квантової електродинаміки, будь-який електричний заряд оточений електромагнітним полем, із яким він взаємодіє. У результаті цієї взаємодії випускаються або поглинаються фотони — елементарні частинки, які безпосередньо здійснюють електромагнітну взаємодію. В атомі немає фотонів у готовому вигляді, вони виникають безпосередньо в момент їхнього випускання, а виникнувши, завжди рухаються зі швидкістю світла

15. Джерело електричної взаємодії. Потенціал і напруженість поля точкового заряду.

Точковий заряд q створює в точці спостереження електричне поле з напруженістю

Згідно з означенням електростатичного потенціалу

. В середовищі потенціал зменшується в разів, де - діелектрична стала.