1Вопрос

Взаимодействие – философская категория, отражающая процессы воздействия  объектов друг на друга, их взаимную обусловленность и порождение одним объектом другого .

Фундаментальные взаимодействия – качественно различающиеся типы взаимодействия элементарных частиц и составленных из них тел

Эволюция теорий фундаментальных взаимодействий:

До 19 века:

• гравитационные (Галилей, Ньютон-1687);

• электрические (Гильберт, Кавендиш-1773

и Кулон-1785);

• магнитные (Гильберт, Эпинус-1759

и Кулон-1789)

Рубеж 19 и 20 веков:

• электромагнитные (электромагнитная теория Максвелла-1863);

• гравитационные (общая теория относительности Эйнштейна-1915)

Середина 20 века:

• открыты нуклоны в ядре атома – протоны (Резерфорд-1920) и нейтроны (Чедвик- 1932);

• первая теория сильного взаимодействия (Юкава-1967);

• квантовая хромодинамика (Гросс, Политцер и Вильчек-1973)

Середина 20 века:

• теория слабого взаимодействия (Ферми-1934);

• открыт распад элементарных частиц – свободного нейтрона (Снелл, Робсон и Спивак-1950);

• теория электрослабого взаимодействия (Глэшоу, Вайнберг и Салам-1968);

К настоящему времени:

• Общая теория относительности (теория гравитационного взаимодействия);

• Стандартная Модель элементарных частиц (общая теория электромагнитного, сильного и слабого взаимодействий);

• открыты все предсказанные элементарные частицы, включая бозоны Хиггса???

Роль гравитационных взаимодействий в природе:

Гравитационные взаимодействия:

• закон всемирного тяготения ;

• сила притяжения между планетами Солнечной системы;

• сила тяжести

Роль электромагнитных взаимодействий в природе: Электромагнитные взаимодействия:

• закон Кулона ;

• внутри- и межатомные взаимодействия;

• сила трения, сила упругости,…;

• электромагнитные волны (свет) Роль сильных взаимодействий в природе: Сильные взаимодействия:

• малый радиус действия (~10 ^-13 м);

• примерно в 1000 раз сильнее электромагнитных;

• убывают примерно по экспоненте;

• являются насыщенными;

• отвечают за стабильность атомного ядра

Роль слабых взаимодействий в природе Слабые взаимодействия:

• очень малый радиус действия (~10 ^-18 м);

• примерно в 100 раз слабее электромагнитных;

• являются насыщенными;

• отвечают за взаимные превращения элементарных частиц

2Вопрос

Электрический заряд –

• это физическая скалярная величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия;

• обозначается q или Q;

• измеряется в системе единиц СИ в кулонах

Основные свойства электрического заряда:

Биполярность:

• существуют электрические заряды двух знаков – положительный

(стеклянная палочка)

и отрицательный

(эбонитовая палочка);

• одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются Аддитивность:

• электрический заряд физического тела равен алгебраической сумме электрических зарядов находящихся в нем заряженных частиц – микроскопических носителей электрического заряда Дискретность:

• существует некоторый наименьший, далее не делимый элементарный заряд, так что заряд любого тела является кратным этому элементарному заряду (Милликен-1906)

Основные свойства электрического заряда

Равенство модулей положительно-го и отрицательного элементарных электрических зарядов:

• модули зарядов электрона и протона равны с высокой точностью

Инвариантность:

величина электрического заряда не зависит от системы отсчета в которой он измеряется

это отличает его от массы тела

Закон сохранения:

• алгебраическая сумма электрических зарядов тел (частей тела, элементарных частиц), составляющих замкнутую систему, остается неизменной при любых взаимодействиях между ними;

включая аннигиляцию (исчезновение) вещества

Микроскопические носители электрического заряда:

Электрон и позитрон:

электрон – носитель отрицательного элементарного электрического заряда (

позитрон – носитель положительного элементарного электрического заряда

Протон и антипротон:

• протон – носитель положительного элементарного электрического заряда ( )

• антипротон – носитель отрицательного элементарного электрического заряда ( )

г

Нейтрон и антинейтрон:

нейтрон – электрически нейтральная элементарная частица

антинейтрон – электрически нейтральная элементарная частица

Электромагнитная структура протона:

Состоит из трех кварков:

кварк — гипотетическая фундаментальная частица в Стандартной модели, обладающая электрическим зарядом, кратным e/3

• в свободном состоянии испытывает ß-распад

Физические модели электрически заряженных тел

Точечный электрический заряд:

электрически заряженное тело, размерами которого в данной задаче можно пренебречь [q]=Кл

Электрический заряд, распределенный вдоль линии:

• электрически заряженная очень тонкая нить

Электрический заряд, распределенный по поверхности:

• электрически заряженная очень тонкая плоскость

Электрический заряд, распределенный по объему:

• электрически заряженное объемное тело