Билет 25.

1. Тело массой m в поле тяжести Земли обладает потенциальной энергией. Работа силы тяжести равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком: A = -(Wp2 - Wp1) = mgh.

Точно так же, как тело массой m в поле силы тяжести обладает потенциальной энергией, пропорциональной массе тела, электрический заряд в электростатическом поле обладает потенциальной энергией Wp, пропорциональной заряду q.

Работа сил электростатического поля А равна изменению потенциальной энергии заряда в электрическом поле, взятому с противоположным знаком: A = -(Wp2 - Wp1) .

Потенциал. В одной точке электростатического поля разные заряды могут обладать различной потенциальной энергией, но отношение потенциальной энергии Wp к заряду q для данной точки поля оказывается постоянной величиной. Эту величину принимают за энергетическую характеристику данной точки поля.

Физическая величина, равная отношению потенциальной энергии электрического заряда в электрическом поле к заряду, называется потенциалом φ электрического поля:

Отсюда потенциальная энергия Wp заряда в электростатическом поле равна произведению заряда q на потенциал φ электрического поля в данной точке:

Значение потенциальной энергии электрического заряда в данной точке электрического поля определяется не только характеристиками электрического поля, но и знаком заряда, помещенного в данную точку поля, и выбором нулевого уровня отсчета потенциальной энергии.

Потенциал — величина скалярная. Если в некоторой точке пространства двумя зарядами одновременно созданы электрические поля с потенциалами и , то потенциал двух электрических полей равен алгебраической сумме потенциалов :

Разность потенциалов. Мерой изменения энергии при взаимодействиях тел является работа. Мы выяснили, что при перемещении электрического заряда q работа А сил электростатического поля равна изменению потенциальной энергии заряда, взятому с противоположным знаком, получаем: . При перемещении электрического заряда в электростатическом поле работа сил поля равна произведению заряда на разность потенциалов начальной и конечной точек траектории движения заряда. Так как работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки пространства в другую не зависит от траектории движения заряда между этими точками, то разность потенциалов двух точек электрического поля является величиной, не зависящей от траектории движения заряда. Разность потенциалов, следовательно, может служить энергетической характеристикой электростатического поля.

Эквипотенциальные поверхности. Поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью.

Между двумя любыми точками на эквипотенциальной поверхности разность потенциалов равна нулю, поэтому работа сил электрического поля при любом перемещении заряда по эквипотенциальной поверхности равна нулю. Это означает, что вектор силы в любой точке траектории движения заряда по эквипотенциальной поверхности перпендикулярен вектору скорости. Следовательно, линии напряженности электростатического поля перпендикулярны эквипотенциальной поверхности.

Эквипотенциальными поверхностями поля точечного электрического заряда являются сферы, в центре которых расположен заряд (136).

Эквипотенциальные поверхности однородного электрического поля представляют собой плоскости, перпендикулярные линиям напряженности (137).

Отношение работы, совершаемой любым электрическим полем при перемещении положительного заряда из одной точки поля в другую, к значению заряда называется напряжением между этими точками:

Отсюда работа сил электрического поля при перемещении заряда равна произведению напряжения U между точками на заряд. A = qU.

В электростатическом поле напряжение между двумя любыми точками равно разности потенциалов этих точек:

В непотенциальных электрических полях работа сил поля при перемещении электрического заряда зависит от траектории движения заряда из одной точки в другую. Единица напряжения и разности потенциалов в СИ называется вольтом (В):

Связь напряжения с напряженностью поля. При перемещении положительного заряда q по линии напряженности однородного поля на расстояние d кулоновская сила совершает работу, равную

A = qU Следовательно, напряжение U между двумя точками в однородном электрическом поле, расположенными по одной линии напряженности, равно произведению модуля вектора напряженности поля на расстояние d между этими точками:

U = Ed. Отсюда для напряженности однородного электрического поля получаем выражение

Единицей напряженности электрического поля в СИ является вольт на метр (В/м):

2. Наша Галактика - звездная система, в которую погружена Солнечная система, называется Млечный Путь.

Млечный Путь - грандиозное скопление звезд, видимое на небе как светлая туманная полоса. На древнегреческом языке слово "глактикос" означает "молочный", "млечный", поэтому Млечный Путь и похожие на него звездные системы называют галактиками. В нашей Галактике - Млечном Пути - более 200 млрд. звезд самой разной светимости и цвета.  Окрестности Солнца - это объем Галактики, в котором доступными современной астрономии средствами можно наблюдать и изучать звезды разных типов. Как показывает практика, это "шар", который содержит около 1,5 тысяч звезд. Радиус этого шара - 20 парсек.

Из светлых туманных пятен, которые видны на небе или на его фотографиях, лишь немногие газовые или освещенные пылевые туманности входят в состав нашей Галактики. Большинство видимых на небе туманностей — это звездные системы гигантских размеров. Они находятся далеко за пределами нашей Галактики. Это — другие галактики, галактики с малой буквы. Как острова в океане, галактики образуют местами архипелаги — скопления десятков, а иногда и тысяч галактик. Наша Галактика — одна из очень крупных.

В южном полушарии неба есть два больших светлых пятна. В честь великого мореплавателя Магеллана они названы Магеллановыми Облаками. В то же время они — спутники нашей Галактики и отстоят от нее на расстоянии около 120 тыс. световых лет. По размерам они значительно меньше нашей Галактики, но все же являются довольно крупными звездными системами. Их диаметры достигают 26 и 17 тыс. световых лет. Подобно нашей Галактике, они состоят из звезд всевозможных типов и из газовых и пылевых туманностей. В созвездии Андромеды есть большая и известная с древности туманность. А есть спиральные галактики, повернутые к нам ребром и похожие на веретено. Спиральные галактики: наша, в Андромеде и в Треугольнике, со спутниками двух первых из них, образуют Местное скопление галактик. Таких групп во Вселенной множество. В созвездии Девы есть огромное облако. Оно состоит из сотен галактик. Это центральная часть, ядро скопища тысяч галактик, к которому принадлежит и Местное скопление галактик. Диаметр такой Сверхгалактики, как ее называют, составляет около 100 млн. световых лет, а общая ее масса равна примерно квадриллиону солнечных масс.

Галактика состоит из диска, гало и короны. Центральная, наиболее компактная область Галактики называется ядром. Центральная, наиболее плотная часть гало в пределах нескольких тысяч световых лет от центра Галактики называется балдж. Звездный диск содержит основное количество звезд в нашей Галактике. Распределение звезд в Галактике имеет две ярко выраженные особенности: во-первых, очень высокая концентрация звезд в галактической плоскости, и, во-вторых, большая концентрация в центре Галактики. Помимо звезд в галактики входят газовые и пылевые туманности, шаровые и рассеянные звездные скопления, межзвездная пыль, а также другие объекты. Масса Галактики с учетом скрытой массы оценивается примерно в 1012 масс Солнца. Абсолютная звездная величина самых ярких сверхгигантских галактик M = –24, у карликовых галактик M = –15. Многочисленные наблюдения позволили Хабблу разделить галактики на эллиптические (E), спиральные (S) и неправильные (Ir). Наша Галактика является спиральной. Наблюдаемое разнообразие галактик – следствие различных условий, в которых они образовались. Существуют также активные галактики и квазары, излучающие в тысячи и миллионы раз больше энергии, чем обычные галактики.

Под Вселенной мы понимаем материальный мир, рассматриваемый с астрономической точки зрения. Космология – это физическое учение о Вселенной как целом, включающее в себя теорию всего охваченного астрономическими наблюдениями мира как части Вселенной. Во Вселенной медленно происходят изменения, носящие необратимый характер, например ее расширение. В XX веке стали известны два экспериментальных факта, подтверждающих расширение Вселенной:

красное смещение,

реликтовое излучение.

В 1929 году, исходя из наблюдений спектров галактик, американский астроном Эдвин Хаббл сформулировал закон Хаббла: скорости удаления галактик возрастают пропорционально расстоянию до них: V = H ∙ R.

Наличие красного смещения у галактик позволяет с большой точностью определять расстояния до них. Чем сильнее смещены линии в спектре галактик, тем дальше галактика.

Красное смещение — сдвиг спектральных линий химических элементов в красную (длинноволновую) сторону. Это явление может быть выражением эффекта Доплера или гравитационного красного смещения, или их комбинацией. Сдвиг спектральных линий в фиолетовую (коротковолновую) сторону называется синим смещением.