3. Силы в природе.

Из всего многообразия известных науке сил перечислим наиболее важные и часто встречающиеся в макромире.

• Силы, обусловленные гравитацией:

1. Гравитационная сила (сила всемирного тяготения): F=Gm₁m₂/r², гравитационная постоянная G = 6.6745 10^-11м³/кгс²

2. Сила тяжести – гравитационная сила, проявляющаяся непосредственно у поверхности планеты. У поверхности Земли F = mg, где g = 9.8 м/с² – ускорение свободного падения.

3. Вес – это сила, с которой тело действует на опору или подвес вследствие гравитационного притяжения к планете.

• Силы, обусловленные наличием электрических зарядов (неподвижных или движущихся):

1. Сила упругости, возникающая при деформации тела. При малых деформациях dF = -k dx.

2. Силы трения. Различают силу трения покоя, силу сухого трения (силы трения скольжения и качения), силы внутреннего, или вязкого трения (вязкости, сопротивления и т.п.).

3. Сила Кулона, действующая между электрическими зарядами. Для точечных зарядов . Обращает на себя внимание тот факт, что закон Кулона похож на закон всемирного тяготения. Доказано, что это обусловлено 3-мерностью нашего пространства.

4. Сила Ампера, действующая на проводник с током в магнитном поле, и ее разновидность – сила Лоренца, действующая на отдельный движущийся заряд в магнитном поле.

4. Фундаментальные взаимодействия.

Количество сил, действующих между различными телами, довольно велико. Однако, если за основу классификации взаимодействий взять их природу, т.е. происхождение, то окажется, что имеется всего 4 типа взаимодействий. Эти типы взаимодействий различаются по своему происхождению (природе), по интенсивности и дальности (радиусу) действия. При этом в механике макромира встречается всего два типа – силы гравитационной и электромагнитной природы

• Гравитационное взаимодействие определяет крупномасштабную структуру Вселенной. Гравитационная постоянная – одна из фундаментальных мировых констант. Многочисленные исследования показали, что ее значения одинаковы во всех доступных для наблюдения точках пространства.

• Электромагнитное взаимодействие определяет структуру и поведение атомов, отвечает за связи между молекулами (т.е. определяет химические и биологические процессы).

• Сильные взаимодействия отвечают за устойчивость атомных ядер и за эдерные реакции, в особенности – термоядерный синтез.

• Слабые взаимодействия обуславливают многие ядерные процессы, например, превращение нейтронов в протоны.

В приведенной ниже таблице приводятся примеры тел, участвующих в каждом их четырех типов взаимодействий, их относительная сила, расстояния, на которых они проявляются, а также частицы (кванты соответствующих полей) – переносчики взаимодействий (об обменном характере взаимодействий см. лекцию 6, о квантах – лекции 10, 11).

Взаимодей-ствия	Взаимо-действующие тела	Порядок величины	Радиус действия	Переносчики
Гравитаци-онные	Массы	10-38	Сколь угодно далеко	Гравитоны?
Электро-магнитные	Электри-ческие заряды	10-2	Сколь угодно далеко	Фотоны
Сильные (ядерные)	Адроны (протоны, нейтроны, мезоны)	1	Менее 10-15 м	Глюоны
Слабые	Все элемен-тарные частицы	10-15	Менее 10-18 м	Промежу-точные векторные бозоны

Во времена Ньютона науке были известны только гравитационные взаимодействия между телами, обладающими массой. Силы, действующие между электрически заряженными телами, были количественно описаны лишь в Х1Х веке, теория электромагнитных взаимодействий построена в конце того же столетия. Последние два вида взаимодействий были открыты и описаны лишь в 30-х годах ХХ века, и их изучение продолжается. Первоочередной задачей физики является построение теории, объединяющей все 4 известных типа взаимодействий («Великое объединение»).

Возможно, что известными на сегодняшний день типами взаимодействий их перечень не исчерпывается.