5. Síly, pole. Síla. Síla intuitivní pochopení - velmi důležitá fyzikální veličina - síla resp. interakce

Transkript

1 5. Síly, ple Síla Síla intuitivní pchpení - veli důležitá fyzikální veličina - síla esp. inteakce Silu zuíe příčinu zěny phybu těles neb lépe: vzájené půsbení těles. Subjektivní pzvání : síla, náaha, tření, přitahvání, dpuzvání.. Objektivní ěření, hledání fundaentálních inteakcí a snaha je edukvat na základní (teie všeh) Histie hledání vesíná avitace pzeská avitace avitace Newtn 686 elektické síly elektanetisus? anetické síly Maxwell 864 slabá elektslabá S W 979 silná Pzn.: SW S.lashw, A.Sala, S.Weinbe (Nbel 979) Základní přehled vlastnsti inteakce el.vel. dsah avitační avitny -8 / slabá W a Z bzny -5-8 elektanetická ftny - / silná luny - 5

2 zájené veliksti inteakce e-ν e-p p-p p-n,nn avitační slabá elektanetická - - silná elativní velikst p vzdálenst -5 avitace Isaac Newtn Histie viz (Kpeník, Tych de Bahe, J.Keple..I.Newtn..A.Einstein) Při vlbě knkétních jedntek Lépe platí p dva htné bdy neb dvě henní kule - p všechny tělesa s htnstí, kdekliv stejně (labatř, vesí. - vždy jen přitažlivá inteakce

3 > Příé ěření např. Cavendish tzní váhy = N k - Heny Cavendish 7-8 Např. = =k, =...= N (t dpvídá váze tělesa htnsti asi -9 k=nk) M M Např. htnst Zeě M Z M Z k

4 Např. htnst slunce M-Slunce, -Zeě, - vzdálenst ZS a M 4 T M M 4 T... avitační zákn p libvlná tělesa (platí pincip supepzice) d d d d d Pznáka: váha, tíha T T áha, tíha síla půsbící na těles vlive avitace, např. na Zei v avitační zychlení v ístě vážení (v Bně =9.8 s - ) zlžení na zeěkuli: Př. člvěk ve výtahu a celkvá síla udělující výtahu zychlení tíha člvěka - eakce pdlžky (pcit člvěka) Platí a ( a> přetížení ( a) a= klid a< pád ( a ) a=- stav bez tíže a) 4

5 a Pincip ekvivalence avitační htnst a setvačná htnst Platí =? Expeientálně s vysku přesnstí uvedená vnst platí. Pincipiálně se liší, espektive je spávné uvažvat jejich ůznsti. Př.: Newtn ateatické kyvadl l φ x x x sin x x cs t x x cs t l T l expeientálně lze se pkusit důkaz zhtvení kyvadel z ůzných látek, přesnst je alá (asi - ), ale dstáváe =. 5

6 Př.: phyb dužice M 4 T M p ůzné a by se ěnila dba běhu a tedy tělesa z ůzných látek by se d sebe vzdalvala, cž se nepzuje. Sučasná chyba kle -. Pincip ekvivalence avitační a setvačné htnsti jsu přesně stejné. Jeden z pincipů becné teie elativity. C je t avitace? C t je? - vždy veli těžká tázka Snadněji se ppíší vlastnsti, ateatický vztah,.pdstata? Např. z histie (75) předpkládeje pst zaplněný chaticky se phybujícíi se částicei, kteé jsu jen ál absbvány tělesy. Částic d slunce přichází éně než v pačné sěu tedy zeě je přitahvána slunce, navíc tělesný úhel je úěný -. ptíž je v t, že by zepředu zeě naážela na více částic a tedy by byla bzděna, t se nepzuje. Tedy hyptéza je špatná. avitace a elativita Z tht phledu není Newtnův zákn přádku, ptže předpkládá kažité půsbení na dálku, neespektuje skutečnst, že ax. ychlst šíření vzájenéh půsbení je c. Z teie elativity vyplývá např. hyb světla vlive avitačníh ple (klasicky světl htnst neá). cž je dbře exp. ptvzen. becné teii elativity je přístup k řešení avitace zcela jiný. avitace je zakřivení časpstu. Dvudienzinální znáznění zakřivení časpstu. Přítnst hty ění eetii časpstu a tat (zakřivená) eetie je chápána jak avitace (wiki) avitace a kvantvá echanika btížná pbleatika, snaha sjedncení. Např. hledání avitnu částice, kteá je sučástí avitační inteakce. Jednu z nadějných teií je teie supestun ( d). 6

7 Elektická síla někdy elektstatická, Culbvská atd. Elektický nábj Histie Benjain anklin (76-79) ppvé pužil kladný a zápný nábj. El. nábj je diskétní, nelze jej dělit e=.6-9 C Zákn zachvání nábje (B anklin 747) celkvý nábj izlvané sustavy je knstantní (sučet + -)- platí zcela becně. Culbův zákn (785) Z ěření na tzních vahách ( viz avitace) q q q q k k 4 platí puze p bdvé nábje neb henní kule. P vakuu platí k =9. 9 N C -, espektive p peitivitu = C N - - Jeden culb elektický nábj přenesený pude veliksti A běhe sekundy (C=A.s; pud=nábj/čas), (apé je základní jedntka pudu v SI). Chales-Auustin de Culb Nábje jsu + a -! Opačné se přitahují, suhlasné dpuzují. 7

8 Expnent ve jenvateli se vná přesně., chyba je -. Difeenciální a becný tva Culbva zákna (platí pincip supepzice) dq dq dq d d 4 4 T T Oezení platnsti C. zákna neespektuje knečné šíření inteakce ( c ), atd. Pzn.: p at vdíku je pě C / = 9!!!! Pzn: p veli becnu Schdinevu vnici je nutné sestavit tzv. hailtnián, cž není nic jinéh než kinetická eneie částic a ptenciální (culbvská) eneie všech nabitých částic Silná jadená inteakce Stabilita atvéh jáda napvídá, že vedle dpudivých elektických sil (ptny +) usí existvat silné přitažlivé síly Silná jadená inteakce puze na alé vzdálensti -5. Obecně platí du d U je ptenciální eneie, v tt případě řádu Me (deuteiu. Me) Silná jadená inteakce ezi ptny a neutny je důsledke inteakce ezi kvaky ptn se skládá: kvaky u (up) a kvak d (dwn) neutn : kvak u kvaky d Síla ezi kvaky je zpstředkvána luny (analicky p el. sílu ftny) Slabá inteakce univezální inteakce ezi všei částicei, veli kátký dsah -8, je přenášena bsny W a Z. Je pzvatelná při veli jednduchých eakcí, jak např. zpad neutnu: n p e neutn, ptn, elektn, neutin; neb p n e neutin, ptn,neutn, pzitn Sučasný tzv. standadní del ppisuje elektaneticku a slabu inteakci jak dvě slžky elektslabé inteakce (Nbelva cena 979). Ple Kncept ple suvisí s půsbení sil, existence inteakcí na dálku. Např.: histicky se patří kncepce éteu způsbuje půsbní na dálku, je neviditelný, nevažitelný, dknale pužný. Tent del byl na začátku.stl nahazen ple. 8

9 Ple pst, kde v každé bdě á příslušná fyzikální veličina definvanu hdntu, pžaduje se, aby byla spjitá, dbře definvaná, nenáhdná.. Skalání ple skalá ( tlakvé ple, tepltní ple iztey,..) ektvé ple vekt (ychlstní ple, vít, el.ple Tenzvé ple..napětí, deface (příklad anetickéh ple řez/ le) Zatí ppíšee základy avitačníh ple, elektickéh ple, pzději žná ela. ple Ple ve fyzikální syslu je fa existence hty, knečné šíření účinků ple, á svji stuktuu ela. ple..ftny avitační ple.avitny? slabá inte.. W a Z bzny silná luny Pincip supepzice jeden ze základních pincipů, lze věřit jen jeh důsledky. (p někteé fyz. veličiny pincip neusí platit) Platí p av. a ela. ple : výsledná síla je vektvý sučte všech jedntlivých sil celk i Netiviálnst pincipu supepzice M M M M nestíní, inteakce se nezeslabí. 9

10 avitační ple (Newtn) avitační síla d d d Intenzita avitačníh ple d d E E de (d je eleentání bje a je hustta htnsti) Pincip supepzice platí p i E. Skalání ppis avitačníh ple pzn.: ptenciální eneie htnéh bdu v bdě () vzhlede k bdu() je zápně vzatá páce nutná p přenesení () d () U d (p knzevativní ple pt. eneie závisí puze na pčáteční a kncvé bdě, nezávisí na tvau dáhy). Ptenciální eneie v avitační pli d U d d pzn. d d cs d 8 d M Z... ( ) U U P = je U = dstanee abslutní ptenciální eneii dd U U ptenciál definujee jak ptenciální eneii na jedntku htnsti U v avitační pli espektive becněji i i i d

11 dále platí (p jednduchst v d, becně du d E d d a d U ), E U, avitační zychlení E avitační zychlení je ttžné s intenzitu avitačníh ple. h Např. na zeěkuli M M E p h ( h ) tedy je p všechna tělesa stejné a nezávisí na. Pdbně p ptenciální eneii ( M ( h ) ) U M h ( h ) h h h h h Beee-li v úvahu taci Zeě, pak

12 ω α a α je celkvé zychlení, a je skutečné avitační zychlení. Platí 4 a a a cs ptže a 4 a ptže platí cs Z na vníku a cs Z a ( a cs ) Z a ( cs Z ) cs Z sin Závislst avitačníh zychlení na vzdálensti d Zeě (p 45 ) h() (k) 5 (k) 6 (k) 84. k Měsíc (s - ) Závislst na zeěpisné šířce z.šířka ( ) pznáka: N, E Nk s, U J, Jk

13 Elektické ple statické (stučně, pstup jak p av. ple) Elektická síla k q q d k dq dq Intenzita elektickéh ple q dq d E k E de k k q (d je eleentání bje a je hustta nábje) Pincip supepzice platí p i E. Pznáka silkřivky (tečny jsu sěy intenzity el. ple, hustta silča je úěná E) Skalání ppis elektickéh ple pzn.: ptenciální eneie nábje v bdě () vzhlede k bdu() je zápně vzatá páce nutná p přenesení z () d () U d (p knzevativní ple pt. eneie závisí puze na pčáteční a kncvé bdě, nezávisí na tvau dáhy). Ptenciální eneie v avitační pli d U d k qq k qq d pzn. d d cs d 8

14 ... k qq k qq ( ) U U P = je U = dstanee abslutní ptenciální eneii qq dqd q U k U k ptenciál definujee jak ptenciální eneii na jedntku nábje U q v elektické pli k q espektive becněji q i k k i i zdíl ptenciálů, cž je napětí dále platí (p jednduchst v d, becně du d E d d dq a d U ), E U, Pznáka: Při výpčtech i slžitých lekul je třeba zapčítat všechny přitažlivé i dpudivé síly, espektive jejich ptenciální eneie. ýsledke je následující závislst U() : 4

15 pznáka: N, E NC, U J, JC vlt 5