Билет № 4. 1. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести, вес тела. Невесомость

Согласно закону всемирного тяготения Ньютона, все тела во Вселенной, обладающие массой, притягиваются друг к другу с силой, называемой гравитационной. Эта сила прямо пропор­циональна произведению масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

F = G*m1*m2/r² где G — гравитационная постоянная

Сила тяжести F= m*g является одной из составляющих силы гравитационного при­тяжения тела массы т к Земле (или другой планете). Другой составляющей является центростремительная сила, создающая центростремительное ускорение телу при его вращении вместе с Землей. Эта составляющая много меньше силы тяжести, по­этому ею часто пренебрегают и считают, что сила тяжести приблизительно равна силе гравитационного притяжения. Исходя из равенства силы тяжести на любой высоте над поверхностью планеты и силы гравитационного притяжения можно рассчитать ускорение свободного падения тела на поверхности Земли:

g = G*Mз/R² = 9,8 м/с2,

где Мз — масса Земли, R — радиус Земли.

Весом тела (Р) называют силу, с которой тело вследствие зго притяжения к Земле действует на горизонтальную опору или подвес. Если тело находится в покое на горизонтальной поверхности или равномерно движется вместе с нею, то вес тела, кото­рый численно равен силе реакции опоры, совпадает с величиной силы тяжести, т. е. Р =тg. Если же тело вместе с опорой дви-сется равноускоренно в вертикальном направлении, то вес тела отличается от силы тяжести. Когда вектор ускорения апротиво­положно направлен с ускорением свободного падения g, то воз­никает состояние перегрузки, при котором Р > тg. В случае совпадения направлений а и g вес тела становится меньше си­лы тяжести. Если тело вместе с опорой двигаются с ускорением а=g, то вес оказывается равным ну лю. Состояние с нулевым весом называют невесомостью.

2. Атом водорода. Квантовые постулаты Бора.

Датский физик Нильс Бор (1885–1962) в 1913 г. создал первую квантовую теорию атома, связав в единое целое эмпирические закономерности линейчатых спектров водорода, ядерную модель атома Резерфорда и квантовый характер излучения и поглощения света.

В основу своей теории Бор положил три постулата, по поводу которых американский физик Л. Купер заметил: «Конечно, было несколько самонадеянно выдвигать предложения, противоречащие электродинамике Максвелла и механике Ньютона, но Бор был молод».

Первый постулат (постулат стационарных состояний): в атоме электроны могут двигаться только по определенным, так называемым разрешенным, или стационарным, круговым орбитам, на которых они, несмотря на наличие у них ускорения, не излучают электромагнитных волн (поэтому эти орбиты названы стационарными). Электрон на каждой стационарной орбите обладает определенной энергией En.

Второй постулат (правило частот): атом излучает или поглощает квант электромагнитной энергии при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую:

hv = E1 – E2,

где E1 и E2 – энергия электрона соответственно до и после перехода.

При E1 > E2 происходит излучение кванта (переход атома из одного состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, то есть переход электрона с любой дальней на любую ближнюю от ядра орбиту); при E1 < E2 – поглощение кванта (переход атома в состояние с большей энергией, то есть переход электрона на более удаленную от ядра орбиту).

Будучи уверенным, что постоянная Планка должна играть основную роль в теории атома, Бор ввел третий постулат (правило квантования): на стационарных орбитах момент импульса электрона Ln= menrn

menrn = nh, n = 1, 2, 3, …,

где = 1,05 · 10-34 е = 9,1 · 10-31 кг – масса электрона; rп n – скорость электрона на этой орбите.