Природа механических сил

Из кинематики известно, что знание величины и направления ускорения позволяет вычислить положение точки в любой момент времени.

Законы динамики позволяют сделать это, если известна правая часть уравнений (1) или (3) – уравнений движения, описывающих второй закон Ньютона. Другими словами, нужно уметь определять силы, действующие на тело, положение которого требуется определить.

Взаимодействие между макроскопическими телами физика сводит к взаимодействию между элементарными частицами. Таких элементарных частиц в настоящее время известно более сотни. Среди них наиболее популярны электрон, протон и нейтрон.

Для характеристики всех частиц вводятся такие понятия как их масса покоя, электрический заряд, собственный механический момент (спин), а также четность, странность, красивость, барионный заряд, цветовой заряд, слабый заряд и т.д.

На сегодняшний день считается, что между элементарными частицами существует четыре фундаментальных взаимодействия: сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное.

Сравнительные характеристики этих взаимодействий приведены в таблице 1.

Таблица 1.

В классической физике считается, что электромагнитное и гравитационное взаимодействия осуществляются посредством поля.

Определение 1.

Поле – это особый вид материи, обладающий всеми её свойствами и характерный тем, что каждой точке пространства можно приписать определенное значение собственно рассматриваемого поля.

Физическое поле – непрерывно. Однако, современная физика, базирующаяся на квантовых представлениях, считает дискретной любую физическую величину, которая может изменяться только определенными порциями - квантами.

Она приписывает полям дискретный характер, когда изменение поля рассматривается как излучение или поглощение некой частицы, распространяющейся с конечной скоростью (не больше скорости света с!).

Другими словами, в квантовой физике взаимодействия сводятся к обмену теми или иными частицами, переносящими квант (порцию!) действия.

Если квант действия электромагнитного поля хорошо известен под названием фотон, то квант гравитационного взаимодействия остается по сих пор неоткрытым, хотя он уже получил название гравитона.

Строго говоря, силы в механике могут быть сведены к этим двум взаимодействиям, тем более, что два других типа описывают взаимодействия, существующие только в микромире. В частности, сильное взаимодействие может объяснить наличие ядерных сил, ответственных за устойчивость атомного ядра. Слабые взаимодействия возникают между микрочастицами, обладающими так называемым слабым зарядом.