Закон всемирного тяготения
В рамках классической механики
гравитационное взаимодействие описывается
законом всемирного тяготения. Этот
закон был открыт Ньютоном в 1666 г.. Он
гласит, что сила гравитационного
притяжения между двумя материальными
точками массы
и
,
разделёнными расстоянием
,
пропорциональна обеим массам и обратно
пропорциональна квадрату расстояния
между ними — то есть:
Два любых тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению масс этих тел и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.
Силы тяготения или иначе гравитационные силы, действующие между двумя телами: - дальнодействующие; - для них не существует преград; - направлены вдоль прямой, соединяющей тела; - равны по величине; - противоположны по направлению.
Радиоактивность
Процесс взаимодействия нуклонов
осуществляется путем многократного
испускания одним из них -мезона и
поглощения его другим нуклоном. В
результате этого протон превращается
в нейтрон, а нейтрон преобразуется в
протон. Протоны и нейтроны, образующие
атомное ядро, удерживаются вместе
мощными силами ядерного взаимодействия,
которые принадлежат, как мы уже знаем,
к фундаментальному типу сильного
взаимодействия. Под энергией связи ядра
подразумевают энергию, которую необходимо
затратить, чтобы разделить его на
отдельные нуклоны. Она равна разности
между суммой масс нуклонов, входящих в
ядро, и массой образованного из них
ядра, умноженной на квадрат скорости
света:
Из этой разницы как раз образуется тот дефект массы, за счет которого возникает огромная термоядерная энергия в результате расщепления ядра:
Отсюда становится ясным, что масса ядра атома меньше массы составляющих его нуклонов, так как в процессе синтеза часть их массы превращается в энергию и выделяется в окружающую среду. Зная общую энергию связи нуклонов, можно найти удельную энергию, приходящуюся на отдельный нуклон. Для большинства ядер эта энергия в среднем оказывается одинаковой, но для легких и тяжелых ядер наблюдается отклонение от среднего значения. Следует также обратить внимание на то, что с увеличением числа протонов в тяжелых ядрах тех атомов, которые занимают места в последних клетках периодической системы элементов Менделеева, заметное воздействие оказывают силы отталкивания между положительно заряженными протонами. Они стремятся разрушить ядро, и поэтому ядра таких атомов становятся нестабильными, а атомы химических элементов, начиная с № 83 (висмут), оказываются неустойчивыми. Именно этим объясняется естественная радиоактивность элементов, наблюдаемая в природе.
Впервые такую радиоактивность обнаружил французский ученый А. Беккерель в 1896 г. Изучая соли урана, а затем и чистый уран, он заметил, что они непрерывно излучают энергию, которую Беккерель назвал радиоактивной. Дальнейшее исследование явления радиоактивности другими учеными, и в особенности супругами М. Склодовской-Кюри и П. Кюри, открывшими новые радиоактивные элементы полоний и радий, позволило выявить ряд свойств и закономерностей радиоактивного излучения. Было установлено, что все радиоактивные вещества испускают три рода лучей, которые были названыα-, β-, γ-лучами. При анализе α-лучи оказались ядрами гелия, β-лучи сначала связывали с испусканием электрона, но теперь мы знаем, что они характерны для слабого взаимодействия вообще, γ-лучи обладают большой проникающей способностью и во многом аналогичны жестким рентгеновским лучам.
Первыми такую искусственную радиоактивность наблюдали французские физики супруги И. и Ф. Жолио-Кюри, получившие изотоп фосфора. В настоящее время наиболее эффективным средством, способным вызвать искусственную радиоактивность или получить изотопы, служат, как мы уже знаем, нейтроны. В принципе искусственная радиоактивность не отличается от радиоактивности естественной, поскольку обе они основываются на разрушении ядра атома и превращении одних атомов в другие.
Особого внимания заслуживает процесс деления тяжелых ядер, который может происходить как естественно, так и искусственно. В последнем случае для этого следует бомбардировать ядро нейтронами. В 1939 г. немецкие ученые О. Ган и Ф. Штрассман, бомбардируя уран нейтронами, обнаружили, что при этом образуются ядра щелочноземельных элементов. В том же году австрийские физики Л. Майтнер и О. Фриш установили, что при бомбардировке ядра урана-235 нейтронами оно делится на два осколка и при этом испускается 2—3 свободных нейтрона. Эти нейтроны, попадая на другие ядра, могут вызвать их деление и таким способом вызвать цепную реакцию. В результате этого выделяется огромное количество энергии вследствие принципа дефекта массы, рассмотренного выше. Для сравнения можно отметить, что энергия, получаемая в результате цепной реакции деления1 кг урана, в несколько миллионов раз больше, чем, например, при сжигании того же количества угля.
Однако осуществить такую цепную реакцию весьма трудно, поскольку для этого требуется уран-235, которого в природном уране содержится всего 0,7%. Поэтому необходимо из урановой руды выделить достаточное количество урана-235, чтобы могла начаться цепная реакция. Эта критическая масса составляет несколько десятков килограммов. Такая реакция будет, однако, неуправляемой и может привести к большому взрыву, как и в водородной бомбе. Но реакция, которая происходит в водородной бомбе, имеет принципиально иной характер. Она основана на термоядерном синтезе, т.е. на соединении легких ядер водорода при очень высокой температуре, в сотни миллионов градусов, которая получается путем взрыва атомной бомбы, сконструированной вместе с водородной бомбой. Огромная температура, выделяемая при атомном взрыве, создает условия для термоядерного синтеза ядер водорода и выброса получаемой при этом гигантской энергии.