From Wikipedia, the free encyclopedia
Көс — есемгә башҡа есемдәрҙең тәьҫир итеү үлсәменең физик дәүмәле.
Көс | |
Үлсәнеш |
LMT−2 |
---|---|
Үлсәү берәмеге | |
СИ |
ньютон |
СГС |
дина |
Примечания | |
вектор дәүмәл |
Классик механика | ||||||||
Ньютондың икенсе законы | ||||||||
Тарихы… | ||||||||
| ||||||||
Шулай уҡ ҡарағыҙ: Портал:Физика |
Көс — теләһә ниндәй ирекле есемдең хәрәкәтен үҙгәртеүсе йәки беркетелгән есемдә эске көсөргәнеш барлыҡҡа килтереүсе тышҡы фактор[1][2][3][4][5][6].
Тәьҫир һәр ваҡыт есемдәр тыуҙырған һәм ҡабул иткән ҡырҙар тарафынан ғәмәлгә ашырыла. Төрлө тәьҫирҙәр дүрт фундаменталь тәьҫир итешеүгә ҡайтып ҡала; Элементар киҫәксәләр физикаһы стандарт моделенә яраҡлы был фундаменталь тәьҫир итешеүҙәр (көсһөҙ, электромагнит, көслө һәм, бәлки, гравитацион) калибрлаусы бозондар (калибровочные) менән алмашыу юлы менән ғәмәлгә ашырыла[3].
Көстө билдәләү өсөн F билдәһен ҡулланалар — лат. fortis (лат. fortis — көслө).
Көс ингән иң әһәмиәтле закон — Ньютондың икенсе законы. Уға яраҡлы инерциаль хисап системаларында материаль нөктәнең тиҙләнеше йүнәлеше менән һалынған көскә тап килә, модуле буйынса көс модуленә пропорциональ һәм материаль нөктәнең массаһына кире пропорциональ була.
СИ берәмекәр системаһында көс үлсәнеше LMT−2, берәмеге — Nyuton, SGSta — dina (dyn).
Көс менән бәйле эштәрҙе төрлө осорҙа Архимед (б.э. тиклем III быуат), Аристотель (б.э. тиклем IV быуат), Исаак Ньютон (XVIII быуат, Isaak Newton)) яҙған.
Өс быуат дауамында (17-19-сы быуаттар) Ньютон механикаһы ғына ҡулланыла. XX быуатта Альберт Эйнштейн (Albert Einstein) Ньютон механикаһының тик юғары булмаған тиҙлектәр осрағы өсөн яраҡлы булыуын иҫбатлаған һәм юғары тиҙлектәр өсөн дөйөм механиканы тәҡдим иткән.
Ньютондың икенсе ҡануны буйынса материаль нөктә импульсы үҙгәрешенең тиҙлеге нөктәгә барлыҡ тәьҫир иткән көстәр суммаһына тиң:
йәки:
Ньютондың өсөнсө законы буйынса : теләһә ниндәй есемдәр өсөн — 1-се есемдең 2-се есемгә тәьҫир көсө уға модуле буйынса тигеҙ булған, ләкин уға ҡаршы йүнәлештә тәьҫир итеүсене булдыра:
Тәбиғәттәге бөтә көстәр фундаменталь үҙ-ара тәьҫир итешеүҙең дүрт төрөнә нигеҙләнгән. Бөтә төр үҙ-ара тәьҫир итешеүҙең максималь тиҙлеге вакуумдағы яҡтылыҡ тиҙлегенә тигеҙ. Электромагнит көстәр электр зарядлы есемдәр араһында тәьҫир итә, гравитацион көстәр массив объекттар араһында тәьҫир итә. Көслө һәм көсһөҙ тәьҫир итешеүҙәр бик бәләкәй генә арауыҡтарҙа барлыҡҡа киләләр, улар субатом киҫәксәләр, шул иҫәптән атом ядроларын төҙөүсе нуклондар араһында үҙ-ара тәьҫир итешеү барлыҡҡа килеү өсөн яуап бирәләр.
Көслө һәм көсһөҙ үҙ-ара тәьҫир итешеүҙең көсөргәнешлелеге «көс берәмектәрендә» түгел, ә «энергия берәмектәрендә» (электрон-вольттарҙа) үлсәнә, шуға күрә уларға «көс» терминын ҡулланыу антик осорҙан башлап уратып алған донъялағы һәр күренешкә хас булған «көстәрҙең» тәьҫир итеү традицияһы менән аңлатыла.
Көс төшөнсәһен субатом донъя күренештәренә ҡулланырға ярамай. Был төшөнсә классик физика арсеналынан, Ньютондың алыҫта эш иткән көстәр тураһындағы фекерҙәре (хатта аңһыҙ рәүештә генә булһа ла) менән бәйле. Субатом физикаһында бындай көстәр бөтөнләй юҡ: уларҙы киҫәксәләр араһында ҡырҙар аша, йәғни ниндәйҙер башҡа киҫәксәләр аша барлыҡҡа килгән үҙ-ара тәьҫир итешеү алмаштыра. Шуға күрә юғары энергиялар физикаһы «көс» һүҙен ҡулланыуҙан ҡасырға тырыша, уны «үҙ-ара тәьҫир итешеү» һүҙе менән алмаштыра[7].
.
Һәр төрҙәге үҙ-ара тәьҫир итешеүгә ярашлы «таратыусылар»: электромагнит тәьҫир итешеү — виртуаль фотондар менән, көсһөҙ тәьҫир итешеү — векторлы бозондар менән — көслө тәьҫир итешеү глюондар (һәм ҙур арауыҡтарҙа — мезондар) менән алмашыуға бәйле. Гравитацион үҙ-ара тәьҫир итешеүгә ҡарата теоретик фараздар бар (мәҫәлән ҡылдар теорияһында йәки M-теорияла гравитон тип аталған үҙ ташыусыһы-бозон менән бәйле булыуы ихтимал, әммә уның барлығы әлегә иҫбатланмаған. XX быуаттың 70-80-се йылдарында юғары энергиялы физика үткәргән тәжрибәләр, көсһөҙ һәм электромагнит үҙ-ара тәьҫир итешеү глобаль электр көсһөҙ үҙ-ара тәьҫир итешеүҙең сағылышы булып тора тигән фекерҙе раҫлай[8]. Хәҙерге ваҡытта бөтә дүрт фундаменталь үҙ-ара тәьҫир итешеүҙе (бөйөк берләштереү теорияһы тип аталған) берәүгә берләштерергә тырышыу бара.
Гравитация (тартылыу көсө) — материяның теләһә ниндәй төрҙәре араһында универсаль үҙ-ара тәьҫир итешеү. Классик механика сиктәрендә Исаак Ньютон тарафынан телгә алынған «Математические начала натуральной философии» хеҙмәтендә әйтеп бирелгән бөтә донъя тартылыу көсө менән тасуирлана. Ньютон Ай Ер тирәләй хәрәкәт иткән тиҙләнештең ҡиммәтен таба, иҫәпләүҙәрҙә гравитация көсө тартыусы есемдән алыҫлыҡ квадратына кире пропорциональ кәмей тип иҫәпләй. Бынан тыш, уның тарафынан бер есемдең икенсеһенә тартылыуы менән бәйле тиҙләнеш был есемдәрҙең массаларының ҡабатландығына пропорциональ булыуын асыҡлай[9]. Ошо ике һығымта нигеҙендә гравитация законы формулировкалана: теләһә ниндәй материаль киҫәксәләр бер-береһенә ( һәм ) массаларының ҡабатландығына тура пропорциональ һәм улар араһындағы алыҫлығына кире пропорциональ көсө менән бер-береһенә ҡарай йүнәлештә тартылалар:
Бында − гравитация даимиһы[10], уның ҡиммәтен беренсе булып үҙенең тәжрибәләрендә Генри Кавендиш таба. Был закон ярҙамында ирекле формалағы есемдәрҙең тартылыу көсөн иҫәпләү формулаларын алырға мөмкин. Ньютондың тартылыу теорияһы Ҡояш системаһы планеталарының һәм башҡа бик күп күк есемдәренең хәрәкәтен яҡшы һүрәтләй. Әммә уның нигеҙендә сағыштырмалыҡ теорияһына ҡаршы килеүсе йыраҡтан тәьҫир итешеү концепцияһы ята. Шуға күрә классик гравитация теорияһы яҡтылыҡ тиҙлегенә яҡын торған тиҙлек менән хәрәкәт итеүсе есемдәрҙең хәрәкәтен, үтә ҙур объекттарҙың (мәҫәлән ҡара упҡын) гравитацион ҡырҙарын, шулай уҡ уларҙан ҙур арауыҡта хәрәкәт итеүсе есемдәр тыуҙырған үҙгәреүсән гравитацион ҡырҙарҙы тасуирлауҙа ҡулланылмай[11].
Гравитацияның дөйөм теорияһы — Альберт Эйнштейндың дөйөм сағыштырмалыҡ теорияһы. Унда гравитация иҫәпләү системаһына бәйле булмаған инвариант көс менән характерланмай. Уның урынына есемдәрҙең гравитацион ҡырҙа ирекле хәрәкәте, күҙәтеүсе тарафынан өс үлсәмле арауыҡ-ваҡытта кәкре траектория буйлап үҙгәреүсән тиҙлекле хәрәкәт итеп ҡабул ителә, төрлө нөктәләрендә ваҡыт төрлөсә аҡҡан бөгөлгән дүрт үлсәмле арауыҡ-ваҡыт арауығында геодезик һыҙыҡ буйлап инерция буйынса хәрәкәт итеп ҡарала. Өҫтәүенә, был һыҙыҡ ниндәйҙер мәғәнәлә «иң тура» — йәғни был есемдең ике арауыҡ-ваҡыт торошо араһындағы арауыҡ-ваҡыт аралығы ([[үҙ ваҡыты]) максималь була. Арауыҡтың кәкрелеге есемдәрҙең массаһына, шулай уҡ системала булған энергияның бөтә төрҙәренә бәйле[3].
Ньютондан һуңғы физиканың үҫеше өс төп (оҙонлоҡ, масса, ваҡыт) берәмеккә «кулон» үлсәмле электр зарядын өҫтәй (C). Ләкин, практика талаптарынан сығып, төп үлсәү берәмеге сифатында зарядтың үлсәү берәмеген түгел, ә электр тогының үлсәү берәмеген ҡуллана башлайҙар. Шулай, СИ системаһында ампер төп берәмек булып тора, ә заряд берәмеге — кулон — унан сығарылма берәмек.
Заряд уны йөрөтөүсе есемдән башҡа йәшәй алмағанлыҡтан, есемдәрҙең электр тәьҫир итешеүе механикала ҡаралған тиҙләнештең сәбәпсеһе булып торған көс күренешендә һиҙелә. Вакуумда урынлашҡан дәүмәлдәре һәм булған ике нөктә кеүек зарядтың электростатик тәьҫир итешеүенә ҡарата Кулон законы ҡулланыла. СИ системаһына ярашлы формала ул ошондай күренештә була:
бында — 1 заряд 2 зарядҡа тәьҫир иткән көс, — модуле буйынса зарядтар араһындағы алыҫлыҡҡа тигеҙ булған, 1 зарядтан 2 зарядҡа йүнәлгән вектор, ә — ≈ 8,854187817•10−12 Ф/м-ға тигеҙ булған электр даимиһы. Зарядтарҙы бер төрлө һәм изотроп мөхиткә урынлаштырғанда тәьҫир итешеү көсө ε тапҡыр кәмей, бында ε — мөхиттең диэлектрик үткәреүсәнлеге.
Көс нөктә кеүек зарядтарҙы тоташтырыусы һыҙыҡ буйлап йүнәлә. Электростатик ҡырҙы графикта, массаһы булмаған зарядлы киҫәксә хәрәкәт итергә мөмкин булған, уйҙағы траекториялар булып торған көс һыҙыҡтары рәүешендә һүрәтләү ҡабул ителгән. Был һыҙыҡтар бер зарядтан башлана һәм икенсеһендә тамамлана.
Магнит ҡырының булыуын "яратыусы таш"ты — магнитлы компастың өлгөһө (прообразы) сифатындағы магнитты ҡулланыусы ҡытайлылар урта быуаттарҙа уҡ танығандар. Магнит ҡырын графикта йомоҡ көс һыҙыҡтары рәүешендә һүрәтләү ҡабул ителгән, уларҙың ҡуйылығын (шулай уҡ электростатик ҡыр осрағындағы кеүек) уның көсөргәнешлелеге билдәләй. Тарихи магнит ҡырын күҙ менән күрерлек итеп визуаллаштырыу ысулы, магнитҡа һалынған ҡағыҙ битенә һибелгән тимер онтаҡтары.
Ганс Христиан Эрстед үткәргес буйлап аҡҡан ток магнит уҡтарының тайпылыуын барлыҡҡа килтереүен асыҡлаған.
Фарадей токлы үткәргес тирәләй магнит ҡыры барлыҡҡа килә тигән фекергә килә.
Ампер физикала магнит ҡырының барлыҡҡа килеү процесының моделе сифатында танылған, материалдарҙа бөтәһе бергә тәбиғи йәки тыуҙырылған магнетизм эффектын тәьмин итеүсе микроскопик йомоҡ токтар булыуын фараз итеүсе гипотеза әйтә.
Ампер вакуумда урынлашҡан иҫәпләү системаһында, уға ҡарата заряд хәрәкәт иткәндә, йәғни үҙен электр тогы кеүек тотҡанда, магнит ҡыры барлыҡҡа килеүен асыҡлай, уның көсөргәнешлелеген зарядтың хәрәкәте йүнәлешенә перпендикуляр урынлашҡан яҫылыҡта ятыусы магнит индукцияһы векторы билдәләй.
Шул уҡ Ампер тәүге тапҡыр электр тогы үткән ике параллель үткәргестең үҙ-ара тәьҫир итешеү көсөн үлсәй. Үткәргестәрҙең береһе үҙе тирәләй магнит ҡырын булдыра, икенсеһе был ҡырға үлсәргә мөмкин булған көс менән яҡынайып йәки алыҫлашып яуап бирә. Көстө үлсәп һәм ток көсөн белеп, магнит индукцияһы векторының модулен билдәләргә мөмкин була.
Бер-береһенә ҡарата хәрәкәттә булмаған электр зарядтары үҙ-ара Кулон законы менән тасуирланған көс менән тәьҫир итешәләр. Әммә хәрәкәт итеүсе зарядтар магнит ҡыры ла барлыҡҡа килтерәләр һәм улар аша зарядтарҙың хәрәкәте тыуҙырған токтар дөйөм осраҡта көс менән тәьҫир итешеү хәленә киләләр.
Зарядтарҙың сағыштырмаса хәрәкәте ваҡытында барлыҡҡа килгән көстөң стационар урынлашыу осрағынан төп айырмаһы — был көстәрҙең геометрияһы айырмаһында. Электростатика осрағында ике зарядтың үҙ-ара тәьҫир итешеү көсө уларҙы тоташтырыусы һыҙыҡ буйлап йүнәлә. Шуға күрә геометрия мәсьәләһе ике үлсәмле һәм ошо һыҙыҡ аша үткән яҫылыҡта ҡарала.
Электр тогы осрағында ток барлыҡҡа килтергән магнит ҡырын ҡылыҡһырлаған көс ағымға перпендикуляр яҫылыҡта урынлашҡан. Шуға күрә күренештең картинаһы өс үлсәмлегә әйләнә. Беренсе токтың оҙонлоғо буйынса сикһеҙ бәләкәй элементы барлыҡҡа килтерелгән магнит ҡыры, икенсе токтың шундай уҡ элементы менән үҙ-ара тәьҫир итешкәндә, дөйөм осраҡта уға тәьҫир итеүсе көс барлыҡҡа килтерә. Шул уҡ ваҡытта ике ток өсөн дә был картина тулыһынса симметриялы, шуға күрә токтарҙы номерлау ирекле.
Закон взаимодействия Токтарҙың тәьҫир итешеү законы даими электр тогын эталонлаштырыу өсөн ҡулланыла.
Көслө тәьҫир итешеү — адрондар һәм кварктар араһындағы фундаменталь ҡыҫҡа аралыҡта үҙ-ара тәьҫир итешеү. Атом ядроһында көслө тәьҫир итешеү ыңғай зарядлы (электростатик этәрелеү кисереүсе) протондарҙы бергә тота, был нуклондар (протондар һәм нейтрондар) араһында пи-мезон алмашыу аша була. Пи-мезондар бик аҙ йәшәй, уларҙың йәшәү ваҡыты тик ядро радиусында ядро көстәрен тәьмин итеү өсөн генә етерлек, шуға ла ядро көстәрен ҡыҫҡа аралыҡтағы көстәр тип атайҙар.
Нейтрондар һанының артыуы ядроны «шыйығайта», электростатик көстәрҙе кәметә һәм ядро көстәрен арттыра, әммә нейтрондар һаны күп булғанда, улар үҙҙәре лә,фермион булараҡ, Паули принцибы арҡаһында этәрелеү кисерә башлайҙар. Шулай уҡ, нуклондар артыҡ ныҡ яҡынайғанда, этәрелеү тыуҙырыусы W-бозондар менән алмашыныу башлана, шуның арҡаһында атом ядроһы «тарҡалмай».
Адрондарҙың үҙҙәренең эсендә көслө тәьҫир итешеү кварктарҙы — адрондарҙың составындағы өлшсәләрҙе тотоп тора. Көслө ҡырҙың кванттары — глюондар. Һәр кварк өс «төҫлө» зарядтың береһенә эйә, һәр глюон «төҫ» -«ҡаршы төҫ» парынан тора. Глюондар кварктарҙы «конфайнмент»ҡа бәйләй, шуның арҡаһында әлеге ваҡытта экспериментта ирекле кварктар күҙәтелмәй. Кварктар бер-береһенән алыҫайғанда, глюон бәйләнештәренең энергияһы арта, ә үҙ-ара ядро тәьҫир итешеүҙәге кеүек кәмемәй.
Күп энергия сарыф итеп (тиҙләткестә адрондарҙы этәреп), кварк-глюон бәйләнешен өҙөргә мөмкин, әммә был ваҡытта яңы адрондар ағымы сыға. Әммә арауыҡта ирекле кварктар булыуы мөмкин: әгәр ниндәйҙер кварк Ҙур шартлау ваҡытында конфайнменттан ҡотолоп ҡала алһа, тейешле антикварк менән юҡҡа сығыу йәки төҫһөҙ адронға әйләнеү ихтималлығы бындай кварк өсөн бик аҙ.
Көсһөҙ үҙ-ара тәьҫир итешеү — фундаменталь ҡыҫҡа үҙ-ара тәьҫир итешеү. Тәьҫир итеү радиусы 10−18 м. Арауыҡ инверсияһы һәм зарядтар бәйлегенә ҡарата симметриялы. Көсһөҙ үҙ-ара тәьҫир итешеүҙә бөтә фундаменталь фермиондар (лептондар һәм кварктар) йәлеп ителә. Был [[[нейтрино]] (лаборатория шарттарында бик бәләкәй гравитацияны иҫәпкә алмайынса) ҡатнашҡан берҙән-бер үҙ-ара тәьҫир итешеү, был киҫәксәләрҙең ғәйәт ҙур үтеп инеү һәләте ошоноң менән аңлатыла. Көсһөҙ үҙ-ара тәьҫир итешеү лептондарға, кварктарға һәм уларҙың кире өлөшсәләренә энергия, масса, электр заряды һәм квант һандары менән алмашыу— йәғни бер-береһенә әүерелеү мөмкинлеген бирә. Сағылыштарҙың береһе — бета-тарҡалыу.
Тәбиғәттә үҙен белендергән көстәр төрлөлөгө асылда алдағы бүлектә күрһәтелгән дүрт фундаменталь көскә ҡайтып ҡала.
Мәҫәлән, ышҡылыу — ике сиктәш йөҙҙәрҙең атомдары араһында тәьҫир итеүсе электромагнит көстәр һәм Паули тыйыу принципбы сағылышы[12], был атомдарға бер-береһенең өлкәһенә үтеп инергә мөмкинлек бирмәй. Пружинаның деформацияһы ваҡытында барлыҡҡа килгән Гук законы менән тасуирланған көс, шулай уҡ является результатом действия электромагнитных сил между өлөшсәләр араһында тәьҫир итеүсе электромагнит көстәр һәм Паули тыйыу принципбы һөҙөмтәһе булып тора, ул есемдең кристаллик рәшәткәһе атомдарын тигеҙләнеш торошо эргәһендә тотолоп торорға мәжбүр итә[3]. Ауырлыҡ көсө — ул планетала фундаменталь гравитацион тартылыу тәьҫире һөҙөмтәһе.
Ләкин практикала төрлө көстәрҙең тәбиғәтен бындай деталләштереү йыш ҡына маҡсатҡа ярашһыҙ йәки мөмкин булмаҫлыҡ булып сыға. Шуға күрә ғәҙәттә фундаменталь көстәргә ҡарата «сығарылма» көстәр есемдәрҙең үҙ-ара тәьҫир итешеүенең үҙ аллы характеристикаһы итеп ҡаралалар һәм үҙҙәренең атамалары бар: «тартылыу көсө», «Ван-дер-Ваальс көсө» һәм башҡалар (ҡарағыҙ. список названий сил в физике).
Инерция көсө — инерциаль булмаған иҫәпләү системаһында индерелгән көс. Инерция көсен индереү инерциаль булмаған иҫәпләү системаларында есемдәрҙең хәрәкәте тигеҙләмәләренә инерциаль системаларҙа Ньютондың икенсе законы тигеҙләмәһе менән бер үк форма биреү маҡсатында индерелә. Ҡайһы бер осраҡтарҙа бындай алым хәрәкәтте ҡарауҙы уңайлыраҡ һәм күҙгә күренерлек, ә тейешле мәсьәләләрҙе сығарыуҙы ябайыраҡ итергә мөмкинлек бирә.
Айырым осраҡта, тигеҙ тиҙләнешле хәрәкәт итеүсе есем менән бәйле иҫәпләү системаһында, инерция көсө тиҙләнешкә ҡаршы йүнәлгән. күсермәле һәм Кориолис суммаһы менән күрһәтелгән тулы инерция көсөнән уңайлылыҡ өсөн үҙәктән ҡасыусы көс һәм Кориолис көсө айырып күрһәтелергә мөмкин.
Инерция көсө ҡалған бөтә көстәрҙән, есемдәрҙең бер ниндәй ҙә реаль үҙ-ара тәьҫир итешеүенә тап килмәүе менән айырыла. Шуның менән бергә, инерция һәм гравитация массаларының тигеҙлеге сәбәпле, гравитация һәм инерция көстәренең эквивалентлыҡ принцибына ярашлы, бирелгән есемгә ниндәй көс тәьҫир итә — гравитация көсөмө йәки шул уҡ инерция көсөмө икәнен айырыуы мөмкин түгел .
Элементар физикала «инерция көсө» терминын ҡулланыу тәҡдим ителмәй, сөнки, элементар физикала бөтә хәрәкәт тигеҙләмәләре инерциаль иҫәпләү системаларына ҡарата хәрәкәтте тасуирлайҙар һәм «көс» төшөнсәһе һәр саҡ ниндәйҙер тышҡы объект менән тәьҫир итешеү менән бәйле һәм үҙенән үҙе йәшәй алмай. Есемгә тәьҫир итеүсе көстәр диаграммаһында инерция көсөн күрһәтеү элементар физика курстарында хата тип баһалана.
Сила (Н) | |
Ҡояш менән Ер араһында үҙ-ара тартылыу көсө | [14] |
Ер менән Ай араһында үҙ-ара тартылыу көсө | [14] |
"Союз" йөрөтөүсе ракетаның беренсе һәм икенсе баҫҡыстарының тартыу көсө]] | [15] |
2ТЭ70 тепловозының тартыу көсө | [16] |
Водород атомында электрон менән протон араһында тартылыу көсө | [14] |
Ишетелеш сигендә кеше ҡолағында тауыш баҫымы көсө | [14] |
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.