Zadanie Zadanie 4.1.1: Klasyfikacja oddziaływań fundamentalnych i makroskopowych sił w przyrodzie

Punkty
3 pkt
Dział
Ruch i siły · Odziaływania
Trudność
Poziom trudności: łatwe
W fizyce współczesnej wszystkie obserwowane siły i procesy we Wszechświecie sprowadzają się do czterech oddziaływań fundamentalnych: grawitacyjnego, elektromagnetycznego, silnego oraz słabego. W technice i życiu codziennym spotykamy się z rozmaitymi rodzajami sił o charakterze makroskopowym. Przeanalizuj poniższą tabelę zawierającą sześć zjawisk i sił: $\begin{tabular}{|c|l|}$ $\hline$ $\textbf{Lp.} & \textbf{Zjawisko lub siła} \\$ $\hline$ 1 & Siła sprężystości rozciąganej stalowej sprężyny dynamometru. \\ 2 & Rozpad promieniotwórczy beta minus neutronu w jądrze atomowym. \\ 3 & Siła grawitacji utrzymująca sztucznego satelitę na orbicie wokół Ziemi. \\ 4 & Siła tarcia kinetycznego klocka hamulcowego o tarczę koła pociągu. \\ 5 & Siła wiążąca kwarki wewnątrz protonu. \\ 6 & Siła oporu hydrodynamicznego działająca na kadłub statku płynącego w wodzie. \\ $\hline$ $\end{tabular}$ a) Wskaż, które z wymienionych zjawisk wynikają bezpośrednio z oddziaływań fundamentalnych silnych, a które ze słabych (podaj ich numery i nazwy). b) Wyjaśnij, jakie oddziaływanie fundamentalne leży u mikroskopowych podstaw makroskopowych sił sprężystości, tarcia oraz oporu hydrodynamicznego (zjawiska 1, 4, 6). Uzasadnij odpowiedź, odwołując się do budowy materii. c) Przypisz zjawisku 3 właściwe oddziaływanie fundamentalne oraz podaj, jaki jest zasięg tego oddziaływania i czy ma ono charakter przyciągający, odpychający, czy obydwa.

Odpowiedź i wynik końcowy

a) Oddziaływanie silne: zjawisko 5 (siła wiążąca kwarki wewnątrz protonu). Oddziaływanie słabe: zjawisko 2 (rozpad beta minus neutronu). b) Wszystkie makroskopowe siły mechaniczne (1, 4, 6) mają naturę elektromagnetyczną. Wynikają one z elektrostatycznego oddziaływania (przyciągania i odpychania kulombowskiego) zewnętrznych powłok elektronowych atomów i cząsteczek tworzących stykające się i odkształcane ciała. c) Zjawisko 3 wynika z oddziaływania grawitacyjnego. Oddziaływanie to ma zasięg nieskończony (F∝1r2F \propto \frac{1}{r^2}) i ma charakter wyłącznie przyciągający. a: Oddziaływanie silne: zjawisko 5 (siła wiążąca kwarki wewnątrz protonu). Oddziaływanie słabe: zjawisko 2 (rozpad beta minus neutronu). b: Wszystkie makroskopowe siły mechaniczne (1, 4, 6) mają naturę elektromagnetyczną. Wynikają one z elektrostatycznego oddziaływania (przyciągania i odpychania kulombowskiego) zewnętrznych powłok elektronowych atomów i cząsteczek tworzących stykające się i odkształcane ciała. c: Zjawisko 3 wynika z oddziaływania grawitacyjnego. Oddziaływanie to ma zasięg nieskończony (F∝1r2F \propto \frac{1}{r^2}) i ma charakter wyłącznie przyciągający.