3.2.1
Typy síl v prírode. Fyzikálne polia
Pojem pole je jedným z najzákladnejších pojmov fyziky. Predstavuje -
popri látke - druhú základnú formu existencie hmoty.
Látka je forma hmoty, ktorá sa skladá z diskrétnych útvarov (atómy, molekuly).
Pole je forma hmoty, vypĺňajúca priestor, sprostredkujúci
silové pôsobenia (tzv. interakcie) medzi materiálnymi
objektmi. Prejavuje sa silovými účinkami
na iné objekty poľa alebo látky. Toto pôsobenie sa nedeje priamo „na
diaľku“ nekonečne rýchlo, ale prostredníctvom kvánt poľa konečnou rýchlosťou.
Mechanizmus pôsobenia je taký, že jeden interagujúci objekt kvantá vysiela,
druhý ich prijíma a opačne. Výsledkom je príťažlivá alebo odpudivá sila medzi
pôsobiacimi objektmi.
Interagujúce objekty
predstavujú v takto opísanej schéme zdroje poľa. Samotné pole tu možno chápať ako
priestor, ktorý prenáša silové pôsobenia a v
ktorom prebieha výmena kvánt. Za určitých podmienok je pole schopné aj
samostatnej existencie, t.j. aj vtedy, keď zdroje odstránime (napr. premenné
elektromagnetické pole šíriace sa v
priestore).
V prírode existujú štyri základné druhy síl. Sú
to:
Slabé sily
Gravitačné sily existujú medzi všetkými materiálnymi objektmi.
Podlieha im všetka hmota bez výnimky, dokonca aj svetlo. Nezávisia od vlastností
prostredia, nemožno ich ničím „zatieniť“. Sú to sily len príťažlivé ( aj v
prípade vzájomného pôsobenia častíc a antičastíc, resp. hmoty a antihmoty).
Kvantami tohto poľa sú pravdepodobne častice zvané gravitóny, ktoré však dosiaľ neboli priamo zaregistrované (súčasná
experimentálna technika to ešte neumožňuje). Gravitačné sily spôsobujú napr.
príťažlivosť Zeme a iných nebeských telies, udržiavajú planéty na obežných
dráhach okolo Slnka, Mesiac a umelé družice na obežných dráhach okolo Zeme a pod.;
môžeme povedať, že udržiavajú „poriadok“ vo Vesmíre. Sú najslabšie zo všetkých
druhov síl, takže sa výraznejšie prejavujú len v makrosvete. Ich dosah je
nekonečný.
Elektromagnetické sily pôsobia medzi elektricky nabitými časticami. Majú príťažlivý aj odpudivý
charakter, kvantami poľa sú fotóny.
Tieto sily napr. udržiavajú elektróny na obežných dráhach okolo atómových
jadier, vytvárajú väzby medzi atómami a molekulami, zodpovedajú za chemické
vlastnosti prvkov a podieľajú sa na chemických reakciách. Ich dosah je
nekonečný. Sú to sily, s ktorými
najviac prichádzame do styku v každodennom živote. Dokonca aj mechanické silové
javy, ako sú napr. deformácia, pružnosť, trenie a pod. sú založené na
elektromagnetických interakciách ( ide
tu o vzájomné pôsobenie medzi
elektrónovými obalmi atómov látok).
Silné sily pôsobia medzi tzv. „ťažkými“ elementárnymi
časticami, ako sú napr. protóny a neutróny. Sú príťažlivého charakteru, avšak s
veľmi krátkym dosahom, rádovo 10-15
m., takže sa uplatňujú len v mikrosvete. Pretože v oblasti svojho
pôsobenia sú oveľa silnejšie ako elektromagnetické sily (rádovo 1037-krát),
sú schopné udržať pokope atómové jadrá. Kvantami sú tzv. mezóny p.
Slabé sily (slabé interakcie) spôsobujú rozpady, resp. vzájomné premeny
elementárnych častíc. Kvantami sú tzv.
bozóny W a Z. Vzhľadom na veľmi
krátky dosah sa prejavujú len v mikrosvete. Ich dôsledkom sú aj niektoré druhy
rádioaktivity, napr. rádioaktivita beta.
V tejto kapitole bližšie
popisujeme gravitačné sily; s ostatnými druhmi síl sa oboznámime v iných
moduloch.