41 obserwujących
236 notek
213k odsłon
  485   0

Ładunki i pola (niekwantowo)

Dochodzimy więc do wniosku, że ładunkiem pola magnetycznego jest… ładunek pola elektrycznego!

Oddziaływanie elektromagnetyczne

Zagadka ładunku magnetycznego, który okazał się elektrycznym, jest wyjaśniona dzięki równaniom Maxwella, które splotły ze sobą pole elektryczne i magnetyczne. Wyprowadzona z tych równań zasada względności mówi wprost – pole magnetyczne i elektryczne to przejawy tego samego pola. To „ogólne” pole jest nazywane polem elektromagnetycznym albo po prostu… elektrycznym. Jego ładunkami są ładunki elektryczne.

Nawet pole magnetyczne magnesów, które w większości nie pochodzi od prądów, ma swe źródło w elektronach. Spinowe pole magnetyczne takiego elektronu wynika z jego (kwantowych i relatywistycznych) własności elektrycznych. Nie będę jednak rozwijał tematu, bo musiałbym roztrząsać zagadnienia rodem z kwantowej teorii pola.

Oddziaływanie grawitacyjne

Spróbujmy zastanowić się, czym mogą być ładunki dla oddziaływania grawitacyjnego. Nie będę wypisywał tu prawa powszechnego ciążenia, ale spróbuję zaadaptować do grawitacji formułę (*). W tym podejściu ładunek jest „czymś” co musi posiadać dane ciało, żeby zadziałała na niego siła. Na to pytanie znamy odpowiedź – tym „czymś” jest masa. Siła ciężkości działa na każde ciało mające masę. W OTW okaże się, że dzięki równoważności masy i energii, ładunkiem grawitacyjnym jest energia, ale ponieważ nie mamy wokół siebie jakichś wielkich pól grawitacyjnych, poprzestańmy na formalizmie nierelatywistycznym.

Wypiszmy więc jak powinien wyglądać wzór (*) dla pól grawitacyjnych:

image

Ładunkiem grawitacyjnym jest masa. Literką g oznaczyłem natężenie pola grawitacyjnego. Żeby je policzyć dla jakiegoś punktu przestrzeni umieszczamy tam masę m, mierzymy siłę i dzielimy jedno przez drugie: F/m. Wzór na natężenie pola grawitacyjnego może wydać się znajomy. Może więcej wyjaśni się, jak odnajdziemy jednostkę natężenia: niuton przez kilogram to… metr na sekundę do kwadratu – to jednostka przyspieszenia. No tak, teraz staje się w miarę jasne, dlaczego natężenie pola grawitacyjnego Ziemi jest nazywane przyspieszeniem ziemskim.

Masa nie jedno ma imię

Prawo ciążenia, to nie jedyne miejsce, gdzie spotykamy masę. W fizyce klasycznej masa pojawia się w II zasadzie dynamiki Newtona:

a = F/m

W tym równaniu m jest nazywane bezwładnością, bo odpowiada za związek między działającą siłą, a zmianami ruchu. Czyli zmienić  ruch wagonu jest trudno, bo ma dużą masę (bezwładność). Ruch ciała o małej masie zmienić jest łatwo.

Pojęcie masy występuje więc w dwóch miejscach i ma ono dwie odmienne role. Wydaje mi się, że w praktyce edukacyjnej da się je przytomnie rozróżnić gdzieś pod koniec szkoły średniej, może na początku studiów. W każdym razie jedna rola nazywa się „masą grawitacyjną” a druga „masą bezwładną”. No i według mądrych książek ich wartości są sobie równe, co jak się podkreśla, miało wpływ na tworzenie OTW – chodzi o słynny przykład z windą. Do tej pory sam nieporządnicko oznaczałem obie role „tym samym” m. Dla czytelników, którzy chcieliby sprawdzić, czy potrafią je rozróżnić, mała wprawka poniżej.

Oto  przykład: Wkładamy ciało do pola grawitacyjnego. Zachowanie ciała wyrażone jest przez równanie:

mg g = mb a 

Mamy tu cztery różne pojęcia fizyczne, choć co do wartości i jednostek, są parami równe. Interpretacja równania  jest następująca: Pod wpływem siły ciężkości, która jest równa iloczynowi ładunku grawitacyjnego mg i natężenia pola g, ciało o masie (bezwładności) mb doznaje przyspieszenia a.

* * *

Oprócz ładunków elektrycznych i grawitacyjnych w fizyce, odkryto jeszcze dwa kolejne: słabe i kolorowe (silne). Pierwsze powiązane jest z tzw. oddziaływaniem słabym, odpowiedzialnym na przykład za to, że neutrina nie chcą za bardzo oddziaływać z resztą materii (no bo słabe). Drugie łączą ze sobą kwarki w mniej lub bardziej stabilne cząstki, z których najbardziej powszechne protony i neutrony tworzą jądra atomowe. O nich też wypadałoby coś powiedzieć, ale ponieważ nie czuję się kompetentny by z przekonaniem odnajdować coś, co mogłoby stanowić odpowiednik formuły (*) dla kwantówki relatywistycznej, zadanie to zostawię komuś innemu.

Lubię to! Skomentuj25 Napisz notkę Zgłoś nadużycie

Więcej na ten temat

Komentarze

Inne tematy w dziale Technologie