силові поля

Взаємодії елементів речовини (матеріальних точок, тел, частинок, зарядів) залежать від їх взаємного розташування і руху.

Кількісною мірою впливу одного тіла на рух іншого є сила взаємодії.

Таким чином, властивості тіла не локалізовані тільки там, де вона має центр маси спокою, а розподілені також і в просторі, що оточує тіло, утворюючи так зване силове поле. Силового поля притаманні властивості матерії: просторово-часова протяжність, інерція, рух, енергія і дію.

У фізиці розглядають три види силових полів: гравітаційне, електромагнітне і специфічне ядерне, або мезонне.

Силове, потенційне гравітаційне поле створюється взаємодіючими масами спокою тіл, і тому є характерним для тіл з великими масами і зі значеннями швидкості руху набагато меншими, ніж швидкість поширення світла у вакуумі. У мікросвіті сили тяжіння втрачають своє значення.

Для кількісної характеристики поля тяжіння в кожній його точці вводять дві величини: напруженість і потенціал поля тяжіння.

Напруженістю поля тяжіння в даній точці називається векторна фізична величина, яка дорівнює за величиною і напрямком силі, що діє на одиничну масу, вміщену в дану точку поля:

Згідно з другим законом Ньютона напруженість поля тяжіння є прискорення сили тяжіння, яке спрямоване завжди до маси, що створює його і однаково для всіх тіл, поміщених в дану точку поля.

Підставивши в формулу (7.55) чисельні значення маси і радіуса Землі, будемо мати значення прискорення сили тяжіння Землі на її поверхні, прискорення вільного падіння.

Якщо тіла рухаються навколо будь-якого тіла, то сила тяжіння створює доцентрові силу, яка змушує їх здійснювати обертальний рух навколо цього тіла. При круговій траєкторії руху прискорення сили тяжіння є доцентровим прискоренням

Другою характеристикою силового потенційного поля є потенціал.

Потенціалом поля тяжіння називають скалярну фізичну величину, рівну потенційної енергії одиничної маси, поміщеної в дану точку поля.

Отже, для знаходження формули потенціалу необхідно знайти формулу потенційної енергії двох тяжіють мас.

Відомо, що зміна потенційної енергії системи (двох тяжіють мас) дорівнює роботі консервативних сил, взятої з протилежним знаком:

Так як початковий і кінцевий стани тяжіють мас було вибрано довільно, то можна стверджувати, що в загальному випадку

Таким чином, потенційна енергія тяжіють мас негативна і збільшується зі збільшенням r. При r® ¥, Wp ®0.

Потенціал поля тяжіння

тобто потенціал поля тяжіння теж зі збільшенням відстані збільшується і при r® ¥ дорівнює нулю.

Так як одна і та ж точка поля тяжіння одночасно характеризується напруженістю і потенціалом, то між ними повинна існувати зв'язок, що випливає з понять напруженості та потенціалу. Очевидно, що

У загальному випадку зв'язок між напруженістю і потенціалом поля тяжіння виражається співвідношенням

Знак "-" означає, що напруженість поля тяжіння спрямована в бік зменшення потенціалу і обумовлює всі труднощі запуску космічних апаратів з поверхні Землі. Він показує, що тіло перебуває в енергетичному полоні у Землі. Щоб воно покинуло її, необхідно зробити роботу, рівну зміни потенційної енергії системи "тіло-Земля". Кажуть, наприклад, що тіло перебуває в «потенційній ямі», глибина якої дорівнює Wp. Щоб залишити цю «потенційну яму», тіло повинно подолати потенційний бар'єр, висотa якого дорівнює глибині «потенційної ями».

Уявлення про «потенційній ямі» відноситься не тільки до поля тяжіння. Будь-які, пов'язані між собою тіла знаходяться в «потенційних ямах» один одного. Наприклад, молекули рідини знаходяться в «потенційній ямі», тому для їх виходу за межі вільної поверхні необхідно затратити певну енергію, тобто зробити роботу виходу - роботу на випаровування. Вільні електрони в металах знаходяться в «потенційній ямі». Для виходу з металу їм необхідно зробити роботу виходу.