Солнечная система

Классификация элементарных частиц. Кварки.

Й этап.

В 1964 г. М.Гелл-Манн и Дж.Цвейг выдвинули гипотезу о более фундаментальных частицах (кварках), которые могли бы служить базисом для построения элементарных частиц.

Современная классификация элементарных частиц определяется их характеристиками и участием в различных взаимодействиях.

Лептонами называются элементарные частицы, не участвующие в сильном взаимодействии. К ним относятся электроны, мюоны, нейтрино и их античастицы.

Адронами называются элементарные частицы, которые участвуют в сильном взаимодействии (участвуют и в остальных видах взаимодействий). Они делятся на мезоны, барионы и резонансы - частицы, которые образуются из двух или большего числа элементарных частиц и имеют очень малое время жизни t ~ 10^-24 ¸ 10^-23 c.

Принадлежность частицы к тому или иному классу определяется квантовыми числами. Лептонный заряд L - квантовое число, которое определяет принадлежность частицы к классу лептонов. Для лептонов L = + 1, для антилептонов L = -1. Варионный заряд В - квантовое число, которое определяет принадлежность частицы к классу барионов. Для барионов В = + 1, для антибарионов В = -1.

К 80-ым годам число элементарных частиц достигло 500, встал вопрос об их элементарности.

Кварки имеют дробный электрический заряд, у каждого кварка есть антикварк, отличающийся знаком электрического заряда. Мезоны состоят из двух кварков, барионы (например, протоны и нейтроны) состоят из трех кварков.

В настоящее время в реальности кварков никто не сомневается, хотя в свободном состоянии они не обнаружены. Если бы кварки существовали в свободном состоянии, то экспериментально их было бы легко обнаружить, поскольку они имеют дробный электрический заряд. Существует теория невылетания кварков из адронов, в состав которых они входят. Согласно этой теории расщепить адроны на кварки невозможно, так как силы взаимодействия кварков не убывают, а, напротив, увеличиваются по мере удаления их друг от друга.

Существование кварков доказывают опыты по рассеянию электронов с очень большой энергией на протонах и нейтронах.

Лептоны, не участвующие в сильном взаимодействии, на сегодня не обнаруживают внутреннюю структуру и вместе с кварками являются истинно элементарными частицами. За всеми остальными частицами, состоящими из кварков, сохранено название элементарной частицы, хотя название это условно. Впрочем, вы, наверно, уже поняли, что понятие «элементарный» применительно к частицам материи является понятием условным.

[2]. Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин. Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений.- М.: «Просвещение», 2009 и др. Глава 14.

Тема 22. (2 часа)

Солнечная система. Звезды и источники их энергии. Современные представления о происхождении и эволюции Солнца и звезд. Галактика. Пространственные масштабы наблюдаемой Вселенной. Строение и эволюция Вселенной. Пространственные масштабы наблюдаемой Вселенной. Применимость законов физики для объяснения природы космических объектов.

Физика не ограничивается изучением явлений и процессов, происходящих на Земле. Согласитесь, нам интересно и необходимо знать, как устроена наша солнечная система, наша Галактика, наша Вселенная. Подчиняются ли процессы, происходящие во Вселенной, законам физики, которые получены в результате наблюдений и исследований, проведенных на Земле? Можно ли говорить о материальном единстве мира?

Астрономия возникла на заре развития человеческого общества и поначалу служила практическим потребностям человека. По мере развития земледелия, скотоводства появилась потребность в отсчете времени, с развитием мореплавания, строительства и других видов практической деятельности человека появилась потребность ориентироваться на местности. Именно по положению и движению Солнца и звезд на небе человек эти потребности удовлетворял.

В дальнейшем астрономия стала решать более фундаментальные, в научном плане, задачи, изучать явления, происходящие с небесными телами и их системами. К небесным телам относятся звезды, планеты, в том числе и Земля, спутники планет, например, Луна, кометы, метеориты. Наша Земля является одной из планет Солнечной системы, в которую входят и другие планеты с их спутниками. Системы звезд, их скопления образуют галактики.

Современная астрономия располагает мощной наблюдательной базой, она стала всеволновой, т.е. наблюдения ведутся в различных диапазонах электромагнитного излучения (традиционная оптическая астрономия, рентгеновская астрономия, гамма-астрономия). Свои приборы астрономы с помощью спутников выносят за пределы земной атмосферы, что существенно расширяет возможности наблюдений.

В настоящее время бурное развитие получила астрофизика. Это часть астрономии, которая изучает физические свойства небесных тел и процессы, происходящие в них и в космическом пространстве. При изучении широко используются физические законы, поэтому она и получила такое название.

Часть астрономии, изучающая происхождение и развитие небесных тел, называется космогонией. Космогония отвечает на вопросы, как и когда возникли Вселенная, галактики, звезды, планеты, какие на них происходят изменения. Космология представляет собой учение о Вселенной в целом, о ее наиболее общих свойствах.

Состав солнечной системы. Солнечная система является гелиоцентрической системой, в центре которой находится Солнце. Вокруг Солнца по эллипсам (мало отличающимся от окружностей) вращаются 9 планет почти в одной плоскости. Перечислим эти планеты в порядке удаления от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Между Марсом и Юпитером обращается множество астероидов. Вокруг Солнца обращаются кометы – большие образования из разреженного газа с очень малым твердым ядром. Большинство из них имеют эллиптические орбиты, выходящие за орбиту Плутона. Кроме этого, вокруг Солнца обращаются по эллипсам бесчисленные метеорные тела, размером от песчинки до мелкого астероида. Масса всех планет составляет всего лишь около 0,1% от массы Солнца, поэтому оно своим гравитационным полем управляет движением всех тел солнечной системы. Пространство между планетами заполнено крайне разреженным газом и космической пылью, его пронизывают электромагнитные волны и космические лучи, которые испускаются не только нашим Солнцем, но и другими звездами и объектами Вселенной.

Законы движения планет. В конце 16 века датский астроном И. Кеплер, изучая движение планет, открыл три закона их движения.

1-й закон Кеплера. Каждая планета обращается вокруг Солнца по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

2-й закон Кеплера. Каждая планета движется так, что радиус-вектор планеты за равные промежутки времени описывает равные площади.

3-й закон Кеплера. Квадраты периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит:

. (22.1)

Третий закон Кеплера позволяет большие полуоси всех планетных орбит выразить в единицах большой полуоси земной орбиты. Большая полуось земной орбиты принята за астрономическую единицу расстояния. Чем дальше планета от Солнца, тем меньше линейная и угловая скорости их обращения, тем больше период обращения. Период обращения Меркурия составляет 88 суток, период обращения Плутона – почти 250 лет.

На основании этих законов И. Ньютон вывел формулу для закона всемирного тяготения.

Физическая природа планет и малых тел солнечной системы. Предлагаем познакомиться с этим вопросом, прочитав [2, §119].

Дата добавления: 2014-01-04