Обсуди с товарищами, страница 295 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Параграф 61. Состав атомного ядра. Ядерные силы. Ответь на вопросы - страница 295.

Условие.

Как вы думаете, действуют ли между нуклонами в ядре атома силы гравитационного притяжения (т. е. силы всемирного тяготения)? Ответ обоснуйте.

Решение.

Решение 2.

Да, между нуклонами в ядре атома действуют силы гравитационного притяжения. Согласно закону всемирного тяготения, любые два объекта, обладающие массой, притягиваются друг к другу. Поскольку нуклоны (протоны и нейтроны) являются частицами, имеющими массу, между ними неизбежно возникает гравитационное взаимодействие.

Однако, чтобы обосновать их роль в ядре, необходимо сравнить величину гравитационной силы с другими фундаментальными силами, действующими между нуклонами: электромагнитной (кулоновской) и сильной ядерной. Для этого проведем расчет и сравним силу гравитационного притяжения и силу электростатического отталкивания между двумя протонами.

Дано:

Масса протона, $m_p \approx 1,67 \cdot 10^{-27}$ кг

Элементарный заряд (заряд протона), $e \approx 1,6 \cdot 10^{-19}$ Кл

Гравитационная постоянная, $G \approx 6,67 \cdot 10^{-11}$ Н·м²/кг²

Коэффициент в законе Кулона, $k \approx 9 \cdot 10^9$ Н·м²/Кл²

Найти:

Отношение силы электростатического отталкивания к силе гравитационного притяжения, $\frac{F_э}{F_г}$.

Решение:

Сила гравитационного притяжения $F_г$ между двумя протонами на расстоянии $r$ друг от друга описывается законом всемирного тяготения:

$F_г = G \frac{m_p \cdot m_p}{r^2} = G \frac{m_p^2}{r^2}$

Сила электростатического отталкивания $F_э$ между ними описывается законом Кулона:

$F_э = k \frac{e \cdot e}{r^2} = k \frac{e^2}{r^2}$

Найдем отношение этих сил. Это отношение не будет зависеть от расстояния $r$ между протонами, так как $r^2$ сократится:

$\frac{F_э}{F_г} = \frac{k \frac{e^2}{r^2}}{G \frac{m_p^2}{r^2}} = \frac{k e^2}{G m_p^2}$

Теперь подставим числовые значения фундаментальных констант:

$\frac{F_э}{F_г} = \frac{(9 \cdot 10^9) \cdot (1,6 \cdot 10^{-19})^2}{(6,67 \cdot 10^{-11}) \cdot (1,67 \cdot 10^{-27})^2} = \frac{9 \cdot 10^9 \cdot 2,56 \cdot 10^{-38}}{6,67 \cdot 10^{-11} \cdot 2,79 \cdot 10^{-54}} \approx \frac{2,304 \cdot 10^{-28}}{1,861 \cdot 10^{-64}} \approx 1,24 \cdot 10^{36}$

Расчет показывает, что сила электростатического отталкивания между протонами примерно в $10^{36}$ раз (в тысячу миллиардов миллиардов миллиардов миллиардов раз) сильнее, чем сила их гравитационного притяжения. Сильное ядерное взаимодействие, которое удерживает нуклоны вместе, преодолевая кулоновское отталкивание, еще примерно в 100-1000 раз мощнее электростатического.

Таким образом, на фоне других взаимодействий в ядре гравитационная сила является абсолютно ничтожной, и ее влиянием при рассмотрении ядерных процессов можно и нужно пренебрегать.

Ответ: Да, силы гравитационного притяжения действуют между нуклонами, поскольку нуклоны обладают массой. Однако эти силы на много порядков (примерно в $10^{36}$ раз) слабее электростатических сил и тем более сильных ядерных взаимодействий, поэтому их влиянием на поведение нуклонов в ядре полностью пренебрегают.