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引力和电磁力,与人类生活密切相关的两种力

2019-09-10 08:39:50

力是两个物体之间的相互作用。自然界中一共有4种基本力,分别是引力、电磁力、强力和弱力。在这一篇文章中,我主要介绍一下与我们日常生活息息相关的两种力——引力和电磁力。

引力

引力的作用效果主要表现在宇观尺度,为什么说,它与我们的日常生活紧密相连呢?潮汐涨落虽然与地球和月球的引力有关,但似乎并不重要啊。

那是因为,如果没有引力,宇宙间的星系、恒星等都会不复存在,没有太阳还会有地球吗?没有地球的引力拉扯束缚着我们,我们将会因失重而飘浮起来,地球上也不会有大气和海洋。没有引力,月球将不会绕着地球转,地球也不会绕着太阳转,宇宙将会乱套。

引力和电磁力,与人类生活密切相关的两种力

引力是什么?引力是如何产生的?引力有哪些性质?别着急,下面咱们来接着介绍。

拥有质量的物体之间存在相互吸引靠近的趋势,这就是引力。按照广义相对论的解释,引力来源于物体自身质量对于时空的弯曲,质量越大的物体对时空弯曲的程度越强。量子力学则认为引力是粒子之间交换引力子而产生的,目前该观点还属于猜想。

引力和电磁力,与人类生活密切相关的两种力

引力的作用是相互的,地球对人有吸引力,人同样对地球也有吸引力。物体的质量可以衡量该物体的引力大小,也就是对时空的弯曲能力。引力是4种基本力中作用效果最弱的一种力,两个质子间的引力仅相当于两者间电磁力强度的10^36分之一。

牛顿很早就发现了万有引力的秘密,并提出了万有引力定律引力属于长程力,力的作用效果随着物体间距离的增加而逐渐变弱,遵守平方反比律,即F=G(Mm/r^2)(G为万有引力常量)。

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引力支配着宇宙间天体的运动及演化,不管是星系的形成,还是恒星的形成,无一不是引力的功劳。黑洞则是引力的代表作,时空被极度扭曲,以至于连光也逃逸不出来。

电磁力

下面咱们来接着介绍电磁力。说到电磁力,很多人可能脑子中第一印象就是电动机、发电机之类的,总之就是与电流、磁铁等有关。

先不管这些,且听我慢慢道来。电磁力和引力一样,都是属于长程力。电磁力的强度是引力的很多很多倍,居于4种基本力的第二位。电磁力的作用效果主要表现在宏观尺度。

电和磁原来是分开的,后经麦克斯韦的努力,才最终完成统一。麦克斯韦方程组是由4个偏微分方程组成的,描述了电与磁之间的相互关系。

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说到电磁力就必须要说到电荷,电磁力来源于电荷。电荷分为正电荷与负电荷,基本性质为:同性相斥、异性相吸。在基本粒子中,夸克携带着分数电荷,电子携带着单位电荷。由夸克构成的质子携带一个单位的正电荷,中子表现为电中性。原子由质子、中子和电子构成,由于正负电荷的相互抵消,原子表现为电中性。

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静止的电荷周围存在静电场,运动的电荷又能够产生磁场,两者本质上是一样的,统称为电磁场。电磁力就是由电磁场来传递的。在量子场论中,认为电磁相互作用是由光子进行传递的。

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像我们中学物理学的摩擦力、弹力等,本质上都属于电磁力。化学反应过程中释放的能量本质上属于电磁能。电磁力随距离减小的规律与万有引力相似。真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力遵守库仑定律,即F=K(Qq/r^2)(K为静电力常量)。

宇宙间的化合物,不管是氧气还是水,都是由原子结合而成的,而作用力就是电磁力。如果没有电磁力,世界将会变得很混沌,地球上也就不会诞生生命了,更进化不出人类。

电磁运动规律的发现,使人类进入了飞速发展的时代,为人类进入信息时代奠定了基础。无论是电力的广泛应用,还是无线电通信技术的发明,都依赖于这些伟大科学家的发现。

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