FyzWeb  síly
Novinky Kalendář Články Odpovědna Pokusy a materiály Exkurze Výročí Odkazy Kontakty


Licence Creative Commons (Uveďte autora - Nevyužívejte komerčně - Zachovejte licenci)

Síly okolo nás


Čtyři interakce

Nejrůznějších sil, uplatňujících se v našem světě je opravdu nepřeberné množství. O to zajímavější je skutečnost, že podle současného fyzikálního pohledu na svět lze všechny tyto síly rozdělit podle způsobu jejich působení na čtyři základní druhy sil, kterým se také říká základní interakce.

Gravitační síla

Zřejmě nejznámější interakcí, kterou přestaneme pociťovat pouze v beztížném stavu, je gravitace. Říká se, že má takzvaně univerzální charakter, což znamená, že působí na všechna hmotná tělesa od jednotlivých atomů a částic, ze kterých jsou složeny, přes všechny předměty našeho každodenního života, až po planety, hvězdy a galaxie.

Její další vlastností je, že je vždy přitažlivá. To můžeme vyjádřit také tak, že v našem světě nepozorujeme žádné objekty se zápornou hmotností (proto si to ani neumíme představit).

 

Gravitační síla klesá se vzdáleností, ale ne přímo úměrně.

Gravitace je také takzvaně dalekodosahová, což znamená, že dva hmotné objekty na sebe gravitačně působí ať jsou libovolně daleko. Velikost této síly sice se vzdáleností kvadraticky klesá - dvakrát vzdálenější objekty na sebe působí čtyřikrát menší silou, třikrát vzdálenější objekty devětkrát menší silou, čtyřikrát vzdálenější šestnáctkrát menší silou atd. - nicméně i dva objekty na opačných stranách vesmíru na sebe "trošičku" gravitačně působí.

Síly, kterými jsou předměty přitahovány k Zemi jsou mnohem větší než přitažlivé síly mezi tělesy. (Síly nejsou nakresleny ve správném poměru).

Velikost gravitační síly závisí také na hmotnostech předmětů které se gravitačně přitahují. Proto je pro náš běžný život nejdůležitější gravitační síla, která působí mezi námi a Zemí. Gravitační přitažlivost mezi námi a například vázou postavenou na stole je jednoduše tak malá, že ji nijak nezaznamenáme. Velikost síly působící na libovolné těleso o hmotnosti m v blízkosti povrchu Země lze vypočítat jako:

= m . g

kde g je takzvané tíhové zrychlení, které má průměrnou hodnotu asi 9,81 m.s-2, protože jeho velikost se mění s nadmořskou výškou a také trochu se zeměpisnou šířkou. Pro výpočty často stačí uvažovat hodnotu g = 10 m.s-2, takže se pak snadno určuje jaká tíhová síla působí na těleso blízko u země: na láhev s vodou o hmotnosti 1,5 kg působí síla 15 N, na list papíru o hmotnosti 5 g (to se rovná 0,005 kg) působí síla 0,05 N, na automobil o hmotnosti 1,2 t (1200 kg) 12000 N atd.


Elektromagnetická síla

Velmi často, vlastně neustále, se v našem životě setkáváme také s druhou základní interakcí, která se nazývá elektromagnetická. Už z jejího názvu je patrné, že se projevuje u všech elektrických a magnetických jevů. A nejedná se přitom jenom o magnetky na tabuli, zapnuté televizory v našich domácnostech a jiné elektrické spotřebiče, které běžně používáme. Například to, že můžeme držet tužku v ruce je umožněno právě působením elektrických sil mezi atomy naší ruky a atomy tužky. Bez elektromagnetické interakce bychom jednoduše ani nedrželi pohromadě. Také šíření světla nebo například přenos nervových vzruchů v našem organismu jsou projevy elektromagnetické interakce.

Elektromagnetická síla je stejně jako gravitace dalekodosahová a dokonce její velikost klesá se vzdáleností také kvadraticky. V jiných ohledech je ovšem zcela odlišná. Například působí pouze na takzvaně elektricky nabité částice. Částice, z nichž je složena všechna hmota mohou mít buď kladný, nebo záporný elektrický náboj, nebo mohou být neutrální. Dvě stejně nabité částice nebo celé objekty (oba kladně nabité, nebo oba záporně) se navzájem elektricky odpuzují, dvě částice (předměty) s rozdílným nábojem (jedna kladná, druhá záporná) se přitahují. Elektromagnetická síla může být tedy na rozdíl od gravitace přitažlivá i odpudivá. Elektricky neutrální částice na sebe elektromagnetickou silou nepůsobí.

Stejně nabitá tělesa se elektricky odpuzují, opačně nabitá přitahují.

Další rozdíl mezi elektromagnetickou a gravitační interakcí je v jejich velikostech, elektromagnetická interakce je mnohem silnější. Pokud si například vezmeme dvě kladné částice, které se nazývají protony a porovnáme velikost elektrické síly, kterou se odpuzují s velikostí gravitační síly, kterou se přitahují, budeme zřejmě překvapeni. Velikost elektrické síly je totiž přibližně 1039 krát větší než velikost gravitační síly. Jak už jste asi někde viděli, číslo 1039 znamená jedničku a za ní 39 nul (nešikovně zapsáno: 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000) takže to nemá cenu číst jako nějakých tisíc trilionů trilionů krát...


Slabá a silná jaderná síla

Další dvě interakce se nazývají slabá a silná jaderná interakce a na první pohled jejich bezprostřední účinky nepozorujeme v běžném životě tak jasně jako u gravitace a elektromagnetismu. To ovšem zdaleka neznamená, že by byly nějak méně důležité.

Jejich účinky se projevují až na úrovni jednotlivých atomů a jejich jader, tedy v rozměrech alespoň bilionkrát menších, než na které jsme běžně zvyklí. Bez těchto sil by ovšem samotné atomy - základní stavební kameny veškeré hmoty - nemohly existovat. Také Slunce (a ostatní hvězdy) by nesvítilo a nedodávalo nám energii potřebnou k jakémukoli životu.


Jednou z největších otázek současné teoretické fyziky zůstává, nakolik spolu vyjmenované čtyři základní interakce souvisí. Pro mnohé odborníky je největším snem najít "dokonalou" teorii, která by všechny čtyři interakce dokázala vysvětlit pomocí jediné obecné "supersíly". Prvním krokem k tomuto snu bylo vytvoření úspěšné teorie o takzvané elektroslabé interakci, která vysvětluje elektrickou a slabou jadernou interakci jako projev jediné obecnější "síly". Zda se někdy někomu (třeba zrovna vám) podaří vytvořit obecnou teorii spojující všechny interakce, nebo zda lidé zjistí, že to jednoduše není možné, ukáže až budoucnost.


Síly okolo nás