Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 365 dotazů obsahujících »jev«
248) Struktura protonu a dalších částic
21. 06. 2003
Dotaz: Zajímalo by mě z čeho je složen proton? Popřípadě z čeho jsou další
elementární částice? V podstatě mi jde o to co je to za hmotu a jak vlastně
vypadá? (Miloš Pařízek)
Odpověď: Stručně lze říci, že proton je složen z kvarků.
V současnosti známe šest kvarků, které se liší nábojem, hmotností
a dalšími vlastnostmi.
náboj
Kvarky
2/3
Up
Charm
Top
-1/3
Down
Strange
Botton
(náboje jsou uváděny v násobcích absolutní hodnoty náboje elektronu)
Existuje celá spousta částic (tzv. baryony, řecky
βαρυοσ - těžký), které se skládají
ze tří kvarků: proton je složený z kvarků uud, neutron z ddu
apod. (zkuste si sečíst náboje těchto kombinací, sedí s náboji protonu a neutronu!)
Vedle toho existují částice zvané mezony (řecky
μεσοτρον - střední, podle toho, že
mají hmotnost mezi hmotností protonu a elektronu),
které lze vysvětlit jako kombinace kvarku a antikvarku,
například pion π+ jako u anti-d.
Částice složené z kvarků obecně nazýváme hadrony (řecky
'αδροσ - silný, neboť jsou citlivé
na silnou interakci), známe jich dnes stovky a
liší se obsahem kvarků a tím, jak se uvnitř kvarky "hemží".
Jak jsme zjistili, z čeho se proton skládá? To lze provést například v
experimentech, kdy ostřelujeme proton elektrony. Proton se choval jako
objekt složený z více částic, od kterých se elektron odrážel.
Vedle částic složených z kvarků jěště známe další, kam patří i známý elektron,
a souhrně je označujeme jako leptony (řecky
λεπτοσ znamená lehký). Jde o elektron a
jemu podobné částice mion a tauon (jakési těžší varianty elektronu) a
neutrina, velmi lehké částice bez náboje.
náboj
Leptony
0
νe
νμ
ντ
-1
elektron e
mion μ
tauon τ
Za elementární částice dnes považujeme právě kvarky a leptony, které se v
experimentech zatím jeví jako bez další vnitřní struktury.
Další elementární částice jsou ty, které zprostředkovávají interakce mezi
částicemi, jde o foton, bosony W, Z a gluony.
Pro další informace se podívejte do sekce Atomy, jádra, částice v naší
Odpovědně, případně si zde vyhledejte pojem "kvarky".
Dalším užitečným zdrojem je populární
text o standadním modelu mikrosvěta od J. Hořejšího.
Pěkná je též knížka Pan Tompkins stále v říši divů od George Gamowa,
jejíž nové vydání doplněné Russelem Stannardem se zabývé též částicovou fyzikou.
Dotaz: V učebnici fyziky pro gymnázia - Fyzika mikrosvěta tvrdí, že všechna silová
působení ve vesmíru lze popsat pomocí 4 elementárních interakcí - elektromagnetické,
gravitační, silné a slabé. Když postavíme kuličku na stůl, tak aby byla v
klidu a potom do ní cvrnkneme, působíme na ní silou. Jak lze tuto sílu popsat
pomocí daných 4 interakcí? (Uvedenou situaci beru pouze jako modelový
příklad, při popisu mnohých podobných problémů nevidím souvislost mezi
výslednou silou a základními silovými interakcemi. (Jirka Hamous)
Odpověď: Slabá a silná interakce se uplatňují rozumně jen v mikrosvětě: schematicky
řečeno, drží pohromadě některé "elementární částice", např. neutron.
Vedlejším projevem silné interakce (držící pohromadě neutrony a protony)
drží pohromadě atomové jádro. S nimi se tedy obvykle přímo nesetkáváme.
(Mluvíme raději o obecnější interakci = vzájemném působení, než o silách,
protože "síla" už znamená popis vektorovou veličinou, a tím i v rámci
klasické teorie.)
S gravitací se známe docela důvěrně, a víme, za co může a za co ne.
Vše ostatní (tření, tuhost, pružnost, chemická vazba atd.) padá na vrub
elektromagnetické interakci - té, která drží pohromadě atomy (z jádra a
elektronů), molekuly (z atomů) a tělesa (z molekul). Tu je však nutno
použít v celkovém rámci nikoli klasické mechaniky, ale kvantové (podle
klasické teorie by neexistovaly nabité útvary, stabilně se držící jen svými
elektromagnetickými, případně gravitačními silami). Tedy:
Můj prst drží pohromadě (stabilní velikost daná rovnováhou
elektromagnetických sil držících pohromadě mou kůži a moje svaly).
Cvrnknu-li, měním "chemickou energii" (tj. vnitřní energii danou chemickými
vazbami - sdílení elektronů, tedy opět elmag. interakce) v mechanickou
(pohyb špičky prstu). Při srážce se kulička prakticky nezdeformuje, ale můj
prst ano - stlačí se, poté se ze stlačení "dopruží" do původního tvaru a
urychlí tím kuličku. Jak stlačení, tak restituci zajišťují tytéž elmag.
síly, které drží pohromadě mé svaly a kůži.
Dotaz: V učebnici fyziky jsem objevil vysvětlený princip stejnosměrného elektromotoru,
vše je mi jasné, jen mi z uvedeného
nevyplývá na jakou stranu by se měl rotor otáčet. Podle mě by to mělo být
nahodilé, ale jestli se nepletu, tak tomu není. Můžete mi s tímto hlavolamem
poradit? (Reichmann)
Odpověď: Problém snadno vyřešíte sám, jestliže si cívku motoru nakreslíte jen
jako jeden závit s komutátorem v poli podkovovitého magnetu. Pak
snadno odhalíte, že na směru proudu tím závitem bude záležet, jaký
smysl bude jeho otáčení.
Dotaz: Dokázal již někdo přijatelně vysvětlit proč jsou některé látky průhledné a
průsvitné? Jak procházejí fotony hmotou? Nezdá se mi, že by šlo o postupné
předávání vlnění z čelní plochy skrz až na plochu výstupní. Dopadající fotony
přece nemají takovou energii, aby dokázaly rozkmitat celou tlošťku a navíc (u
látek průhledných) bez zkreslení. Jak to ty fotony dělají? (Pavel Dombrovský)
Odpověď: Vaše formulace se mi zdá být zatížena takovou "materiální"
představou fotonů jako kuliček z něčeho zformovaných - třeba střel, které
si mají prorazit cestu "nepřátelským územím". Ale tomu tak není. Realitě je
stejně blízká představa, že foton je pomluva, která se šíří mezi lidmi -
vzruší je (rozkmitá je), oni ji předají dál, a zapomenou na ni. I toto je
samozřejmě jen příměr.
Chcete-li hlubší fyzikální obraz, podle kterého by taky šlo něco
spočítat, pak nezbyde než sáhnout po nějaké učebnici fyzikální optiky.
Z hlediska kvantové teorie je to všecko jednak složitější, jednak
jednodušší. Zavádíme tzv. účinný průřez pro to, abychom jednoduše popsali
"velikost terče" při interakci (srážce); průběh srážky se počítá kvantově,
ale o tom nemá smyslu mluvil takhle "letmo". Taky foton (coby kvantovaná
elektromagnetická vlna) v látkovém prostředí je "něco jiného" než foton ve
vakuu - v látce se prostě na elektromagnetických kmitech E, B "přiživí" i
nabité částice tvořící látku (jádra, elektrony). Proto vychází ustálená
rychlost menší než c. Rozbor přechodových jevů je dosti složitý i klasicky
(viz např. Stratton: Teorie elektromagnetického pole).
Mimochodem, takové neutrino dokáže proletět Zeměkoulí s velice
vysokou pravděpodobností, že se vůbec neodchýlí.
Dotaz: Co je to piezoelektrický jev? (Matěj Sprinzel)
Odpověď: Při deformaci některých krystalů vzniká elektrické napětí a mění se elektrická
polarizace a naopak - krystaly se deformují při vložení do elektrického
pole. Tomuto jevu se říká piezoelektrický (z řečtiny: piedzó = tlačit) a krystalům
s touto vlastností piezoelektrické. Jev objevil Pierre Curie se svým bratrem
v roce 1880.
Piezoelektrické krystaly našly uplatnění v mnoha přístrojích a zařízeních.
Můžete se setkat např. s piezoelektrickými snímači v hudebních nástrojích
(elektroakustické kytary); piezoelektrickými zapalovači, které vyrábějí jiskry;
piezoelektrickými mikrofony i reproduktory; piezokrystaly najdete v atomovém
rastrovacím mikroskopu, kde se uplatňuje citlivé zaznamenání i malých změn napětí.
Piezoelektrický jev se ovšem vyskytuje i v běžném životě, kdy např. mechanickým
působením na dřevo může na jeho povrchu vzniknout elektrický náboj.
