Bạn có quá quen thuộc với các hành động của các lĩnh vực?

Tôi cho rằng thật vô lý khi cho rằng một vật thể nằm ở một khoảng cách nào đó với một vật thể khác có thể tác động lên nó trong không gian trống rỗng mà không cần bất kỳ sự trung gian nào. Isaac Newton

Nhiều lực có thể thấy rõ ở khoảng cách xa; Bản chất vật lý của chúng là điều chúng ta không thể hiểu được, tuy nhiên chúng ta… có thể hiểu được ở một mức độ nhất định trạng thái không gian… giữa hai vật thể tương tác. Những lực như vậy xuất hiện với chúng ta trong các hiện tượng trọng lực, ánh sáng, điện, từ, v.v. Michael Faraday

Trường điện từ là một phần không gian chứa và bao quanh các vật thể ở trạng thái điện hoặc từ. James Thư Ký Maxwell

Rõ ràng, lý thuyết Faraday–Maxwell về điện trường thể hiện sự biến đổi sâu sắc nhất mà nền tảng vật lý đã trải qua kể từ thời Newton… Albert Einstein

Lĩnh vực này hóa ra là khái niệm cơ bản. Các hạt cơ bản phát sinh do sự lượng tử hóa của nó. Arkady Migdal

Bạn có thực sự quen thuộc với điều này?

?

hành động hiện trường

Việc lựa chọn các ký tự này giống như một bản tóm tắt về lịch sử gần hai trăm năm về nguồn gốc và hình thành của một trong những khái niệm vật lý cơ bản. Nhưng tại sao tiêu đề không chỉ đề cập đến “lĩnh vực”, mà cụ thể là “hành động thực địa”? Có nhiều hơn một lý do cho việc này. Sự hiện diện của một trường cụ thể có thể được xác định chủ yếu bằng cách nó ảnh hưởng – tác động – lên cơ thể được đặt trong đó. Ảnh hưởng của trọng lực, điện và từ đã được biết rõ. Đây là những điều đầu tiên bạn bắt gặp và nghiên cứu một cách chi tiết trong khóa học vật lý ở trường. Nhưng chúng không làm cạn kiệt các trường vật lý được khám phá ngày nay và các tính chất của chúng. Và nếu chúng ta chuyển từ từ “hành động” sang “tương tác”, thì khái niệm về trường sẽ mở rộng và chứa đầy ý tưởng về nó như một vật trung gian, vật vận chuyển, vận chuyển lực từ vật này sang vật khác. Khi đó, điều tự nhiên là tự hỏi điều gì có thể đóng vai trò trong các sóng mang này và liệu có điểm chung giữa các loại tương tác khác nhau hay không. Sự phát triển hơn nữa của ý tưởng trường sẽ dẫn chúng ta thẳng đến khoa học hiện đại, nơi những cái mới sẽ được bổ sung vào những cái cũ - những tương tác mạnh và yếu. Và sau này – những ký tự rất kỳ lạ, chẳng hạn như “trường sóng lượng tử hóa của các hạt cơ bản”. Nhưng trước hết hãy dành thời gian thảo luận về những loại lĩnh vực mà chúng ta đã giải quyết, bao gồm cả Kính vạn hoa. Tuy nhiên, nếu trước đây họ biểu diễn riêng lẻ thì bây giờ họ sẽ tụ tập lại với nhau “trên cùng một sân cỏ”.

Câu hỏi và bài toán

1. Một thiên thể (hành tinh, sao chổi, vệ tinh, tàu thăm dò, v.v.) có thể chuyển động theo những quỹ đạo nào khi nó ở trong trường hấp dẫn của một thiên thể khác? 2. Liệu bản chất chuyển động của Trái đất và đặc biệt là thời kỳ nó quay quanh Mặt trời có thay đổi khi Mặt trời trở thành sao khổng lồ đỏ, tức là kích thước của nó có tăng đáng kể không? 3. Làm thế nào để chứng minh Mặt Trăng chuyển động dưới tác dụng của lực hấp dẫn của Trái Đất?

2. Ảnh hưởng thủy triều của trường hấp dẫn của Mặt trăng làm chậm quá trình quay của Trái đất. Có phải Trái đất làm chậm quá trình quay của Mặt trăng? 5. Một mặt phẳng khối lượng mỏng kéo dài vô hạn sẽ hút một điểm vật chất cách nó một khoảng nhất định. Lực hấp dẫn có thay đổi không nếu khoảng cách này tăng gấp đôi? 6. Bạn thường có thể bắt gặp phát biểu rằng các đường sức của trường tĩnh điện không cắt nhau trong chân không. Tuyên bố này có hoàn toàn đúng không? 7. Các đường sức của tĩnh điện có thể chạm vào nhau tại một điểm nào không? 8. Có đúng là các đường sức của trường tĩnh điện là quỹ đạo mà một điện tích dương sẽ di chuyển nếu nó được đưa vào trường này và để yên không? 9. Ở khoảng cách r > R tính từ tâm của một quả cầu kim loại cô lập bán kính R có điện tích Q. Lực tác dụng lên điện tích hoặc lên quả cầu bằng không. Quả cầu có tích điện không? 10. Trường tĩnh điện được hình thành bởi hai điện tích điểm trái dấu, có độ lớn bằng nhau. Hướng của cường độ trường tại tất cả các điểm cách đều hai điện tích là bao nhiêu? 11. Từ trường của một thanh điện tác dụng lên một kim nam châm bằng thép sẽ như thế nào? 12. Tại sao kim nam châm, bên ngoài một lớp điện từ, đủ dài để dòng điện một chiều chạy qua lại được lắp đặt dọc theo chiều dài của nó? 13. Vị trí các đường sức cảm ứng từ của cuộn dây kín tại hình là gì? 14. Về phía Đông hay phía Tây của kinh tuyến từ, một dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua từ trên xuống dưới có bị từ trường Trái đất làm lệch hướng không?

15. Một vật dẫn nằm trong mặt phẳng, như minh họa ở hình hình, mang dòng điện. Tìm cảm ứng từ tại một điểm tùy ý trên đường thẳng AB, là trục đối xứng của dây dẫn. 16. Hai dây dẫn tròn đặt vuông góc với nhau. Dòng điện cảm ứng có xuất hiện trong mạch này khi dòng điện ở mạch kia thay đổi không? 17. Hình dạng quỹ đạo của hạt phụ thuộc vào những đặc điểm nào: a) trong trường hấp dẫn; b) trong điện trường; c) trong từ trường? 18. Nguyên lý chuyển động độc lập có được thỏa mãn đối với các hạt mang điện chuyển động đồng thời trong điện trường và từ trường hay không? 19. Trong hạt nhân của đồng vị boron 115 B, năng lượng liên kết của neutron và proton khác nhau rõ rệt. Làm thế nào chúng ta có thể giải thích lý do cho sự khác biệt này? 20. Tại sao $\beta$ -các hạt từ cùng một đồng vị phóng xạ trong buồng mây không có cùng độ dài đường đi?

Kinh nghiệm vi mô

Nếu bạn dùng ngón tay chạm vào thanh của điện nghiệm đã tích điện, điện nghiệm sẽ phóng điện. Đặt một vật tích điện gần điện nghiệm và lặp lại thí nghiệm. Liệu điều tương tự có xảy ra bây giờ không? Tại sao?

Thật thú vị rằng…

…rất lâu trước khi thuật ngữ “trường” xuất hiện, Newton đã đưa ra ý tưởng về lực vốn có ở một vị trí nhất định trong không gian, gọi là “độ lớn gia tốc” của lực. …việc sử dụng thuật ngữ “gia tốc trọng trường” thường gây nhầm lẫn vì giá trị này cho phép người ta tìm được trọng lượng của một vật đang lơ lửng hoặc nằm bất động và hoàn toàn không chịu gia tốc. Từ quan điểm của “phương pháp tiếp cận trường”, đại lượng này có thể được gọi tương đương là cường độ trường hấp dẫn. …gia tốc thủy triều trên Mặt trăng, do trường hấp dẫn của Trái đất gây ra, lớn hơn khoảng 20 lần so với gia tốc thủy triều trên Trái đất do Mặt trăng tạo ra. …trong nhiều thập kỷ, các cuộc tranh luận vẫn tiếp tục trong khoa học về sự tồn tại của một số “tác nhân” nhất định - những chất trung gian truyền tải hành động “dọc theo chuỗi” từ cơ thể này sang cơ thể khác, hoặc về ảnh hưởng trực tiếp, tức thời của cơ thể này lên cơ thể khác thông qua tánh Không. Cam kết chỉ áp dụng một trong những khái niệm này - hành động tầm ngắn hoặc hành động tầm xa - thường được gán cho ngay cả những nhà khoa học như Newton và Faraday một cách thiếu phê phán. …khát vọng của các nhà khoa học trong nửa đầu thế kỷ 19 có thể đóng vai trò là báo trước cho những nỗ lực hiện tại nhằm thống nhất các tương tác vật lý. Do đó, Faraday, “tin chắc rằng tất cả các lực trong tự nhiên đều có mối liên hệ lẫn nhau”, đã tìm kiếm mối liên hệ tương tự giữa điện và trọng lực, giữa ánh sáng và điện. Và nhà khoa học người Đức Wilhelm Weber đã tạo ra một lý thuyết phổ biến thống nhất các quan điểm thời đó về điện và từ. Nhưng phương pháp được Newton áp dụng thành công cho lực hấp dẫn khi mở rộng sang điện từ lại dẫn đến những mâu thuẫn. …một từ trường xoay chiều, như Faraday đã phát hiện, tạo ra một dòng điện. Maxwell gợi ý rằng không phải có một quá trình ngược lại trong tự nhiên sao? Giả thuyết về một điện trường xoay chiều kích thích một từ trường và được Maxwell gọi là “dòng điện dịch chuyển” là mắt xích cơ bản cuối cùng trong việc xây dựng một lý thuyết định lượng về trường điện từ. Lần đầu tiên, dòng điện dịch chuyển được phát hiện bằng thực nghiệm bởi nhà vật lý người Nga Alexander Alexandrovich Eikhenwald vào năm 1903. …Lý thuyết của Maxwell hình thành nên cơ sở của điện động lực học cổ điển. Theo đó, trường điện từ tuy khác với vật thể nhưng có một số tính chất của chúng. Ví dụ, nó có thể được đặc trưng bởi động lượng và năng lượng và lan truyền trong không gian. …thuyết tương đối đặc biệt do Einstein sáng tạo đã bộc lộ đầy đủ nhất vai trò của hệ quy chiếu trong điện động lực học. Điện trường và từ trường chỉ xuất hiện trong nó dưới dạng biểu hiện một phần của một trường điện từ duy nhất, tùy thuộc vào việc lựa chọn hệ quy chiếu. …vào năm 2012, một hạt mới được phát hiện tại Máy Va chạm Hadron Lớn ở Geneva - boson Higgs, cho thấy sự tồn tại của một trường khác trong tự nhiên. Nó lấp đầy mọi không gian và chịu trách nhiệm cho sự xuất hiện khối lượng của các hạt cơ bản. Các tác giả của lý thuyết này, những người đã chờ đợi sự xác nhận của nó trong gần nửa thế kỷ, đã được trao giải Nobel một năm sau khi phát hiện ra hạt mới. …năng lượng giải phóng khi đốt một que diêm lớn hơn nhiều lần năng lượng của sóng trường hấp dẫn phát ra trong cùng thời gian của toàn bộ hệ mặt trời. Tuy nhiên, năm nay, các nhà vật lý thiên văn dường như đã thành công, sử dụng thiết bị lắp đặt ở Nam Cực, để ghi lại bằng chứng về sự hiện diện của những làn sóng này, được tạo ra bởi Vũ trụ đang giãn nở trong những khoảnh khắc đầu tiên của nó.

Những gì cần đọc trong «Kvant» về các hoạt động thực địa

(xuất bản những năm gần đây)

1. “Cách điều khiển ánh sáng bằng từ trường” – 2010, số 1, tr. 12; 2. “Tính không hoạt động như thế nào?” – 2011, số 1, tr. 2; 3. “Michael Faraday và sự ra đời của vật lý học hiện trường” – 2012, số 1, tr. 2; 4. “Kính vạn hoa vật lý” - 2012, Phụ lục số 3, trang 59, 74, 79, 84, 126, 131, 136; 5. “Hướng tới việc khám phá boson Higgs” – 2012, Số 5–6, tr.2; 6. “Lý thuyết trường thứ nhất và thống nhất” - 2013, Phụ lục số 3, tr. 73; 7. “Những tính chất kỳ diệu của electron” – 2014, số 1, tr.7; 8. “Giải thưởng cho các nhà lý thuyết thực nghiệm” – 2014, số 1, tr. 16; 9. “Bên bờ đại dương vô danh: Ảo tưởng về sự giản đơn” - 2014, Phụ lục số 2, tr. 124; 10. “Hằng số Planck – biểu tượng của thời đại lượng tử” – 2014, Phụ lục số 2, tr. 166; 11. “Bức xạ điện từ trên ngón tay” – 2014, số 3, tr. 28.

Tài liệu do A. Leonovich chuẩn bị

62

KVANT 2014/№5-6

2. Petya và Vasya chơi trò chơi trên bàn cờ $n \times n$ (trong đó n > 1). Ban đầu, toàn bộ bàn cờ có màu trắng, ngoại trừ ô vuông ở góc - nó có màu đen và có một quân Xe trong đó. Người chơi thay phiên nhau. Mỗi nước đi, người chơi sẽ di chuyển quân Xe theo chiều ngang hoặc chiều dọc và tất cả các ô mà quân Xe di chuyển qua (bao gồm cả ô mà nó đánh) đều được sơn lại màu đen. Xe không được di chuyển qua hoặc dừng lại ở các ô màu đen. Người không thể di chuyển sẽ thua cuộc; Petya đi trước. Ai sẽ thắng nếu chơi đúng? N. Polyansky

3. Các số hữu tỉ dương a và b được viết dưới dạng phân số thập phân, mỗi phân số có khoảng thời gian tối thiểu là 30 chữ số. Ký hiệu thập phân của số a – b có độ dài chu kỳ tối thiểu là 15. Tại thời điểm nào

số tự nhiên nhỏ nhất k thì độ dài dấu chấm nhỏ nhất của ký hiệu thập phân của số a + kb cũng có thể bằng 15? A. Golovanov

4. Xem bài toán M2360 “Bài toán Kvant”.

5. Ta gọi một số tự nhiên n là số tốt nếu mỗi ước tự nhiên của nó tăng thêm 1 là ước của số n + 1. Tìm tất cả các số tự nhiên tốt. S. Berlov

6. Xem bài toán M2358,b “Bài toán Kvant.

7. Xem bài toán M2362 “Bài toán Kvant”.

8. Xem bài toán M2363 “Bài toán Kvant”.

CÁC NHÀ NGOẠI GIAO OLYMPICS

Bằng tốt nghiệp của người chiến thắng ở 9 lớp đã được nhận bởi Petrov Semyon - Yaroslavl, trường 12, Yurgin Grigory - Moscow, Lyceum “Trường thứ hai”, Veprev Georgy - Rybinsk, Lyceum 2, Gubkin Pavel - St. Petersburg, FML 239, Kirakosyan Alexander - St. Petersburg, FML 239, Novikov Svyatoslav - Novosibirsk, nhà thi đấu 3 ở Akademgorodok, Panaetov Alexander - Kurgan, nhà thi đấu 47, Salimov Ruslan - Moscow, trường 1329, Safronov Ruslan - Gukovo, Kinh tế Lyceum, Tyshchuk Kirill - St. Petersburg, FML 239;

cho lớp 10 - Losev Ilya - St. Petersburg, FML 239, Bogdanov Ilya - Moscow, trường 2086, Gladkov Nikita - Tomsk, vật lý và công nghệ lyceum, Ibraeva Alina - Moscow, trường 179, Selyanin Fedor - Moscow, Trung tâm Giáo dục “Trường thứ năm mươi bảy”, Sergunin Andrey - Novosibirsk, nhà thi đấu 1;

ở lớp 11 - Andrey Volgin - Moscow, nhà thi đấu 1543, Alexey Volostnov - Kazan, nhà thi đấu 122 mang tên Zh.A. Zaitseva, Didin Maxim - Pereslavl-Zalessky, nhà thi đấu.

Bằng tốt nghiệp của người chiến thắng ở 9 lớp đã được nhận bởi Karagodin Nikita - St. Petersburg, FML 239, Fairushin Aidar - Naberezhnye Chelny, phòng tập thể dục 26, Filippova Maria - Izhevsk, EML 29, Yagudin Amir - Kazan, lyceum 131, Babushkin Egor - Kurgan, trường 22, Makeev Vladislav - Moscow, trường nội trú “Trí thức”, Sokolov Ignat - Kurgan, nhà thi đấu 31, Balakin Andrey - Moscow, FMS 2007, Krutovsky Roman - Moscow, nhà thi đấu 1514, Nefedov Andrey - Ivanovo, lyceum 33, Zhukov Matvey - St. Petersburg, FMS 239,

Zaitsev Egor - Izhevsk, EML 29, Ovechkin Grigory - Izhevsk, EML 29, Plyushkin Maxim - Krasnodar, Lyceum “ISTEK”, Khadaev Konstantin - Novosibirsk, nhà thi đấu 1, Akhmetov Zhanat - Kurgan, nhà thi đấu 47, Virachev Arseny - St. Petersburg, FML 239, Zenkova Yana - Kuibyshev, trường 10, Lupulyak Olga - St. Petersburg, FML 239, Luchkin Vadim - Moscow, Trung tâm Giáo dục “Trường thứ năm mươi bảy”, Moseeva Tatyana - Yaroslavl, trường 33 được đặt theo tên. K. Marx với sự nghiên cứu chuyên sâu về toán học;

ở lớp 10 - Makarov Vladislav - St. Petersburg, trường 450, Frolov Ivan - Moscow, trường 1329, Khodunov Pavel - St. Petersburg, FML 239, Myagkov Konstantin - St. Petersburg, FML 30, Blokhina Polina - Moscow, SUSC MSU, Kulikov Alexey – St. Petersburg, FML 30, Mikhail Mrykhin – Izhevsk, IEGL “Trường-30”, Dmitry Ochkov – Cheboksary, Lyceum 3, Alexander Tarasov – Angarsk, trường 10 với nghiên cứu chuyên sâu về từng môn học, Andrey Storozhenko – Omsk, nhà thi đấu 117, Vsevolod Evtushevsky – St. Petersburg, FML 239, Dumansky Ilya - Novosibirsk, nhà thi đấu 1, Basimova Natalya - Moscow, FMS 2007, Ipatov Mikhail - Moscow, SUSC MSU, Zaitsev Dmitry - Moscow, trường 2086, Kuznetsov Alexander - St. Petersburg, FML 239, Belova Tatyana - Nizhny Novgorod, trường 187 với nghiên cứu chuyên sâu về từng môn học, Tatyana Zaitseva - Moscow, trường 179, Dmitry Kudryavtsev - Moscow, Trung tâm Giáo dục “Trường học thứ năm mươi bảy”, Ilya Lukyanov - Ulyanovsk, lyceum tại Đại học Kỹ thuật Bang Ulyanovsk, Konstantin Serkov - Chelyabinsk, lyceum 31, Nikita Firsov - Dolgoprudny, FML 5, Azanov Mikhail - Ulyanovsk, lyceum đa ngành 20, Vasilchishin Sergey - Kirov, FML, Zubrilina Nina - Moscow, Trung tâm Giáo dục “Trường thứ năm mươi bảy”, Kozlinsky Evgeniy - Krasnodar, lyceum “ISTEK”, Rumyantsev Vladislav - Moscow, trường 179, Tereshko Sergey - Penza, nhà thi đấu 44;