Сила притяжения что такое: Недопустимое название — Викисловарь

Содержание

Что такое гравитация и как она работает, простыми словами

Люди с древности задумывались о том, какая сила притягивает предметы к Земле. Явление гравитации пытались объяснить такие великие умы, как Ньютон и Эйнштейн, но до сих пор оно остается не до конца изученным

Гравитация (от лат. gravis, «тяжелый») — это сила, которая притягивает два тела друг к другу. Все, что имеет материю, то есть все, к чему можно прикоснуться, имеет также гравитационное притяжение. Гравитация является одной из четырех фундаментальных сил во Вселенной наряду с электромагнетизмом, а также сильными и слабыми ядерными взаимодействиями. Хотя это самая слабая сила, она наиболее видима. Из-за работы гравитационной силы люди могут ходить по Земле, а планеты — вращаться по орбите вокруг Солнца.

Степень гравитации любого объекта пропорциональна его массе. Таким образом, объекты с большей массой имеют большую гравитацию.

Поскольку Земля является самым крупным и ближайшим объектом вокруг, то все предметы и объекты притягивается к ней. Например, яблоки падают на землю, а не притягиваются, к примеру, к голове человека.

Луна притягивается к Земле как к объекту с большей массой (Фото: Shutterstock)

Расстояние также влияет на гравитацию. Чем дальше объект, тем гравитационное притяжение слабее.

Древние ученые, пытавшиеся описать мир, придумали собственные объяснения того, почему предметы падают на землю. Древнегреческий философ Аристотель утверждал, что объекты имеют естественную тенденцию двигаться к центру Вселенной, который, по его мнению, находился в середине Земли.

Однако поляк Николай Коперник в XVI веке понял, что траектории планет на небе определяются положением Солнца, которое и является центром Солнечной системы. Век спустя британский математик и физик Исаак Ньютон расширил идеи Коперника и пришел к выводу, что, поскольку Солнце притягивает планеты, все объекты притягиваются друг к другу.

В наши дни действующей теорией, описывающей гравитацию, является общая теория относительности Эйнштейна.

Классическая теория тяготения Ньютона

Английский физик Исаак Ньютон рассказывал, что идея о всемирном тяготении пришла ему в голову на прогулке. Он шел по яблоневому саду в поместье своих родителей и вдруг увидел Луну в дневном небе, а затем — как с ветки оторвалось и упало на землю яблоко. Ньютон к тому моменту уже работал над законами движения и понимал, что яблоко упало под воздействием гравитационного поля Земли.

Он также знал, что Луна не занимает статичную позицию в небе, а вращается по орбите вокруг Земли, то есть, на нее воздействует какая-то сила, которая не дает спутнику улететь в космос. Физик понял, что, возможно, на яблоко и Луну действует одна и та же сила.

Предшественники Ньютона рассуждали иначе. Итальянский физик Галилео Галилей считал, что на Земле действует природное притяжение. Немецкий астроном Иоганн Кеплер полагал, что в небесных сферах действуют совсем иные законы движения, чем на Земле. Ньютон же объединил эти два типа гравитации в своем сознании.

Закон всемирного тяготения Ньютона, сформулированный им в 1687 году, гласит, что между любой парой тел во Вселенной действует сила взаимного притяжения. Он выражен математическим уравнением: если M и m — массы двух тел, а r — расстояние между ними, тогда сила F взаимного гравитационного притяжения между ними равна F = GMm/r², где G — гравитационная постоянная, равная силе, с которой действуют друг на друга тела с массами в 1 кг каждое, находясь на расстоянии в 1 метр друг от друга. Уравнение гласит, что сила (F) пропорциональна массам двух объектов, разделенным на квадрат расстояния между ними. Из него следует, что чем массивнее объекты, тем больше сила притяжения между ними, но чем дальше они друг от друга, тем слабее притяжение.

Закон гравитации Ньютона (Фото: praxilabs.com)

Действие закона распространяется на все без исключения физические материальные тела во Вселенной. Сила притяжения Земли у ее поверхности в равной мере воздействует на все материальные тела, находящиеся в любой точке земного шара.

На каждого человека действует сила земного притяжения, которая ощущается как вес.

Закон всемирного тяготения Ньютона говорит, что не только Земля притягивает яблоко, но и яблоко притягивает Землю. Но огромная масса Земли означает, что требуется гораздо больше силы, чтобы сдвинуть ее на ощутимую величину, поэтому яблоко падает, а Земля остается практически неподвижной. То же самое верно и в более широком контексте. Каждый объект во Вселенной притягивает любой другой объект, и чем он ближе и массивнее, тем больше его гравитационная сила.

По Ньютону, сила притяжения действует на любых расстояниях и мгновенно. Однако самая большая скорость в мире — скорость света, а для преодоления больших расстояний свету нужно не мгновение, а несколько секунд и иногда даже лет.

Теория гравитации Эйнштейна

В 1798 году британский физик Генри Кавендиш провел один из первых в мире высокоточных экспериментов, чтобы попытаться точно определить значение G, гравитационной постоянной. 2. Чтобы получить точное значение, ученые должны разработать невероятно чувствительное оборудование.

Немецко-американский физик Альберт Эйнштейн произвел следующую революцию в нашем понимании гравитации. Его общая теория относительности показала, что гравитация возникает из-за искривления пространства-времени, а это означает, что даже лучи света, которые должны следовать этой кривизне, преломляются чрезвычайно массивными объектами. В рамках его теории гравитация рассматривается не как сила, которая действует на тела, но как искривление пространства и времени под действием массы и энергии.

Теории Эйнштейна использовались для предположений о существовании черных дыр — небесных объектов с такой большой массой, что даже свет не может выйти из-под их поверхности. Вблизи черной дыры закон всемирного тяготения Ньютона уже не может точно описать, как движутся объекты.

Теория, которую Эйнштейн опубликовал в 1915 году, расширила его специальную теорию относительности, которую ученый разработал за десятилетие до этого. Специальная теория относительности утверждала, что пространство и время неразрывно связаны, но эта теория не признавала существование гравитации.

В своей специальной теории относительности Эйнштейн определил, что законы физики одинаковы для всех наблюдателей, не движущихся с ускорением, и показал, что скорость света в вакууме одинакова независимо от скорости, с которой движется наблюдатель. В результате он обнаружил, что пространство и время переплетаются, и события, происходящие в одно и то же время для одного наблюдателя, могут происходить в разное время для другого.

Разрабатывая уравнения своей общей теории относительности, Эйнштейн понял, что массивные объекты вызывают искажение пространства-времени. Представьте, что вы устанавливаете большой объект в центре батута. Объект вдавливался в ткань, вызывая появление ямочек. Если затем попытаться катить шарик по краю батута, он будет двигаться по спирали внутрь к этому объекту.

Вращение тяжелого объекта, такого как Земля, должно скручивать и искажать пространство-время вокруг него.

В 2004 году NASA запустило гравитационный зонд Gravity Probe B. По данным агентства, оси точно откалиброванных гироскопов спутника с течением времени очень незначительно дрейфовали, что соответствует теории Эйнштейна.

Эйнштейн предсказал, что такие события, как столкновение двух черных дыр, создают рябь в пространстве-времени, известную как гравитационные волны. А в 2016 году Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) объявила, что впервые определила такой сигнал. Гравитационная волна была вызвана столкновением двух черных дыр массой в 29 и 36 раз больше массы Солнца. После этого они слились в одну большую черную дыру. Это произошло, предположительно, 1,3 млрд лет назад.

Гравитационные волны, создаваемые двумя сталкивающимися черными дырами (Фото: Р. Хёрт / Caltech-JPL)

С тех пор LIGO и ее европейский аналог Virgo обнаружили в общей сложности 50 гравитационно-волновых событий.

Чему равна сила гравитации

Гравитационное поле Земли — это поле силы тяжести, которое образуется из-за силы тяготения Земли и центробежной силы, вызванной ее суточным вращением.

Сила тяжести на поверхности Земли варьируется от 9,780 м/с² на экваторе до 9,832 м/с² на полюсах. В приблизительных расчетах значение обычно принимают равным 9,81; 9,8 или 10 м/с². Однако оно учитывает только силу тяжести и не учитывает центробежную силу, возникающую за счет вращения Земли. При подъеме тела над поверхностью Земли значение уменьшается.

NASA в рамках проекта GRACE создало визуализацию гравитационных аномалий на Земле. Красным цветом показаны области, где гравитация сильнее, а синим — где она слабее стандартных значений (Фото: NASA)

Французские ученые утверждают, что различие в гравитационной постоянной в различных регионах нашей планеты зависит от величины напряженности магнитного поля Земли. Они предположили, что такое влияние может объясняться наличием дополнительных и скрытых для непосредственного наблюдения измерений пространства. Ученые подсчитали, что земное тяготение будет сильнее в тех местах, где сильнее магнитное поле. Таким образом, своих максимальных значений оно достигает в районах северного и южного магнитных полюсов. Они не совпадают с географическими полюсами. Так, северный магнитный полюс располагается в границах нынешней канадской Арктики, а южный лежит на краю Антарктиды.

Если принимать значение гравитации на Земле за единицу, то на Солнце оно будет равно 27,9, на Меркурии — 0,37, на Венере — 0,9, на Луне — 0,16, на Марсе — 0,37, на Юпитере — 2,6. Таким образом, если человек, который на Земле весит 60 кг, взвесится на Юпитере, то весы покажут 142 кг.

Космонавты на орбите также испытывают микрогравитацию. Они как бы бесконечно падают вместе с кораблем, в котором находятся.

Современное представление о гравитации

Научные исследования в области гравитации продолжаются. Теория относительности Эйнштейна объясняет некоторые аномалии в ньютоновской гравитации; однако открытия в атомной, ядерной физике и физике элементарных частиц показали, что ее нельзя отнести к взаимодействиям в квантовой физике. Проще говоря, эйнштейновская теория не работает в микромире. В связи с этим получило развитие направление «квантовой гравитации» или квантового описания гравитационного взаимодействия.

Однако теория квантовой гравитации пока не построена. Основная трудность заключается в том, что две физические теории, которые она пытается связать воедино, — квантовая механика и общая теория относительности — опираются на разные наборы принципов. Первая описывает временну́ю эволюцию физических систем (например, атомов или элементарных частиц) на фоне внешнего пространства-времени. Во второй внешнего пространства-времени вообще нет — оно само является динамической переменной в теории.

В квантовой гравитации развиваются два основных направления — это теория струн и петлевая квантовая гравитация. В первой теории вместо частиц и фонового пространства-времени выступают струны и их многомерные аналоги — браны.

Во второй делается попытка сформулировать квантовую теорию поля без привязки к пространственно-временному фону; пространство и время по этой теории состоят из дискретных частей. Это маленькие квантовые ячейки пространства, которые определенным способом соединены друг с другом, так что на малых масштабах времени и длины они создают дискретную структуру пространства, а в больших масштабах плавно переходят в непрерывное гладкое пространство-время. Предполагается, что именно петлевая квантовая гравитация может описать сам процесс взрыва, который предшествовал образованию Вселенной.

Сотрудники Университета штата Пенсильвания с 1980-х годов разрабатывают парадигму, основанную на представлении о петлевой квантовой гравитации. Она описывает все современные крупные структуры во Вселенной как квантовые флуктуации пространства-времени, имевшие место при рождении мира.

Существующая теория Большого взрыва, как уже говорилось, не объясняет, что было до зарождения Вселенной. Ученые из Пенсильвании придерживаются альтернативной гипотезы Большого отскока, согласно которой текущая расширяющаяся Вселенная возникла из распада предыдущей вселенной. Для описания этого состояния они объединили квантовую механику и теорию относительности. Авторы работы утверждают, что смогли описать космическое излучение, которое возникло непосредственно после зарождения Вселенной. Они заявили, что в эйнштейновскую ткань пространства-времени вплетены квантовые нити. Именно это в будущем может позволить объяснить, почему галактики и материя распространены во Вселенной неравномерно.

В 1990-х годах астрономы обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется. Это противоречит предсказаниям общей теории относительности, согласно которой гравитация должна замедлять расширение. Чтобы объяснить это явление, космологи начали ссылаться на «темную энергию», силу, которая составляет почти три четверти материи и энергии во Вселенной и поэтому раздвигает ее. Но происхождение темной энергии по сей день остается загадкой. Некоторые исследователи пытаются объяснить ускорение расширения Вселенной без темной энергии, предполагая, что если общая теория относительности неверна, а гравитация ослабевает в космических масштабах. Но до сих пор никто не придумал способ проверить данную теорию.

Существует и такое понятие как антигравитация — предполагаемое противодействие, которое гасит или даже превышает гравитационное притяжение путем отталкивания.

Нынешний подход к антигравитации заключается в том, чтобы освободить объект от действия силы тяжести, чтобы он какое-то время не был подвержен гравитации. Например, полет человека в аэродинамической трубе обеспечивается за счет того, что силе тяжести противодействует поток воздуха.

Полет в аэротрубе (Фото: FlyStation)

Пока вопрос существования антигравитации как самостоятельного явления остается открытым, так как само явление гравитации только изучается.

Как преодолеть гравитацию

Чтобы преодолеть силу гравитации Земли, тело должно иметь скорость, равную 7,91 км/с. Это первая космическая скорость. Ее достаточно, чтобы объект двигался по орбите вокруг планеты. Чтобы вырваться из гравитационного поля Земли, космический корабль должен иметь скорость не менее 11,2 км/с. Это вторая космическая скорость. Чтобы выйти за гра­ни­цу сфе­ры зем­но­го при­тя­же­ния, которая заканчивается на рас­стоя­нии около 930 тыс. км от Зем­ли, ско­рость объ­ек­та долж­на со­став­лять около 16,6 км/с. Это третья космическая скорость.

Если бы не было гравитации

В соответствии с вышеприведенными законами физики на практике такая ситуация невозможна.

Бывший астронавт NASA, физик Джей Баки, отмечает, что наш организм адаптирован к силе земного притяжения. Когда сила тяжести почти исчезает (например, на борту МКС), организм начинает перестраиваться. За время миссий в космосе члены экипажей кораблей теряют костную массу и мышечный тонус, а также чувство равновесия.

Доктор Кевин Фонг добавляет, что количество эритроцитов в организме падает, что приводит к так называемой космической анемии. При этом раны заживают дольше, а также снижается иммунитет, наблюдаются проблемы со сном. Таким образом, в отсутствие гравитации мышцы, вестибулярный аппарат, сердце и кровеносные сосуды развивались бы иначе.

Астроном Карен Мастерс из Портсмутского университета в Великобритании предположил, что в отсутствие гравитации Земля начала бы вращаться с большой угловой скоростью как раскручиваемая над головой веревка. Таким образом, любые объекты на планете улетели бы прямо в космос, как и вода с атмосферой. Только укрепленные строения могли бы какое-то время держаться на поверхности Земли.

В конечном счете отсутствие гравитации разрушит саму планету. Земля развалится на части, которые разлетятся в разные стороны.

Похожий пример, но с Солнцем, приводит канал Discovery News в своем видео.

Что произойдет, если гравитации не станет

Без гравитации не осталось бы ни звезд, ни планет, а Вселенная стала бы смесью рассеянных атомов и молекул.

Возможна ли искусственная гравитация

Когда человек оказывается в космосе, далеко от гравитационных воздействий, испытываемых на поверхности Земли, он переживает невесомость. Хотя все массы Вселенной продолжат притягивать его, они продолжат притягивать и космический корабль, поэтому человек как бы «плавает» внутри него. В связи с этим возникает вопрос — как создать условия искусственной гравитации, при которых человек сможет не летать, а спокойно ходить по космическому кораблю?

Пока нужный эффект можно получить только через ускорение. В случае с космическим кораблем — заставить его вращаться. Тогда можно можно получить центробежную тягу, как на Земле. Но для путешествия в другую звездную систему придется ускорять корабль по пути туда и замедлять по прибытии обратно. Человеческий организм вряд ли сможет перенести такие нагрузки. Например, чтобы разогнаться до «импульсной скорости» как в фильме «Звездный путь», до нескольких процентов от скорости света, то пришлось бы выдержать ускорение в 4000 g (единиц ускорения, вызванного гравитацией) в течение часа. Это в 100 раз больше ускорения, которое предотвращает ток крови в теле человека. В Роскосмосе изучают идею встроенной центрифуги на борту корабля, в которую космонавты смогут периодически заходить, чтобы испытывать силу тяжести и снижать негативные последствия от пребывания в невесомости.

Кадр из фильма «Звездный путь» (Фото: YouTube)

Предполагалось, что искусственная гравитация возможна при отрицательной гравитационной массе, которая, как ожидалось, свойственна антиматерии. Однако Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН) обнаружила, что инертная масса антипротона («зеркального отражения» протона, который отличается знаками всех характеристик физического взаимодействия) совпадает с массой протона. Если бы гравитация действовала на антипротоны как-то иначе, то физики заметили бы разницу. Получается, что действие гравитации на антипротоны и протоны совпадает. Кроме того, в ЦЕРН получили антиводород — первую стабильную форму антиматерии. Но ее изучают, и пока сдвигов в теории антиматерии нет.

Мастер-класс от артековцев: что за сила притяжения

https://sn.ria.ru/20200617/1572991281.html

Мастер-класс от артековцев: что за сила притяжения

Мастер-класс от артековцев: что за сила притяжения – РИА Новости, 18.10.2021

Мастер-класс от артековцев: что за сила притяжения

Физика – один из самых интересных, но и сложных предметов школьной программы. В новом выпуске спецпроекта “Учимся с артековцами” Полина Кузавлева из Крыма в. .. РИА Новости, 18.10.2021

2020-06-17T09:00

2020-06-17T09:00

2021-10-18T11:16

артек

взрослые и дети в медиа кампусе миа “россия сегодня” в “артеке”

социальный навигатор

учимся с артековцами

юнкорры россии сегодня

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e4/05/1d/1572193777_0:0:641:360_1920x0_80_0_0_5e5fcdc1b78cb484d82479831446f206.jpg

Физика – один из самых интересных, но и сложных предметов школьной программы. В новом выпуске спецпроекта “Учимся с артековцами” Полина Кузавлева из Крыма в сказочной форме расскажет, для чего нужна сила притяжения и с помощью какой формулы ее можно вычислить.”Я выбрала эту тему, потому что во время дистанционного обучения, видела, как мой старший брат изучал физику, и поняла, что это сложный предмет. Хотелось придумать что-то, что помогло бы легко выучить такой материал”, – поделилась Полина.

РИА Новости

[email protected] ru

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://sn.ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Кузавлева Полина. Сила притяжения

В сказочной форме в ролике объясняется для чего нужна сила притяжения и при помощи какой формулы её можно найти. Эту тему выбрала потому что во время дистанционного обучения, видела, как мой старший брат решал и изучал физику. Поняла, что это сложный предмет. Нужно придумать что-то, чтобы его легче было выучить. Предназначен для учащихся 7 классов.

2020-06-17T09:00

true

PT5M54S

https://cdnn21. img.ria.ru/images/07e4/05/1d/1572193777_59:0:539:360_1920x0_80_0_0_aaa937ba70a0a525f7f37d36a294b888.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

артек, взрослые и дети в медиа кампусе миа “россия сегодня” в “артеке”, социальный навигатор, учимся с артековцами, видео, юнкорры россии сегодня

Что это – сила притяжения

Когда на уроках физики в начальных классах преподаватель упоминает существовавшее ранее представление о планете Земле как о плоскости, покоящейся на китах, слонах или черепахах, то на лицах учеников появляются улыбки и в классе даже раздаются смешки. Это сейчас многие уже в детском садике знают, что Земля – это шар, а сила притяжения воздействует на все материальные предметы. Однако давайте хотя бы на мгновение представим, что о гравитации нам ничего не известно. Как тогда объяснить, что люди удерживаются на поверхности, а вода океанов не изливается в пустоту космического пространства, если не воспользоваться представлением о плоской планете? Если сила притяжения для нас тайна – то, пожалуй, никак. Именно поэтому так важно относится с пониманием к прошлому, ведь каждому времени – свои открытия.

Сила гравитационного притяжения была открыта И. Ньютоном в 1666 году. До него тяготение пытались объяснить такие выдающиеся ученые своего времени, как Гюйгенс, известный своими трудами по центробежной силе, Декарт, а также Кеплер, сформулировавший фундаментальные три закона, которым подчиняется перемещение небесных объектов. Однако это были лишь предположения, основывающиеся скорее на догадках, а не на фактах. Ни одно из них не давало целостного понимания мироустройства. Ньютон же намеревался создать завершенную теорию, в рамках которой могла быть объяснена сила притяжения и взаимосвязанные с ней явления. И это ему удалось. Были сформулированы не просто теоретические предпосылки с формулами, а создана полноценная модель. Она оказалась настолько удачной, что даже сейчас, спустя столетия, общая теория относительности, будучи развитием идей Ньютона, используется при расчетах небесной механики.

Ее формулировка крайне простая и запоминающаяся: сила, с которой объекты притягиваются, зависит от их массы и расстояния. Данное определение выражается следующим образом:

F = (M1*M2) / (R*R),

где M1 и M2 – массы объектов; R – расстояние.

Обычно знакомство с классической теорией начинают именно с этой формулы. Для более точного представления всю правую часть следует умножить на гравитационную константу.

Вывод следующий: чем объект массивнее, тем более сильное притягивающее воздействие он оказывает на окружение. При этом совершенно не принципиально, будет ли это сфера массой 1 кг, или точка с таким же весом. В то же время, при расчете системы двух тел, например, Солнца и Земли, последняя точно так же притягивает звезду к себе. Сила притяжения земли, взаимодействующая с полем Солнца, формирует общий центр масс, вокруг которого происходит взаимное обращение. Это только кажется, что Солнце – центр нашей системы. Истинный же, хотя и находится в звезде, с физической серединной точкой не совпадает.

Сила притяжения может быть определена в рамках классического закона всемирного тяготения при соблюдении двух условий:

– скорости объектов рассматриваемой системы значительно меньше скорости луча света;

– потенциал гравитационного поля относительно мал.

В скором времени после завершения Ньютоном работ по притяжению, стала очевидной необходимость ее существенной доработки. Дело в том, что хотя движение тел небесной сферы можно было рассчитывать с помощью предложенных формул, иногда возникали ситуации, когда теория Ньютона оказывалась неприменимой, так как давала совершенно непредсказуемые результаты.

Недостатки были устранены Эйнштейном, предложившим серьезно доработанную модель, учитывающую как скорость света, так и слишком сильные гравитационные поля. Однако сейчас даже такая общая теория относительности перестала быть универсальным ответом на все вопросы: в микромире ее постулаты оказываются неверны.

Фотовыставка «Сила притяжения» | Галерея Классической Фотографии

Посетителям представят образы современной России в работах фотографов из разных стран.

С 18 января по 16 сентября Галерея Классической Фотографии представляет франко-российский фотопроект «Centre de Gravité. Сила притяжения», в котором 11 иностранных и российских фотографов попытались создать портрет самой большой и неоднозначной страны мира.

В центре проекта – современная Россия во всем её многообразии и непредсказуемости. Посетителям представят около семи десятков снимков, которые отражают полную парадоксов и контрастов жизнь нашей страны. Выставка раскрывает двенадцать сюжетных линий: Нежность, Вера, Отречение, Судьба, Вода, Энергия, Контрасты, Линии, Восток-Запад, Крайности, Необъятность и Оптимизм. Здесь есть и кадры с купания в ледяной воде на Крещение, и портреты харизматичных сельских жителей, и очень личные истории авторов. Каждый из снимков снабжён комментарием фотографа – о том, как была сделана фотография или почему его заинтересовал именно этот сюжет.

«Россия, словно огромное зеркало, в котором отражается течение дней, сменяются эпохи, новое и древнее смешивается в замысловатый узор. «Centre de gravité. Сила притяжения» – это проект-ощущение, отражающий красоту и многоликость России», – говорит куратор проекта Алина Решетова.

Фотографии и тексты, представленные нa выставке «Centre de Gravité. Сила притяжения», ранее были объединены в одноименную книгу, опубликованную издательским домом Éditions du Courrier de Russie.

Фотографы, принявшие участие в проекте «Centre de gravité. Сила притяжения»: Алексей Мякишев (Россия), Оливье Маркези (Франция), Лилит Матевосян (Грузия, Россия), Паскаль Дюмон (Канада), Илья Питалев (Россия), Василий Ильинский (Россия), Лор Дебросс (Франция), Мари де Ля Виль Боже (Франция), Денис Демков (Россия), Тодд Принц (США), Сахаб Шамилов (Россия).

Открытие выставки «Centre de gravité. Сила притяжения» пройдёт 18 января в 19.00 по адресу: Саввинская набережная, д. 23 стр. 1, Галерея Классической Фотографии. Вход на вернисаж, по традиции, будет свободным для всех желающих.

Справки по телефону: +7 495 510 7713.

Информационные партнёры выставки «Centre de gravité. Сила притяжения»:

«Газета «Собеседник», медиагруппа Infox, cервис по продвижению событий KudaGo, журнал «Российское Фото», профессиональный сайт о мировой фотографии Photographer.ru, афиша событий современного искусства ArtTube, Афиша Москвы KudaMoscow.ru.

 

направленность и сила притяжения — анимация в Windows приложениях – Windows apps

  • Статья
  • Чтение занимает 2 мин

Были ли сведения на этой странице полезными?

Да Нет

Хотите оставить дополнительный отзыв?

Отзывы будут отправляться в корпорацию Майкрософт. Нажав кнопку “Отправить”, вы разрешаете использовать свой отзыв для улучшения продуктов и служб Майкрософт. Политика конфиденциальности.

Отправить

В этой статье

Направленные сигналы помогают закрепить ментальную модель пути, который пользователь проделывает в интерфейсе. Очень важно, чтобы направление любого движения поддерживало и непрерывность пространства, и целостность объектов в пространстве.

Направление движения регулируется принудительно, как сила притяжения. Применение принудительных сил к перемещению повышает естественную впечатление движения.

Примеры

Направление перемещения

Направление движения соответствует физическому перемещению. Так же, как в природе, объекты могут перемещаться по любой оси — X, Y, Z. Так мы воспринимаем движение объектов на экране. При перемещении объектов Избегайте неестественных конфликтов. Помните о том, когда объекты берутся из и используются, и всегда поддерживают конструкции более высокого уровня, которые могут использоваться в сцене, такие как направление прокрутки или иерархия макета.

Направление навигации

Для направления навигации между сценами в приложении характерна концептуальность. Пользователи переходят вперед и назад. Сцены появляются в поле зрения и уходят из него. Эти концепции в сочетании с физическим перемещением помогают пользователю.

Когда навигация вызывает перемещение объекта из предыдущей сцены в новую, объект просто перемещается из точки A в точку B. Чтобы повысить реалистичность перемещения объекта, добавляется стандартная анимация, а также ощущение силы притяжения.

При переходе назад перемещение отображается в обратном порядке (из точки B в точку A). Когда пользователи переходят назад, они рассчитывают как можно быстрее вернуться к предыдущему состоянию. Движение происходит быстрее, более прямолинейно и с замедлением в анимации.

Здесь эти принципы применяются, когда выбранный элемент остается на экране при переходе вперед и обратно.

Когда навигация вызывает вымещение расположенных на экране элементов, важно показать, куда уходит старая сцена и откуда появляется новая.

Это имеет несколько преимуществ.

  • Закрепление ментальной модели пространства у пользователя.
  • Время выхода сцены позволяет больше времени на подготовку содержимого для поступающей сцены.
  • Он улучшает воспринимаемую производительность приложения.

Есть 4 скрытые направления навигации, которые следует учитывать.

Пересылка Попраздновать содержимое, поступающее в сцену так, чтобы не конфликтовать с исходящим содержимым. Содержимое замедляется в сцене.

Пересылка Содержимое быстро завершается. Объекты ускоряются с экрана.

Назад То же, что и пересылка, но в обратную.

Назад То же, что и для перенаправления, но в обратную.

Сила тяготения

Сила тяготения делает процессы более естественными. Объекты, которые перемещаются по оси Z и не привязаны к сцене с помощью прикрепления на экране, могут затронуть сила притяжения. Так как объект прерывает работу сцены и до того, как он достигает скорости экранирования, сила притяжения запрашивает объект, создавая более естественную кривую траекторию объекта при его перемещении.

Сила притяжения обычно является манифестом, когда объект должен переходить с одной сцены на другую. По этой причине в подключенной анимации используется концепция притяжения.

Здесь на элемент в верхней строке сетки воздействует гравитация, что вызывает его небольшое падение по мере отрыва от своего места и перемещения на передний план.

Похожие статьи

Тяготение

Тяготение (гравитация) – это сила притяжения между двумя телами, то есть сила, с которой эти тела -не важно, большие или маленькие – притягиваются друг к другу.

Во Вселенной все подчиняется закону всемирного тяготения.

Считается, что английский ученый Исаак Ньютон в XVII в., наблюдая за падением яблока с яблони, заключил, что есть некая сила, притягивающая яблоко к Земле, и что эта же самая сила притягивает Луну к Земле, а Землю – к Солнцу, и что эта сила действует и на другие планеты Солнечной системы.

Почему планеты движутся вокруг Солнца?

Согласно теории о возникновении Солнечной системы, около 5 млрд лет назад образовалось и начало вращаться огромное облако пыли и газа. Оно превратилось в диск, и горячая центральная масса стала Солнцем. Внешние части облака превратились в отдельные крутящиеся массы, из которых образовались планеты. И сейчас планеты продолжают вращаться. А почему же они не улетают в открытое космическое пространство? По законам движения Ньютона, движущийся предмет старается продолжить свое движение по прямой, пока на него не действуют посторонние силы. Поэтому движущиеся планеты стремятся улететь от Солнца по прямой. Но внешняя сила – солнечное притяжение – препятствует этому, удерживая планеты на своих орбитах.

Почему в космосе возникает невесомость?

Силы гравитации постоянно притягивают нас к Земле, и мы ощущаем свой вес. При полете корабля вокруг Земли происходит то же, что и при повороте поезда. По инерции пассажир отклоняется в сторону, противоположную повороту. На Земле эта сила инерции прижимает пассажира к стенке поезда, а в космосе она уравновешивается земным притяжением. В результате равновесия этих двух сил и возникает невесомость.

Где изменяется наш вес?

Вес – это сила, действующая на тело вследствие гравитации. Масса тела всегда постоянна, но сила может изменяться в зависимости от окружающих условий. Например, Луна, масса которой значительно меньше массы Земли, оказывает на тело меньшее гравитационное воздействие. Человек, весящий на Земле 65 кг, на Луне будет весить всего 11 кг, на Марсе – 25 кг, зато на Юпитере, самой тяжелой планете, -165 кг.

Как преодолеть земное тяготение?


Для этого надо найти источник силы, противоположной силе тяготения по направлению и превышающей ее по абсолютной величине. Эта сила должна разогнать тело до первой космической скорости. Такую скорость – 28 000 км/ч -можно достичь только с помощью ракеты.

На Луну действует сила притяжения (1), направленная к Земле. Это очень удачно, потому что иначе Луна покинула бы нас, двигаясь в направлении красной стрелки (2).

 

 

Учебный проект по теме: “Сила притяжения”

Комитет по образованию администрации городского округа «Город Калининград»

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 25 с углубленным изучением отдельных предметов им. И.В. Грачева

Открытая конференция исследовательских и проектных работ

«SIC ITUR AD ASTRA»

Учебный проект

Секция № 2 – физико-математический профиль

Сила притяжения

Авторы: Бессонова Наталья, Бурцев Антон, Вышкевич Александр, Колганов Владимир, Колупаева Анастасия, Лобода Татьяна, Наймушина Эльвира, Пименова Дарья, Потапов Владислав, Соколова Екатерина, Ташкенов Илья, Фукс Никита

ученики 10 «А»

Научный руководитель: Ханаева Т. П.

учитель физики

г. Калининград

2016 г.

Паспорт проекта.

Название проекта: «Сила притяжения».

Руководитель – консультант проекта: Ханаева Т.П. учитель физики.

Длительность выполнения: месяц.

Возраст учащихся, на которых рассчитан проект: 7-11 класс

Состав проектной группы: Бессонова Наталья, Бурцев Антон, Вышкевич Александр, Колганов Владимир, Колупаева Анастасия, Лобода Татьяна, Наймушина Эльвира, Пименова Дарья, Потапов Владислав, Соколова Екатерина, Ташкенов Илья, Фукс Никита, ученики 10 «А».

Тип проекта: информационный.

Цели проекта: убедиться в справедливости закона всемирного тяготения на примере сил притяжения между планетами Солнечной системы; расширить свой кругозор в изучении планет Солнечной системы.

Задачи проекта: развивать интерес и логическое мышление путем решаемых проблем; развивать интерес к поиску дополнительной информации через Интернет; воспитывать умение работать в коллективе, осуществлять самостоятельную деятельность.

Аннотация.

Проект является информационным. Через весь курс физики понятие “силы притяжения” проходит в той или иной форме. Работа над вопросами проекта позволяет расширить и углубить понимание учениками закона всемирного тяготения, узнать о возможностях его практического применения, тем самым заглянуть в завтрашний день. При работе над проектом ребята приобретали и развивали навыки самостоятельного поиска информации, работали самостоятельно и в группах, учились сами определять проблему и планировать поиски и пути её решения, реализовывать намеченные решения.

Актуальность  данной темы состоит в том, что собранный нами материал может быть использован на уроках физики для лучшего усвоения материала, связанного с законом всемирного тяготения.

 Содержание данного проекта является расчет и сравнение сил притяжение между Землей и другими планетами Солнечной системы.  

Предполагаемые результаты: применения собранного и обработанного материала при объяснении темы урока по физики, связанного с законом всемирного тяготения и проведении элективных курсах по «Астрономии».

Содержание.

Введение       1                                                                      

Глава 1. Закон всемирного тяготения и краткие сведения о планетах Солнечной системы. 2                                                                            

Глава 2. Расчет сил притяжения между Землей и планетами Солнечной системы. 7

                                                                                 

Глава 3. Исследования зависимости силы притяжения от массы и расстояния.       9          

Заключение            10                                                                                                                

Библиографический список используемых источников         11                                                  

Приложение           12                                                          

Введение

Вступление.

Для проектной работы мы выбрали тему «Сила притяжения», так как этот материал представляет информационную ценность для учащихся, учителей и других людей, которые интересуются применением законов физике в астрономии.

В нашей работе собран и описан материал, дающий возможность нам расширить кругозор об устройстве Солнечной системы.

Целью настоящего проекта являлось: убедить, в справедливости закона всемирного тяготения на примере сил притяжения между планетами Солнечной системы.

   Актуальность  данной темы состоит в том, что собранный нами материал может быть использован на уроках физики для лучшего усвоения материала, связанного с законом всемирного тяготения.   

Проблема проекта заключалась в том, что надо было выявить, как взаимосвязаны силы притяжения планет Солнечной системы.

Предметом проекта мы выбрали закон всемирного тяготения и планеты Солнечной системы.

   Задачи проекта:

1. Изучить литературу по данной теме.

2. Собрать материал о планетах Солнечной системы.

3. Сделать расчеты сил притяжения планет Солнечной системы, обобщить результаты и сделать вывод.

Гипотеза – если мы найдем все силы притяжения между планетами, в самом деле, подтвердиться справедливость закона всемирного тяготения.

   Методы исследования: поисковый метод (изучение литературы), сравнительный анализ, метод обобщения.

Научная значимость работы заключается в попытке найти зависимость величин, входящих в закон всемирного тяготения, используя знаний полученные из астрономии.

Практическая значимость работы — применения собранного и обработанного материала при объяснении темы урока по физики, связанного с законом всемирного тяготения.

На основе проделанной работы был подготовлена новая разработка для проведения расчетных работы по определению сил притяжения между планетами.

1

Глава 1.

Закон всемирного тяготения и краткие сведения о планетах Солнечной системы.

Обзор литературы.

В ходе написания работы использовались различные источники информации:

  1. Справочник по физике. Х.Кухлинг, М., «Мир»,1983г.,519 стр., где излагается формулировка закона всемирного тяготения.

  2. Учебник «Физика 10», Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, М., «Просвещение», 2012 г., 365 стр., где подробно излагается материал о силе всемирного тяготения, об определении гравитационной постоянной.

  3. Интернет ресурсы использовались для получения информации о планетах Солнечной системы.

ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ.

Открыт И.Ньютоном в 1667 году на основе анализа движения планет (законы Кеплера) и, в частности, Луны. В этом же направлении работали Р.Гук (оспаривал приоритет) и Р.Боскович

Все тела взаимодействуют друг с другом с силой, прямо пропорциональной произведению масс этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Закон справедлив для:

  1. Однородных шаров.

  2. Для материальных точек.

  3. Для концентрических тел.

Гравитационное взаимодействие существенно при больших массах.

Внимание!:

  1. Закон не объясняет причин тяготения, а только устанавливает количественные закономерности.

  2. В случае взаимодействия трех и более тел задачу о движении тел нельзя решить в общем виде. Требуется учитывать “возмущения”, вызванные другими телами (открытие Нептуна Адамсом и Леверье в 1846 г. и Плутона в 1930).

3. В случае тел произвольной формы требуется суммировать взаимодействия между малыми частями каждого тела.

Применение:

  1. Закономерности движения планет и их спутников. Уточнены законы Кеплера.

  2. Космонавтика. Расчет движения спутников.

Анализ закона:

  1. Сила направлена вдоль прямой, соединяющей тела.

2

G – постоянная всемирного тяготения (гравитационная постоянная). Числовое значение зависит от выбора системы единиц. В Международной системе единиц СИ):

G= 6,67 ∙10-11      

Впервые прямые измерения гравитационной постоянной провел Г. Кавендиш с помощью крутильных весов в 1798 г.

Физический смысл гравитационной постоянной:

гравитационная постоянная численно равна модулю силы тяготения, действующей между двумя точечными телами массой по 1 кг каждое, находящимися на расстоянии 1 м друг от друга.

То, что гравитационная постоянная G очень мала показывает, что интенсивность гравитационного взаимодействия мала.


СОЛНЦЕ.

Солнце – единственная звезда Солнечной системы. Вокруг Солнца обращаются другие объекты этой системы: планеты и их спутники, карликовые планеты и их спутники, астероиды, метеориты, кометы и космическая пыль. Масса Солнца составляет 99,86 % от суммарной массы всей Солнечной системы.

Земля проходит через точку афелия в начале июля и удаляется от Солнца на расстояние 152 млн. км, а через точку перигелия — в начале января и приближается к Солнцу на расстояние 147 млн. км.

Масса Солнца

МЕРКУРИЙ.

Мерку́рий — самая близкая к Солнцу планета Солнечной системы. Планета названа в честь древнеримского бога торговли — быстроногого Меркурия, поскольку она движется по небесной сфере быстрее других планет. Масса планеты равна 3,33022·1023 кг. Расстояние от Меркурия до Земли меняется от 82 до 217 млн. км.

Меркурий исследовали только два космических аппарата. Первым был «Маринер-10», который в 1974—1975 годах трижды пролетел мимо планеты; максимальное сближение составляло 320 км. В результате было получено несколько тысяч снимков, покрывающих примерно 45 % поверхности. Дальнейшие исследования с Земли показали возможность существования водяного льда в полярных кратерах. О планете пока известно сравнительно немного. Только в 2009 году учёные составили первую полную карту Меркурия, используя снимки аппаратов «Маринер-10» и «Мессенджер».

ВЕНЕРА.

Венера — самая близкая к нам планета Солнечной системы. Масса планеты 4.87×10² кг.

Минимально возможное расстояние от Земли до Венеры (во время нижних соединений): 38 млн. км. Максимально возможно расстояние (во время верхних соединений): 261 млн. км.

3

Это единственная планета Солнечной Системы, которая вращается по часовой стрелки.

Атмосфера Венеры состоит из углекислого газа. Так же содержится серная пыль и капли серной кислоты, которую выпускают вулканы. Крупный вулкан – Маат Монс (9км)

Атмосфера очень плотная, что давление на поверхности в 90 раз больше, чем на Земле. Венера – равнинная планета. 85% ее поверхности занимают вулканические равнины, испещренные сотнями вулканических кратеров и лавовых потоков. На ней обнаружено около 900 метеоритных кратеров.

Впервые в 60-е – 70-е гг. в СССР, запустили автоматические станции, которые прошли сквозь атмосферу Венеры и опустились на поверхность планеты. Зонд «Магеллан» в 1990-1994 гг. нанес на карту 98% поверхности Венеры. Он изучал рельеф поверхности с помощью радиолокатора, позволяющего «видеть» сквозь плотные слои атмосферы Венеры.

ЗЕМЛЯ.

Земля́ — третья от Солнца планета. Пятая по размеру среди всех планет Солнечной системы. Она является также крупнейшей по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы. Масса Земли приблизительно равна 5,9736·1024 кг. Общее число атомов, составляющих Землю, ≈ 1,3-1,4·1050. Имеет единственный спутник Луну.

ЛУНА.

Масса Луны 7,35 ∙ 1022 кг. Минимальное расстояние от Земли до Луны (перигей) – 356400 км. Максимальное расстояние от Земли до Луны (апогей) – 406700 км.

Исследование Луны — исследование спутника Земли с помощью космических аппаратов и оптических приборов. Первоначально единственным методом изучения Луны человечеством был визуальный метод. Изобретение Галилеем телескопа в 1609 году позволило добиться значительного прогресса в исследовании Луны при помощи оптических приборов. Сам Галилей использовал свой телескоп для исследования гор и кратеров на лунной поверхности. Исследования спутника Земли с использованием космических аппаратов началось 13 сентября 1959 года с посадки советской автоматической станции Луна-2 на поверхность спутника. В 1969 году состоялась высадка человека на Луну, началось изучение спутника с его поверхности. В настоящее время, несколько космических держав имеют планы по возобновлению пилотируемых полётов на поверхность Луны и созданию лунных баз. Таким образом, Луна — единственное небесное тело, на котором побывал человек, и первое небесное тело, образцы которого были доставлены на Землю (США доставили 380 килограммов, СССР — 324 грамма лунного грунта.

МАРС.

Марс  — четвёртая по удалённости от Солнца и седьмая по размерам планета Солнечной системы; масса планеты составляет 10,7 % массы Земли. Названа в честь Марса — древнеримского бога войны, соответствующего древнегреческому Аресу.  Иногда Марс называют «красной планетой» из-за красноватого оттенка поверхности, придаваемого ей оксидом железа. У Марса есть два естественных спутника — Фобос и Деймос (в переводе с древнегреческого — «страх» и «ужас», имена двух сыновей Ареса, сопровождавших его в бою), которые относительно малы (Фобос — 26,8×22,4×18,4 км, Деймос — 15×12,2×10,4 км) и имеют неправильную форму.

4

Поверхность Марса в настоящий момент исследуют два марсохода: «Opportunity» и «Curiosity». На поверхности Марса также находятся несколько неактивных посадочных модулей и марсоходов, завершивших исследования.

Минимальное расстояние от Марса до Земли составляет 55,76 млн. км (когда Земля находится точно между Солнцем и Марсом), максимальное — около 401 млн. км (когда Солнце находится точно между ними). Масса планеты составляет 6,4∙1023кг.

ЮПИТЕР.

Юпитер — пятая планета от Солнца, крупнейшая в Солнечной системе. Классифицируется как газовый гигант. Современное название Юпитера происходит от имени древнеримского верховного бога-громовержца. Примечательным образованием в атмосфере является Большое красное пятно — гигантский шторм, известный с XVII века.

Юпитер имеет, по крайней мере, 67 спутников, самые крупные из которых — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — были открыты Галилео Галилеем в 1610 году.

Исследования Юпитера проводятся при помощи наземных и орбитальных телескопов; с 1970-х годов к планете было отправлено 8 межпланетных аппаратов НАСА: «Пионеры», «Вояджеры», «Галилео» и другие. Также Юпитер излучает на 60 % больше энергии, чем получает от Солнца. За счёт процессов, приводящих к выработке этой энергии, Юпитер уменьшается приблизительно на 2 см в год[. По мнению П. Боденхеймера , когда планета только сформировалась, она была в 2 раза больше и её температура была значительно выше, чем в настоящее время.

Масса  Юпитера 1,8986·1027 кг.

САТУРН.

Сатурн — шестая планета от Солнца и вторая по размерам планета в Солнечной системе после Юпитера. Сатурн классифицируется как газовый гигант. Сатурн назван в честь римского бога земледелия

Сатурн обладает заметной системой колец, состоящей главным образом из частичек льда, меньшего количества тяжёлых элементов и пыли.

В настоящее время на орбите Сатурна находится автоматическая межпланетная станция «Кассини», запущенная в 1997 году и достигшая системы Сатурна в 2004 году, в задачи которой входит изучение структуры колец, а также динамики атмосферы и магнитосферы Сатурна. Обращается 62 известных на данный момент спутника

Масса Урана 5,6846·1026кг.

УРАН.

Ура́н — планета Солнечной системы, седьмая по удалённости от Солнца, третья по диаметру и четвёртая по массе. Была открыта в 1781 году английским астрономом Уильямом Гершелем и названа в честь греческого бога неба Урана, отца Кроноса (в римской мифологии Сатурна) и, соответственно, деда Зевса (у римлян — Юпитер).

Уран стал первой планетой, обнаруженной в Новое время и при помощи телескопа. Его открыл Уильям Гершель 13 марта 1781 года[13], тем самым впервые со времён античности расширив границы Солнечной системы в глазах человека. Несмотря на то, что порой Уран различим невооружённым глазом, более ранние наблюдатели принимали его за тусклую звезду.

Так же, как и у других газовых гигантов Солнечной системы, у Урана имеется система колец и магнитосфера, а кроме того, 27 спутников. Ориентация Урана в пространстве отличается от остальных планет Солнечной системы — его ось вращения лежит как бы «на боку» относительно плоскости обращения этой планеты вокруг Солнца. Вследствие этого

5

планета бывает обращена к Солнцу попеременно то северным полюсом, то южным, то экватором, то средними широтами.

В 1986 году космический аппарат НАСА «Вояджер-2» по пролётной траектории пересёк орбиту Урана и прошёл в 81 500 км от поверхности планеты. Это единственное в истории космонавтики посещение окрестностей Урана. «Вояджер-2» стартовал в 1977 году, до пролёта мимо Урана провёл исследования Юпитера и Сатурна (а позднее — и Нептуна). Аппарат провёл изучение структуры и состава атмосферы Урана, обнаружил 10 новых спутников, изучил уникальные погодные условия, вызванные осевым креном в 97,77°, и исследовал систему колец было исследовано магнитное поле и строение магнитосферы и, в особенности, «магнитного хвоста», вызванного поперечным вращением. Было обнаружено 2 новых кольца и сфотографированы 5 самых крупных спутников. В настоящее время НАСА планирует запуск аппарата Uranus orbiter and probe в 2020-х годах.

Масса планеты 8,6832·1025кг

НЕПТУН.

Нептун – восьмая планета от Солнца, находящаяся на расстоянии около 4,5 млрд. км от Солнца.

Нептун, как и Уран, является ледяным гигантом. Планета Нептун в основном состоит из очень толстой, очень холодной комбинации воды (H2O), аммиака (NH3) и метана (CH4) покрывающей тяжелое, размером с Землю, твердое ядро.

Нептун имеет 13 зарегистрированных спутников (и еще один ждет официальное подтверждение). Спутники Нептуна были названы в честь различных богов моря и нимф в греческой мифологии. Нептун имеет шесть колец.

Вояджер-2 является единственным космическим кораблем, посетившим Нептун. Нептун не может поддерживать жизнь в том виде, в которой мы ее знаем.

Масса планеты 1,0243·1026 кг.

ПЛУТОН.

Карликовая планета Плутон является единственной планетой-карликом в Солнечной системе, которая стояла в ряду основных планет. Не так давно Плутон считался полноценной девятой планетой, наиболее удалённой от Солнца. Теперь же он рассматривается, как один из самых крупных объектов пояса Койпера – тёмной дискообразной зоны, за пределами орбиты Ньютона, содержащий триллионы комет. Плутон причислили к планетам-карликам в 2006 году. Это событие рассматривалось, как понижение в статусе и вызвало бурные споры и дискуссии в научных и общественных кругах.

Признаки существования Плутона впервые заметил астроном из США Персиваль Лоуэлл в 1905 году. Наблюдая за Непутном и Ураном, он обнаружил отклонения в их орбитах и предположил, что это вызвано действием гравитации неизвестного крупного небесного объекта. В 1915 году он рассчитал возможное местоположение этого объекта, но умер, так и не найдя его. В 1930 году Клайд Томбо из Обсерватории Лоуэлла, основываясь на прогнозах Лоуэлла, обнаружил девятую планету и сообщил об её открытии.

Плутон – это единственная планета в мире, название которой было дано 11-летним ребёнком – девочкой Венецией Берни (Оксфорд, Англия). Венеция посчитала уместным назвать вновь открытую планету именем римского бога и высказала это мнение своему

6

дедушке. Он же передал идею своей внучки в обсерваторию Лоуэлла. Название Плутон

было принято. Необходимо отметить, что две первых буквы этого слова отражают инициалы Персиваль Лоуэлла.

Плутон находится на огромном расстоянии от Земли, это затрудняет его изучение с помощью телескопов, поэтому перед учёными стоит труднейшая задача – изучить Плутон с помощью космических аппаратов. В настоящее время к Плутону направляется космический зонд, запущенный в январе 2006 г, в рамках программы «Новые горизонты» (New Gorizonts) . Его наибольшее сближение с планетой ожидается уже в июле 2015 года. В миссию зонда входит также изучение других миров внутри пояса Койпера. Символично, что космический аппарат несёт на борту пепел Клайда Томбо – первооткрывателя Плутона. У планеты есть 5 спутников.

Масса планеты (1,305 ± 0,007)·1022 кг

Глава 2.  

Расчет сил притяжения между Землей и планетами Солнечной системы.

СОЛНЦЕ – ЗЕМЛЯ

Максимальное расстояние R1=1,52∙1011 м

F1=6,67∙10-11 3/(кг∙сек2) ) ∙ = 3,428∙1022 Н

R2=1,471011м – минимальное расстояние

F2=6,67∙10-11 3/(кг∙сек2) ) ∙ = 3,665∙1022 Н

МЕРКУРИЙ – ЗЕМЛЯ

Максимальное расстояние R1=2,17∙1011 м

F1=6,67∙10-11 3/(кг∙сек2) ) ∙ = 2,816∙1015 Н

R2=8,21010м – минимальное расстояние

F2=6,67∙10-11 3/(кг∙сек2) ) ∙ = 1,972∙1016 Н

ВЕНЕРА- ЗЕМЛЯ

R1=2,61∙1011м – максимальное расстояние

F1=6,67·10 ⁻¹¹(м³/с ²·кг)∙= 2,848 ∙ 1016Н

R2=3,8∙1010 м – минимальное расстояние

F2=6,67·10 ⁻¹¹(м³/с ²·кг)∙= 1,343 ∙ 1017Н

7

ЛУНА – ЗЕМЛЯ

R1=4,067∙108м – максимальное расстояние

F1=6,67·10 ⁻¹¹(м³/с ²·кг)∙= 1,769 ∙ 1020Н

R2=3,564∙108 м – минимальное расстояние

F2=6,67·10 ⁻¹¹(м³/с ²·кг)∙= 2,304 ∙ 1020Н

МАРС – ЗЕМЛЯ

R1=4,01∙1011м – максимальное расстояние

F1 = 6,67∙10-11 3/(кг∙сек2) ) ∙ = 1,589∙1015 Н

R2=5,45∙1010м – минимальное расстояние

F2 = 6,67∙10-11 3/(кг∙сек2) ) ∙ = 8,604∙1016 Н

ЮПИТЕР – ЗЕМЛЯ

R1=9,686∙1011м – максимальное расстояние

F1= 6,67∙10-113/(кг∙сек2) ) ∙ =8,059 ∙1017 Н

R2=5,885∙1011м – минимальное расстояние

F2 = 6,67∙10-113/(кг∙сек2) ) ∙ = 2,182∙1018 Н

САТУРН – ЗЕМЛЯ

R1=1,661012м – максимальное расстояние

F1 = 6,67∙10-113/(кг∙сек2) ) ∙ = 8,207∙1016H

R2=1,1951012м – минимальное расстояние

F2 = 6,67∙10-113/(кг∙сек2) ) ∙ = 1,583∙1017H

УРАН – ЗЕМЛЯ

R1=3,151012м – максимальное расстояние

F1 = 6,67∙10-113/(кг∙сек2) ) ∙ = 3,484∙1015H

R2=2,571012м – минимальное расстояние

8

F2 = 6,67∙10-113/(кг∙сек2) ) ∙ = 5,235∙1015H

НЕПТУН – ЗЕМЛЯ

R1= 4,55∙1012м – максимальное расстояние

F1=6,67∙10-11 3/(кг∙сек2) ) ∙ = 1,9696 ∙1015 Н

R2= 4,347∙1012м- минимальное расстояние

F2= 6,67∙10-11 3/(кг∙сек2) ) ∙ = 2,1577∙1015 Н

ПЛУТОН – ЗЕМЛЯ

R1 = 7,5∙1012м – максимальное расстояние

F1 = 6,67∙10-11 3/(кг∙сек2) ) ∙ = 9,2∙1010 Н

R2 = 4,3∙1012м – минимальное расстояние

F2 = 6,67∙10-11 3/(кг∙сек2) ) ∙ =2,79 ∙1011 Н

Глава 3.

Исследования зависимости силы притяжения от массы и расстояния.

ТАБЛИЦА РЕЛЬТАТОВ

Максим.

расстояние до Земли, м

Миним. расстояние до Земли, м

Сила притяжение при макс. расстоянии, Н

Сила притяжения при миним.

расстоянии, Н

Солнце

1,989∙1030

1,52∙1011

1,471011

3,428∙1022

3,665∙1022

Меркурий

3,33∙1023

2,17∙1011

8,2∙1010

2,816∙1015

1,92∙1016

Венера

4,87∙1023

2,61∙1011

3,8∙1010

2,848∙1016

1,343∙1017

Луна

7,835∙1022

4,067∙108

3,564∙108

1,769∙1020

2,304∙1020

Марс

6,418∙1023

4,01∙1011

5,45∙1010

1,589∙1015

8,604∙1016

Юпитер

1,898∙1027

9,686∙1011

5,885∙1011

8,059∙1017

2,182∙1018

Сатурн

5,68∙1026

1,66∙1012

1,195∙1012

8,207∙1016

1,583∙1017

Уран

8,683∙1025

3,15∙1012

2,57∙1012

3,484∙1015

5,235∙1015

Нептун

1,024∙1026

4,54∙1012

4,347∙1012

1,9696∙1015

2,15∙1015

Плутон

1,3∙1022

7,5∙1012

4,3∙1012

9,2∙1010

2,79∙1011

9

Отношение максим.

расстояние объекта до Земли к максим.

расстояние Луны до Земли

Отношение миним.

расстояние объекта до Земли к миним.

расстояние Луны до Земли

Отношение cила притяжение при макс. расстоянии объекта до Земли к cила притяжение при макс. расстоянии Луны до Земли

Отношение cила притяжения при миним.

расстоянии

объекта до Земли к cила притяжения при миним.

расстоянии

Луны до Земли

Солнце

2,7∙107

3,7∙102

4,1102

1,94∙103

1,59∙102

Меркурий

4,5

5,3∙102

2,3∙102

1,59∙105

0,86∙10-4

Венера

66

6,4∙102

1,06∙102

1,61∙104

0,583∙10-3

Луна

1

1

1

1

1

Марс

8,7

9,8∙102

1,5∙102

0,898∙10-5

3,734∙10-4

Юпитер

2,5∙104

2,3∙103

1,6∙103

4,55∙10-3

0,947∙10-2

Сатурн

7,7∙103

4,08∙103

3,3∙103

4,64∙10-4

0,687∙10-3

Уран

1,1∙103

7,7∙103

7,2∙103

1,97∙10-5

2,272∙10-5

Нептун

1,3∙103

1,1∙104

1,2∙104

1,22∙10-5

0,8548∙10-5

Плутон

0,1

1,8∙104

1,2∙104

5,2∙10-10

11,72∙10-10

Заключение.  

Найденные и проанализированные нами примеры позволяют выявить следующие закономерности, что силы притяжения между планетами зависит от их масс, расстояния между планетами, ещё раз доказывает справедливость закона всемирного тяготения.

Библиографический список используемых источников.

  1. Справочник по физике. Х.Кухлинг, М., «Мир»,1983г.,519 стр.

  2. Учебник «Физика 10», Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, М., «Просвещение», 2012 г., 365 стр.

  3. Интернет ресурсы

10

Приложение    

 

   

ИСААК НЬЮТОН

25 декабря 1642 года — 20 марта 1727 года по юлианскому календарю, действовавшему в Англии до 1752 года; или 4 января 1643 года — 31 марта 1727 года по григорианскому календарю) — английский физик, математик, механик и астроном, один из создателей классической физики. Автор фундаментального труда «Математические начала натуральной философии», в котором он изложил закон всемирного тяготения и три закона механики, ставшие основой классической механики. Разработал дифференциальное и интегральное исчисления, теорию цвета, заложил основы современной физической оптики, создал многие другие математические и физические теории.

11

Солнце и Земля

Меркурия Земля

12

Венера и Земля

Земля и Марс

13

Земля и Луна

14

Сатурн и Земля

15

16

F = F1 ∙ 1010 H, F1 – значение силы на диаграмме.

1 ряд сила притяжения при максимальном расстоянии до Земли

2 ряд сила притяжения при минимальном расстоянии до Земли

F = F1 ∙ 1015 H, F1 – значение силы на диаграмме.

17

F = F1 ∙ 1022 H, F1 – значение силы на диаграмме

F = F1 ∙ 1020 H, F1 – значение силы на диаграмме.

18

F = F1 ∙ 1017 H, F1 – значение силы на диаграмме.

F = F1 ∙ 1016 H, F1 – значение силы на диаграмме.

19

Сила притяжения Формула

Закон притяжения между телами с массой был описан сэром Исааком Ньютоном, который утверждает, что объекты притягиваются друг к другу просто потому, что они массивны. Причиной этого притяжения является гравитационная сила, поэтому Ньютон назвал этот закон универсальным законом всемирного тяготения. Взаимодействие между двумя телами массами m 1 и m 2 описывается в терминах силы притяжения, направление которой есть прямая линия, проходящая через центр двух тел и обратно пропорциональная квадрату расстояния, разделяющего два тела. два тела.2

Уравнение написано

F = G*m 1 *m 2 /d 2

У нас есть:
F = сила притяжения
G = 6,67*10 -11 Нм 2 /кг 2 = гравитационная постоянная
м 1 = масса 1
м 2 = масса 2
d = расстояние между телами

Сила притяжения Вопросы:

1) Груз массой 800 кг и груз массой 500 кг разделены расстоянием 3 м.Какова сила притяжения, испытываемая массой?

Ответ: Чтобы получить силу притяжения между этими массами, мы используем приведенное выше уравнение, где m 1 = 800 кг, m 2 = 500 кг, d = 3 м.

F = G*m 1 *m 2 /d 2

F = (6,67*10 -11 Н·м 2 /кг 2 )(800 кг)(500 кг)/(3 м) 2

F = (6,67*10 -11 Н·м 2 /кг 2 )(400000 кг 2 )/9 м 2

Ф = (6. 67*10 -11 Нм 2 /кг 2 )(44 444,4 кг 2 2 )

F = 2,964*10 -6 Н.

2) На каком расстоянии находятся два тела массами 60 кг и 70 кг, если величина силы, с которой они притягиваются, равна 9*10 -4 Н?

Ответ: Чтобы получить расстояние, разделяющее массы, мы должны убрать d из предыдущего уравнения.

F = G*m 1 *m 2 /d 2

d 2 = G*m 1 *m 2 /F

д =

где м 1 = 60 кг, м 2 = 70 кг, F = 9*10 -4 Н,

д =

д =

д =

д = 0.018 м.

Межмолекулярные силы

Межмолекулярные силы Межмолекулярные силы

Два фактора определяют, является ли вещество твердым, жидким или газ:

  • Кинетическая энергия частиц (атомов, молекул или ионов), которые составляют вещество. Кинетическая энергия заставляет частицы двигаться отдельно.
  • Межмолекулярные силы притяжения между частицами, стремящиеся притянуть частицы вместе.

Если средняя кинетическая энергия больше сил притяжения между частицы, вещество не будет конденсироваться с образованием жидкости или твердого тела. Если кинетическая энергия меньше сил притяжения, жидкость или твердое тело сформируется.

Средняя кинетическая энергия частиц в газе достаточно велика преодолеть силы притяжения между ними. Молекулы газа расходятся при столкновении.
Средняя кинетическая энергия частиц в жидкости (или твердом теле) настолько мала, что силы притяжения между ними достаточны держать частицы близко друг к другу. Молекулы жидкости (или твердые) не раздвигаются.

Виды сил притяжения

Существует несколько типов межмолекулярных сил притяжения:
  • Диполь-дипольные силы,
  • Лондонские дисперсионные силы,
  • Водородное соединение и
  • Индуцированные дипольные силы

Первые три силы также вместе называются Ван-дер-Ваальса. сил. Все молекулярные и межмолекулярные силы притяжения электростатический характер. То есть они связаны с притяжением между положительными и отрицательные виды. Сила этих сил притяжения различна. широко, хотя обычно межмолекулярные силы между малыми молекулами слабы по сравнению с внутримолекулярными силами, которые связывают атомы вместе внутри молекулы.

Все межмолекулярные силы, удерживающие жидкость вместе, называются силы сцепления .

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Силы притяжения и связи

Существует несколько типов сил притяжения, возникающих либо из-за различий в электроотрицательности, либо из-за дипольных моментов. А пока давайте различать межмолекулярных и внутримолекулярных сил. Между атомами, составляющими молекулу, существует внутримолекулярная сила. Межмолекулярная сила действует между целыми молекулами.

Неполярные ковалентные связи

Внутримолекулярные


Неполярная ковалентная связь возникает, когда электроны поровну распределены между атомами.Например, в ‘H_2’ 2 связывающих электрона равноудалены от каждого атома ‘H’. Как следует из названия, связь неполярная, поэтому дипольного момента не существует.

Этот тип связи существует, когда связывающие атомы одинаковы или имеют очень близкие электроотрицательности. Максимальная полярность неполярной ковалентной связи равна 0,5.

Полярно-ковалентный

Внутримолекулярный


Полярно-ковалентная связь — это связь, в которой электроны распределяются между атомами неравномерно.Это происходит для связей между атомами, которые имеют умеренную разницу в электроотрицательности. Диапазон полярности полярно-ковалентной связи 0,5 – 1,6

Например, связи Н-О в воде считаются неполярными ковалентными связями. Полярность связи H-O рассчитывается следующим образом:

`”Полярность”_(H-O): |EN_O – EN_H|= |3,44-2,20|=1,24`

Поскольку это значение полярности находится между 0,5 и 1,6, связь Н-О считается полярно-ковалентной связью.

Ионные связи

Внутримолекулярные


Ионная связь – это связь между атомами с очень большой разницей в электроотрицательности (более 1. 6). В ионных связях происходит перенос электронов.

Это видно на .gif выше. Сильно электроотрицательный атом «F» забирает электрон из валентной оболочки «Na». Это заканчивается тем, что удовлетворяются оба октета `F` и `Na`.

Ионные связи создают ионов , представляющих собой атомы, в которых число электронов отличается от числа протонов. В примере атом «F» имеет 8 электронов по сравнению с его обычными 7, а атом «Na» имеет 8 валентных электронов по сравнению с его обычным 1.+`.

Металлические связи

Межмолекулярные

Металлическая связь описывает межмолекулярную связь металлов. Это означает, что металлическая связь описывает, почему многие атомы металлов связаны друг с другом, а не почему один атом металла связывается с другим отдельным атомом. Напомним, что переходные металлы — это элементы d-блока периодической таблицы. Поскольку эти d-электроны не участвуют в валентности, они могут свободно перемещаться. В результате получается море электронов . Поскольку каждый атом металла должен был отдать электроны, чтобы внести свой вклад в это море, сами атомы имеют положительный заряд (см. ниже). Связывание металлов является результатом свободных d-электронов и положительных зарядов на металле.


Ван-дер-Ваальсовые взаимодействия

Межмолекулярные


Они также известны как Лондонские дисперсионные силы и Дипольно-индуцированные диполи и встречаются между всеми молекулами.-` внутри молекулы.

Мы можем видеть это на изображении выше. Обычно молекулы не притягиваются друг к другу, но как только электронное облако одной молекулы немного смещается от центра, эта молекула временно имеет большее количество электронов с одной стороны, чем с другой. Затем этот избыток электронов заставляет электронное облако соседней молекулы удаляться, создавая диполь в новой молекуле. Это продолжается и приводит к возникновению силы притяжения там, где обычно не было бы сил притяжения. -».Результатом этого является то, что молекулы с H, связанными с «N», «O» или «F», будут притягиваться друг к другу за счет кулоновского притяжения.

Н-связь представляет собой силу притяжения между целыми молекулами, а не сама связь Н-(N, O или F). Это может сбивать с толку, поскольку связь указана в названии. но «H»-связь — это не реальная связь, а сила притяжения. Если вы посмотрите на картинку сверху, атом «О» левой молекулы воды слегка притягивается к атому «Н» правой молекулы воды из-за индуцированных «дельта».Это называется межмолекулярной силой , так как она включает силу между целыми молекулами, в отличие от атомов внутри молекулы. Результатом этого является то, что молекулы, которые содержат связи «H»-(«N», «O» или «F»), будут более связаны друг с другом, чем обычно.

Относительная сила привлекательности

Силы

Общая тенденция силы различных типов облигаций выглядит следующим образом:


(Самая сильная) : Ионные связи > Полярные ковалентные связи > Неполярные ковалентные связи > Водородные связи > Ван-дер-ваальсовы взаимодействия: (Самая слабая)

Сводка

Тип облигации

Полярность

Неполярный ковалентный

0. 2-0,5

Полярно-ковалентный

0,5-1,6

Ионный

Более 1,6

1. Межмолекулярная сила действует между молекулами, тогда как внутримолекулярная сила действует внутри самой молекулы.

2. Неполярные ковалентные связи имеют одинаковые общие электроны и между атомами практически не различаются по электроотрицательности.

3.Полярные ковалентные связи имеют неравное совместное использование электронов и находятся между атомами с умеренной разницей в электроотрицательности.

4. Ионные связи связаны с переносом электронов и образованием ионов. Они существуют, когда существует большая разница в электроотрицательности.

5. Склеивание металлов в массе через. море электронов

6. Водородная связь описывает, почему молекулы со связями «H»-(«N», «O» или «F») притягиваются друг к другу.

7. Взаимодействия Ван-дер-Ваальса – это временные силы притяжения, возникающие в результате незначительного искажения электронных облаков.Это самые слабые из всех сил притяжения, но они описывают, почему молекулы, которые не должны притягиваться друг к другу, притягиваются.

8. Ионные связи являются самыми сильными связями.

9. Ковалентные, ионные и металлические связи являются связями, тогда как взаимодействия Ван-дер-Ваальса и водородные связи являются временными силами притяжения.


Размышления о силе притяжения

Размышления о привлекательном Силы

 

О, я запыхался эта любимая погоня!

Чем больше моя молитва, тем меньше моя милость.

Счастлива Гермия, где бы то ни было она врет;

Ибо она благословила и привлекательные глаза.

Шекспир

 

Существование элементарных силы притяжения всегда представляли загадку для тех, кто стремился понимать физические процессы в терминах классической механики.Например, Декарт утверждал, что каждое физическое взаимодействие должно быть сведено к импульсов между материальными объектами, но на этом основании трудно представить себе, как может существовать какая-либо сила притяжения или сцепления. Действительно, это было одним из первых критических замечаний в отношении теории Ньютона. гравитация, которая, казалось, постулировала элементарную врожденную силу притяжения (хотя сам Ньютон отказался поддерживать какой-либо конкретный механизм). В протеже Ньютона 1690-х Николас Фатио пытался примирить Ньютонов теорию с картезианскими принципами, предложив теневую теорию, согласно все объекты подвержены импульсам универсального потока во всех направлениях, и они взаимно экранируют друг друга, в результате чего образуется сеть притяжение (или, точнее, дефицит отталкивания) каждого тела по отношению к любое другое тело. Многие известные физики, в том числе (предположительно) Ньютон сам сказал, что если гравитация имеет классическую механистическую причину, то это должна быть теневая теория почти по определению. Тем не менее очень немногие физики когда-либо находили теорию Фатиоса правдоподобной или привлекательной, частично из-за губительных термодинамических особенностей, но и потому, что неявно опирается на существование связных тел, поэтому на самом деле не устраняет потребность в элементарных силах притяжения (если только мы не постулируем бесконечную регресс метапотоков по всем шкалам).

 

В некотором смысле существование силы притяжения электромагнетизма легче рационализировать с помощью механистическая интуиция, потому что у нас есть как положительные, так и отрицательные заряды. Максвелл (например) рассматривал пустое пространство как диэлектрическую среду, способную поглощения и высвобождения энергии. Притяжение между противоположно заряженными частицы можно рассматривать как возникающие из-за энергии, которая должна быть вложена в их окружающие поля, чтобы разделить частицы противоположных зарядов.Однако, как заметил Максвелл, такое объяснение нельзя применить к гравитация, при которой одноименные частицы притягиваются друг к другу. (См. примечание к статье «Почему Максвелл не мог объяснить гравитацию».)

 

Современная теория квантовая электродинамика включает квантование уравнений Максвелла. Соответственно силы между материальными объектами возникают в результате обмена импульсом кванты. Кулоновская сила между электрически заряженными частицами называется быть опосредованы фотонами.Интуитивно понятно, как излучение фотона от одной частицы, и поглощение этого фотона другой частицей может привести к силе отталкивания между двумя частицами, потому что мы можем легко представьте, что излучающая частица отскакивает от приемника, когда испускает фотон, а принимающая частица отталкивается от излучателя когда он поглощает импульс этого фотона. С другой стороны, меньше очевидно, как обмен фотонами может привести к силе притяжения между двумя частицами, как между электроном и протоном.То литература содержит множество попыток передать интуитивное ощущение того, как это работает с разных точек зрения. Несмотря на кажущееся разнообразие, они все полагаются (явно или неявно) на какой-либо аспект обращения времени для элементарных взаимодействий. Это неизбежно (за исключением теории теней), если мы должны каким-либо осмысленным образом объяснить, как импульс в одном направлении может быть переданы в обратном направлении. Представления об отрицательной энергии и отрицательная частота – это просто замаскированные способы обозначения характеристики процессы с отрицательным чувством времени.

 

Чтобы изучить это простым контексте интересно рассмотреть примитивную игрушечную модель взаимодействия. Предположим, что электромагнитная сила создается дискретным сущностями, несущими импульс (которые мы будем называть фотонами), которыми обмениваются частицы вдоль нулевых пространственно-временных интервалов. Другими словами, если x e , y e , z e , t e — (инерциальные) координаты испускание фотона одной частицей, и если x a , y a , z a , t a — координаты соответствующих событий поглощения на другой частице, затем

 

 

Это на самом деле представляет два физически различных вида интервалов, потому что мы можем поменять местами t e и т и .Таким образом, если мы представим нулевые интервалы в направленном смысл перехода из одного заданного пространственного положения в другое, есть два различные типы, а именно, опережающие нулевые интервалы и запаздывающие нулевые интервалы интервалы.

 

В макроскопическом выражении мы обычно думают о сущностях, движущихся в направлении увеличения времени, но на уровень фундаментальных квантовых взаимодействий, особенно вдоль нулевых интервалов, нет никаких оснований для этой асимметрии. Индивидуальный квант импульс (а именно, фотон) может точно так же распространяться вдоль продвинутого нулевого интервал, как это может вдоль запаздывающего нулевого интервала. Эти два типа передачи показаны на пространственно-временной диаграмме ниже.

 

Мы знаем эффект фотон, переданный в положительном направлении t (на будущем нулевом конусе излучатель) состоит в том, чтобы оттолкнуть две частицы друг от друга, но что эффект фотона, прошедшего в отрицательном направлении t? Отвечать ответ на этот вопрос, предположим, что обе частицы передают фотон другой, в два одинаковых события на их мировых линиях, одно из которых распространяется в положительную сторону. направлении, а другой в отрицательном направлении t, как показано ниже.

 

 

Чистый эффект от этого равен нулю, т. е. нет чистой передачи импульса, поэтому нет чистой сила. Наложение этих двух передач действительно невзаимодействие. Поскольку поступательная передача представляет собой сила отталкивания, и она компенсируется обратным переносом, она должно быть так, что последний представляет собой притягательную силу.Этот то же самое, что сказать, что импульс фотона, распространяющегося в отрицательное направление t отрицательно, что согласуется с тем, что мы хотели бы рассчитать импульс массивной частицы, движущейся назад во времени, на основе по определению p = d(mv)/dt. Это можно понять и интуитивно рассматривая обращенную во времени версию выброса объекта, которая не получить брошенный предмет, а захватить (втянуть) предмет, тем самым что приводит к противоположной передаче импульса.

 

Интересно рассмотреть, как склонности отдельных заряженных частиц могут быть характеризуется тем, что создает силу отталкивания между одноименными зарядами и сила притяжения (равная по величине) между разноименными зарядами. То мировая линия каждой массивной частицы пересекается со световым конусом каждой событие на мировой линии любой другой массивной частицы ровно в двух точках, как показано ниже.

 

 

Мы говорим, что есть склонность фотона к переносу в положительном направлении t вдоль любой заданный нулевой интервал между мировыми линиями двух частиц, если заряды на обоих концах интервала имеют одинаковый знак, тогда как склонность фотона переноситься в отрицательном направлении t вдоль любой заданный нулевой интервал между мировыми линиями двух частиц, если заряды на обоих концах интервала имеют противоположные знаки.Это дает три типа взаимодействий, показанные ниже.

 

 

В более общем плане мы могли бы охарактеризовать каждую частицу набором из четырех чисел, представляющих склонность этой частицы излучать и поглощать опережающие и запаздывающие фотоны (или любой другой объект, опосредующий силу). Пусть ε + и ε обозначают склонность испускать фотоны в положительное и отрицательное направления t соответственно, и пусть ρ + и ρ обозначают склонность поглощать фотоны из положительное и отрицательное направления t соответственно.Произведение соответствующих склонность к излучению и поглощению дает совместную склонность к соответствующий трансфер. (Если совместная предрасположенность отрицательна, направление передачи меняется на противоположное.) С точки зрения этих параметров сила F 12 между двумя частицами P 1 и P 2 пропорциональна

 

 

При отрицательном заряде частицы характеризуются

 

 

и положительно заряженный частицы характеризуются противоположными значениями, т. е.д.,

 

 

то у нас есть результат

 

 

С другой стороны, если мы хотел построить единый класс частиц, каждая из которых притягивается другим членам того же класса мы могли бы присвоить склонности

 

 

дает чистую силу пропорциональна -1 между двумя такими частицами.Интересно, что такие частицы был бы нейтрален по отношению к обоим предыдущим видам частиц. Если мы представляем каждый возможный тип частицы четырехбитным двоичным числом, с 0 и 1 представляют -1/2 и +1/2 соответственно, тогда 16 возможных типов делятся на две группы: те, которые взаимодействуют сами с собой, и те, которые не взаимодействуют. Чистое взаимодействие (умноженное на 4) для каждой пары частиц показано на таблицы ниже.

 

 

Конечно, мы можем представляют передачу импульса притяжения таким образом, реально ли рассмотреть фотоны, распространяющиеся в отрицательном направлении? это хорошо известно что уравнения Максвелла симметричны во времени и позволяют запаздывающие волны.На эту тему ведутся давние споры того, имеют ли передовые решения какой-либо физический смысл, и действительно реализуются ли они вообще физически. А если нет, то зачем нет? Стандартный ответ таков: хотя уравнения Максвелла допускать опережающие волны, такие волны возникали бы только из-за набора согласованные граничные условия, которые крайне маловероятны самопроизвольно происходить. С другой стороны, теория поглотителя Уилера и Фейнмана показал, как (по крайней мере, в контексте классической электродинамики с непрозрачное будущее) можно совмещать как передовые, так и отсталые решения в единую модель, которая согласуется с наблюдениями.

 

Конечно, когда мы говорим об обмене квантами импульса мы уже не работаем в контексте уравнений Максвелла, которые являются строго классическими и рассматривают распространение электромагнитного импульса в виде волн в непрерывном поле. Вполне вероятно, что граничные условия, необходимые для поддержки макроскопическая когерентная волна, сходящаяся внутрь из будущего, имеет пренебрежимо малую вероятность, но это вовсе не исключает передачу единичного квант вдоль расширенного нулевого интервала.Граничные условия необходимые для поддержки этого переноса, не более сложны, чем граничные условия для поддержки передачи по запаздывающему нулевому интервалу. В уровне отдельных квантовых взаимодействий, нет оснований ожидать каких-либо вообще асимметрия между этими двумя направлениями.

 

Более серьезное возражение может быть выдвинуто против буквального толкования частиц, опосредующих силу с определенными траекториями в пространстве-времени, потому что фотоны на самом деле не локализованные частицы с постоянными тождествами.Это более точно рассматривать их как члены разложения ряда, а поскольку данный ряд может быть развернутые по-разному, отдельные термины не имеют абсолютного значимость.

 

Другое возможное возражение заключается в том, что мы предположили, что все взаимодействия происходят в нулевом пространстве-времени интервалы, в то время как более принято представлять силы в терминах виртуальные частицы, у которых события испускания и поглощения подобны пространству разделены. С такими интервалами нет абсолютного смысла вперед и назад во времени. Тем не менее, можно показать, что никакая энергия или информация (вне границ, установленных принципом неопределенности) распространяется на сверхсветовых скоростях. Это говорит о том, что также должно быть возможно для представления взаимодействий с точки зрения эффектов, которые распространяются строго через нулевые интервалы. Это относится даже к волнам материи, которые, по Дираку объяснены, распространяются и по нулевым интервалам, если они рассматривать в достаточно малых масштабах.Поэтому даже ближний ядерная сила, опосредованная массивными частицами, также может быть размещена внутри этот каркас.

 

Возврат в главное меню MathPages

Межмолекулярные силы — Химия LibreTexts

Молекула — это наименьшая наблюдаемая группа однозначно связанных атомов, которые представляют собой состав, конфигурацию и характеристики чистого соединения. До сих пор наша главная цель заключалась в том, чтобы открыть и описать способы, которыми атомы соединяются друг с другом, образуя молекулы. Поскольку все наблюдаемые образцы соединений и смесей содержат очень большое количество молекул (~10 20 ), мы должны также заниматься взаимодействием между молекулами, а также их отдельными структурами. Действительно, многие физические характеристики соединений, которые используются для их идентификации (например, точки кипения, температуры плавления и растворимости), обусловлены межмолекулярными взаимодействиями.

Все атомы и молекулы имеют слабое притяжение друг к другу, известное как Ван-дер-Ваальсово притяжение. Эта сила притяжения берет свое начало в электростатическом притяжении электронов одной молекулы или атома к ядрам другой. Если бы не было сил Ван-дер-Ваальса, вся материя существовала бы в газообразном состоянии, и жизнь, какой мы ее знаем, была бы невозможна. Следует отметить, что существуют и меньшие силы отталкивания между молекулами, которые быстро возрастают на очень малых межмолекулярных расстояниях.

Точки кипения

Для общих целей полезно рассматривать температуру как меру кинетической энергии всех атомов и молекул в данной системе. С повышением температуры соответственно возрастает сила поступательных и вращательных движений всех молекул, а также колебаний атомов и групп атомов внутри молекул. Опыт показывает, что многие соединения обычно существуют в виде жидкостей и твердых веществ; и что даже газы с низкой плотностью, такие как водород и гелий, могут быть сжижены при достаточно низкой температуре и высоком давлении.Из этого факта можно сделать ясный вывод, что силы межмолекулярного притяжения значительно различаются и что точка кипения соединения является мерой силы этих сил. Таким образом, чтобы разрушить межмолекулярные притяжения, удерживающие молекулы соединения в конденсированном жидком состоянии, необходимо увеличить их кинетическую энергию за счет повышения температуры образца до характерной температуры кипения соединения.

В следующей таблице показаны некоторые факторы, влияющие на силу межмолекулярного притяжения. За формулой каждой записи следует ее формульный вес в скобках и температура кипения в градусах Цельсия. Во-первых, это молекулярный размер. Большие молекулы имеют больше электронов и ядер, которые создают силы притяжения Ван-дер-Ваальса, поэтому их соединения обычно имеют более высокие точки кипения, чем подобных соединений, состоящих из более мелких молекул. Очень важно применять это правило только к однородным соединениям. Примеры, приведенные в первых двух строках, схожи тем, что молекулы или атомы имеют сферическую форму и не имеют постоянных диполей.Молекулярная форма также важна, как показывает вторая группа соединений. Верхний ряд состоит из молекул примерно сферической формы, тогда как изомеры в нижнем ряду имеют молекулы цилиндрической или линейной формы. Силы притяжения между последней группой обычно больше. Наконец, постоянные молекулярные диполи, образованные полярными ковалентными связями, приводят к еще большим силам притяжения между молекулами, при условии, что они обладают подвижностью для выстраивания в соответствующие ориентации. Последние записи в таблице сравнивают неполярные углеводороды с соединениями одинакового размера, имеющими полярные связи с кислородом и азотом.Галогены также образуют полярные связи с углеродом, но они также увеличивают молекулярную массу, что затрудняет различение этих факторов.

Таблица 1 : Температуры кипения (ºC) отдельных элементов и соединений

Увеличение размера

Атомный Ар (40)-186 Кр (83)-153 Хе (131)-109
Молекулярный СН 4 (16) -161 (СН 3 ) 4 С (72) 9.5 (CH 3 ) 4 Si (88) 27 ККл 4 (154) 77

Молекулярная форма

Сферический: (СН 3 ) 4 С (72) 9,5 (CH 3 ) 2 CCl 2 (113) 69 (CH 3 ) 3 CC(CH 3 ) 3 (114) 106
Линейный: CH 3 (CH 2 ) 3 CH 3 (72) 36 Cl(CH 2 ) 3 Cl (113) 121 CH 3 (CH 2 ) 6 CH 3 (114) 126

Молекулярная полярность

Неполярный: H 2 C=CH 2 (28) -104 Ф 2 (38) -188 CH 3 C≡CCH 3 (54) -32 ЦФ 4 (88) -130
Полярный: Н 2 С=О (30) -21 CH 3 CH=O (44) 20 (CH 3 ) 3 N (59) 3. 5 (СН 3 ) 2 С=О (58) 56
HC≡N (27) 26 CH 3 C≡N (41) 82 (СН 2 ) 3 О (58) 50 CH 3 NO 2 (61) 101

Температуры плавления кристаллических твердых тел не могут быть классифицированы так же просто, как температуры кипения. Расстояние между молекулами в кристаллической решетке небольшое и регулярное, а межмолекулярные силы ограничивают движение молекул сильнее, чем в жидком состоянии.Молекулярный размер важен, но форма также имеет решающее значение, поскольку отдельные молекулы должны совместно подходить друг к другу, чтобы силы притяжения в решетке были большими. Молекулы сферической формы обычно имеют относительно высокие температуры плавления, которые в некоторых случаях приближаются к температуре кипения. Это отражает тот факт, что сферы могут собираться вместе более плотно, чем другие формы. Эта чувствительность к структуре или форме является одной из причин того, что точки плавления широко используются для идентификации конкретных соединений. Данные в следующей таблице служат для иллюстрации этих моментов.

Таблица 2: Свойства алканов
Соединение Формула Точка кипения Точка плавления
пентан CH 3 (CH 2 ) 3 CH 3 36ºC –130°С
гексан CH 3 (CH 2 ) 4 CH 3 69°С –95°С
гептан CH 3 (CH 2 ) 5 CH 3 98°С –91°С
октан CH 3 (CH 2 ) 6 CH 3 126ºC –57°С
нонан CH 3 (CH 2 ) 7 CH 3 151°С –54°С
декан CH 3 (CH 2 ) 8 CH 3 174°С –30°С
тетраметилбутан (CH 3 ) 3 C-C(CH 3 ) 3 106°С +100°С

Обратите внимание, что температуры кипения неразветвленных алканов (от пентана до декана) довольно плавно увеличиваются с увеличением молекулярной массы, но температуры плавления четных углеродных цепей увеличиваются больше, чем температуры плавления нечетных углеродных цепей. Цепи с четными звеньями упаковываются однородно более компактно, чем цепи с нечетными звеньями. Последнее соединение, изомер октана, имеет почти сферическую форму и исключительно высокую температуру плавления (всего на 6º ниже точки кипения).

Водородное соединение

Наиболее мощной межмолекулярной силой, влияющей на нейтральные (незаряженные) молекулы, является водородная связь . Если мы сравним точки кипения метана (CH 4 ) -161ºC, аммиака (NH 3 ) -33ºC, воды (H 2 O) 100ºC и фтористого водорода (HF) 19ºC, мы увидим больший разброс для эти молекулы аналогичного размера, чем ожидалось из данных, представленных выше для полярных соединений.Это показано графически на следующей диаграмме. Большинство простых гидридов элементов групп IV, V, VI и VII демонстрируют ожидаемое повышение температуры кипения с увеличением молекулярной массы, но гидриды наиболее электроотрицательных элементов (азота, кислорода и фтора) имеют аномально высокие температуры кипения для своей массы.

Исключительно сильное диполь-дипольное притяжение, вызывающее такое поведение, называется водородной связью . Водород образует полярные ковалентные связи с более электроотрицательными атомами, такими как кислород, и, поскольку атом водорода довольно мал, положительный конец диполя связи (водород) может приближаться к соседним нуклеофильным или основным центрам ближе, чем другие полярные связи.Кулоновские силы обратно пропорциональны шестой степени расстояния между диполями, что делает эти взаимодействия относительно сильными, хотя они все еще слабые ( ок. от 4 до 5 ккал на моль) по сравнению с большинством ковалентных связей. Уникальные свойства воды во многом обусловлены прочными водородными связями, возникающими между ее молекулами. На следующей диаграмме водородные связи изображены пурпурными пунктирными линиями.

Молекула, обеспечивающая полярный водород для водородной связи, называется донором . Молекула, которая обеспечивает богатый электронами участок, к которому притягивается водород, называется акцептором . Вода и спирты могут служить как донорами, так и акцепторами, тогда как простые эфиры, альдегиды, кетоны и сложные эфиры могут действовать только как акцепторы. Точно так же первичные и вторичные амины являются как донорами, так и акцепторами, а третичные амины функционируют только как акцепторы. Как только вы научитесь распознавать соединения, которые могут образовывать межмолекулярные водородные связи, станет понятным их относительно высокая температура кипения.Данные в следующей таблице иллюстрируют этот момент.

Таблица : Точки кипения в зависимости от межмолекулярных сил
Соединение Формула Мол. Вес. Точка кипения Точка плавления
диметиловый эфир СН 3 ОСН 3 46 –24°С –138°С
этанол CH 3 CH 2 ОН 46 78ºC –130°С
пропанол СН 3 (СН 2 ) 2 ОН 60 98°С –127°С
диэтиловый эфир (CH 3 CH 2 ) 2 O 74 34ºC –116°С
пропиламин CH 3 (CH 2 ) 2 NH 2 59 48ºC –83°С
метиламиноэтан CH 3 CH 2 NHCH 3 59 37ºC
триметиламин (CH 3 ) 3 N 59 3ºC –117°С
этиленгликоль НОСН 2 СН 2 ОН 62 197°С –13°С
уксусная кислота CH 3 CO 2 H 60 118°С 17ºC
этилендиамин H 2 NCH 2 CH 2 NH 2 60 118°С 8. 5ºC

Спирты кипят значительно выше, чем простые эфиры сравнимого размера (первые две записи), а изомерные 1º, 2º и 3º-амины, соответственно, демонстрируют пониженные точки кипения, при этом два изомера с водородными связями имеют значительно более высокую температуру кипения, чем 3º-амин (записи 5). до 7). Кроме того, водородные связи O-H—O явно прочнее, чем водородные связи N-H—N, как мы видим, сравнивая пропанол с аминами. Как и ожидалось, наличие двух функций водородной связи в соединении еще больше повышает температуру кипения.

Уксусная кислота (девятая запись) — интересный случай. Показанные выше димеры, удерживаемые вместе двумя водородными связями, являются основным компонентом жидкого состояния. Если это точное представление состава этого соединения, то можно ожидать, что его точка кипения будет эквивалентна температуре кипения соединения C 4 H 8 O 4 (масса формулы = 120). Подходящим приближением такого соединения является тетраметоксиметан (CH 3 O) 4 C, который на самом деле немного больше (масса в формуле = 136) и имеет температуру кипения 114ºC. Таким образом, димерная структура с водородными связями, по-видимому, является хорошим представлением уксусной кислоты в конденсированном состоянии.

В этом месте стоит отметить родственный принцип. Хотя водородная связь относительно слабая ( ок. от 4 до 5 ккал на моль), когда существует несколько таких связей, результирующая структура может быть довольно прочной. Водородные связи между волокнами целлюлозы придают большую прочность древесине и связанным с ней материалам.

Свойства кристаллических твердых тел

Точки плавления

Большинство органических соединений имеют температуру плавления ниже 200 ºC.Некоторые разлагаются перед плавлением, некоторые возгоняются, но большинство подвергается многократному плавлению и кристаллизации без изменения молекулярной структуры. При нагревании чистого кристаллического соединения или охлаждении жидкости изменение температуры образца во времени примерно однородно. Однако, если твердое тело плавится или жидкость замерзает, возникает разрыв, и температура образца остается постоянной до тех пор, пока не завершится фазовый переход. Это поведение показано на диаграмме справа, где зеленый сегмент представляет твердую фазу, светло-синий – жидкость, а красный – температурно-инвариантное равновесие жидкость/твердое тело.Для данного соединения эта температура представляет его точку плавления (или точку замерзания) и является воспроизводимой константой до тех пор, пока внешнее давление не меняется. Длина горизонтальной части зависит от размера образца, так как количество тепла, пропорциональное теплоте плавления, должно быть добавлено (или удалено) до завершения фазового перехода

Теперь хорошо известно, что точка замерзания растворителя понижается растворенным веществом, т.е. рассола по сравнению с водой.Если два кристаллических соединения (А и В) тщательно смешать, температура плавления этой смеси обычно снижается и расширяется по сравнению с характерной резкой точкой плавления каждого чистого компонента. Это дает полезные средства для установления идентичности или неидентичности двух или более соединений, поскольку температуры плавления многих твердых органических соединений задокументированы и обычно используются в качестве критерия чистоты.

На приведенной ниже фазовой диаграмме показано изменение температуры плавления смесей в диапазоне от чистого A слева до чистого B справа.Небольшое количество соединения B в образце соединения A снижает (и расширяет) его температуру плавления; и то же верно для образца В, содержащего небольшое количество А. Самая низкая температура плавления смеси, е, называется эвтектической точкой . Например, если А представляет собой коричную кислоту, т.пл. 137 ºC, B – бензойная кислота, т.пл. 122 ºC, точка эвтектики 82 ºC.

Ниже температуры изотермической линии ced смесь полностью твердая, состоящая из конгломерата твердого вещества А и твердого вещества В.Выше этой температуры смесь представляет собой либо жидкость, либо жидкую твердую смесь, состав которой меняется. В некоторых редких случаях из неполярных соединений сходного размера и кристаллической структуры образуется не конгломерат, а настоящий твердый раствор одного в другом. Плавление или замерзание происходит в широком диапазоне температур, и истинной точки эвтектики не существует.

Интересная, но менее распространенная смешанная система включает молекулярные компоненты, образующие прочный комплекс или молекулярное соединение , способное существовать в виде дискретных частиц в равновесии с жидкостью того же состава.Такой вид обычно имеет резко конгруэнтную температуру плавления и дает фазовую диаграмму, имеющую вид двух соседних эвтектических диаграмм. Пример такой системы показан справа, молекулярное соединение представлено как A:B или C . Одна такая смесь состоит из α-нафтола, т.пл. 94 ºC, и п-толуидин, т.пл. 43 ºС. Комплекс A:B имеет температуру плавления 54 ºC, а на фазовой диаграмме показаны две точки эвтектики, первая при 50 ºC, вторая при 30 ºC.Как показано, молекулярные комплексы такого типа обычно имеют стехиометрию 50:50, но известны и другие интегральные соотношения.

В дополнение к потенциальным осложнениям, отмеченным выше, на простой процесс определения точки плавления также могут влиять изменения в кристаллической структуре до или после первоначального плавления. Существование более чем одной кристаллической формы для данного соединения называется полиморфизмом.

Полиморфизм

Полиморфы соединения представляют собой различные кристаллические формы, в которых расположение молекул в решетке неодинаково.Эти различные твердые вещества обычно имеют разные температуры плавления, растворимости, плотности и оптические свойства. Многие полиморфные соединения имеют гибкие молекулы, которые могут принимать различные конформации, и рентгенологическое исследование этих твердых тел показывает, что их кристаллические решетки налагают определенные конформационные ограничения. В расплавленном состоянии или в растворе различные полиморфные кристаллы такого типа образуют одну и ту же быстро уравновешивающуюся смесь молекулярных частиц. Полиморфизм похож на гидратированные или сольватированные кристаллические формы, но отличается от них.Было подсчитано, что более 50% известных органических соединений способны к полиморфизму.

Тетраацетат рибофуранозы, показанный в верхнем левом углу ниже, был источником ранней загадки, связанной с полиморфизмом. Соединение было впервые получено в Англии в 1946 году и имело температуру плавления 58 ºC. Несколько лет спустя тот же материал, имеющий ту же температуру плавления, был получен независимо друг от друга в Германии и США. Затем американские химики обнаружили, что температура плавления их первых препаратов повысилась до 85 ºC.В конце концов, стало очевидно, что любая лаборатория, в которой была введена форма с более высокой температурой плавления, больше не могла производить форму с более низкой температурой плавления. Микроскопические зародыши стабильного полиморфа в окружающей среде неизбежно направляют кристаллизацию в эту сторону. Данные рентгеновской дифракции показали, что низкоплавкий полиморф является моноклинным, пространственная группа P2. Форма с более высокой температурой плавления была орторомбической, пространственная группа P2 1 2 1 2 1 .

Полиморфизм оказался решающим фактором в производстве фармацевтических препаратов, твердых пигментов и полимеров.Некоторые примеры описаны ниже.

Пример 1: Ацетаминофен

Ацетаминофен — распространенный анальгетик (например, тайленол).

Обычно получается в виде моноклинных призм (справа)) при кристаллизации из воды. Слева показан менее стабильный орторомбический полиморф, обладающий лучшими физическими свойствами для прессования в таблетки.

Два полиморфа ацетаминофена.

Пример 2: хинакридон

Хинакридон — важный пигмент, используемый в красках и чернилах.Он имеет жесткую плоскую молекулярную структуру, а в разбавленном растворе имеет светло-желтый цвет. Были идентифицированы три полиморфа. Межмолекулярные водородные связи являются важной особенностью всего этого. Цвета кристаллов варьируются от ярко-красного до фиолетового.

Пример 3: Ранитидин

Противоязвенный препарат ранитидин (Зантак) был впервые запатентован компанией Glaxo-Wellcome в 1978 году. Семь лет спустя той же компанией был запатентован второй полиморф ранитидина. Это продлило срок действия лицензии до 2002 г., а усилия по маркетингу генерической формы были сорваны, поскольку было невозможно приготовить первый полиморф, не загрязненный вторым.

Пример 4: EL1

Относительно простой арилтиофен, получивший обозначение EL1, был получен и изучен химиками компании Eli Lilly. Он показал шесть полиморфных кристаллических форм.

Полиморфы EL1
Полиморф Цвет/Форма Космическая группа Температура плавления
я желтые призмы моноклинный
P2 1 /n[14]
110 °С
II красноватые пластины моноклинный
P2 1 /n[14]
113 °С
III оранжевые иглы моноклинический
P2 1 /c[14]
115 °С
IV желтые иглы триклинный
P1[2]
переставляет
в VI
В оранжевые тарелки орторомбическая
Pbca[61]
переставляет
в I
VI красные призмы триклинный
P1[2]
106 °С

Типичным примером изменения полиморфизма является шоколад, подвергшийся нагреванию и/или длительному хранению. Со временем или когда он сбрасывается после размягчения, на нем могут появиться белые пятна, он больше не тает во рту и не имеет такого хорошего вкуса, как должен. Это связано с тем, что шоколад имеет более шести полиморфов, и только один из них идеален в качестве кондитерского изделия. Он создается в тщательно контролируемых заводских условиях. Неправильные условия хранения или транспортировки приводят к превращению шоколада в другие полиморфы.

Шоколад по сути представляет собой массу какао и частицы сахара, взвешенные в матрице какао-масла.Какао-масло представляет собой смесь триглицеридов, в которой преобладают стеароильные, олеоильные и пальмитоильные группы. Именно полиморфы этой матрицы влияют на качество шоколада. Полиморфы с низкой температурой плавления кажутся слишком липкими или густыми во рту. Форма V, полиморф какао-масла с лучшим вкусом, имеет температуру плавления от 34 до 36 ºC, что немного ниже, чем у внутренней части человеческого тела, что является одной из причин, по которой оно тает во рту. К сожалению, форма VI с более высокой температурой плавления более стабильна и образуется с течением времени.

Таблица 3: Полиморфы шоколада
Полиморф Точка плавления Комментарии
я 17,4 °С Производится путем быстрого охлаждения расплава.
II 23,4 °С Производится охлаждением расплава со скоростью 2 ºC/мин.
III 26 ºC Получают превращением формы II при 5-10 ºC.
IV 27 ºC Получают превращением формы III при хранении при 16-21 ºС.
В 34 °С Производится путем закалки (охлаждение с последующим легким нагревом при перемешивании).
VI 36-37 ºС Произведено из V после 4 месяцев хранения при комнатной температуре.

Растворимость в воде

Воду называют «универсальным растворителем», и ее широкое распространение на этой планете и важная роль в жизни делают ее эталоном для дискуссий о растворимости.Вода растворяет многие ионные соли благодаря своей высокой диэлектрической проницаемости и способности сольватировать ионы. Первый уменьшает притяжение между противоположно заряженными ионами, а второй стабилизирует ионы, связываясь с ними и делокализуя плотность заряда. Многие органические соединения, особенно алканы и другие углеводороды, практически нерастворимы в воде. Органические соединения, растворимые в воде, такие как большинство перечисленных в таблице выше, обычно имеют акцепторные и донорные группы водородной связи. Наименее растворимым из перечисленных соединений является диэтиловый эфир, который может служить только акцептором водородной связи и на 75% состоит из углеводородов.Тем не менее, диэтиловый эфир примерно в двести раз более растворим в воде, чем пентан.

Главной характеристикой воды, влияющей на эту растворимость, является обширная ассоциация ее молекул друг с другом посредством водородных связей. Эта сеть с водородными связями стабилизируется суммой всех энергий водородных связей, и если бы неполярные молекулы, такие как гексан, были вставлены в сеть, они разрушили бы локальную структуру, не внося никаких собственных водородных связей.Конечно, молекулы гексана испытывают значительное ван-дер-ваальсово притяжение к соседним молекулам, но эти силы притяжения гораздо слабее, чем водородная связь. Следовательно, когда гексан или другие неполярные соединения смешиваются с водой, сильные ассоциативные силы водной сети исключают неполярные молекулы, которые должны существовать в отдельной фазе. Это показано на следующем рисунке, и, поскольку гексан менее плотный, чем вода, гексановая фаза плавает на водной фазе.

Важно помнить об этой тенденции воды исключать неполярные молекулы и группы, поскольку она является фактором структуры и поведения многих сложных молекулярных систем. Обычная номенклатура, используемая для описания молекул и областей внутри молекул, представляет собой гидрофильных для полярных групп с водородными связями и гидрофобных для неполярных частиц.

Межмолекулярные силы и физические свойства

Силы притяжения, существующие между молекулами, ответственны за многие объемные физические свойства, проявляемые веществами.Одни соединения представляют собой газы, другие – жидкости, третьи – твердые вещества. Температуры плавления и кипения чистых веществ отражают эти межмолекулярные силы и обычно используются для идентификации. Из этих двух точка кипения считается наиболее репрезентативной мерой общего межмолекулярного притяжения. Таким образом, точка плавления отражает тепловую энергию, необходимую для преобразования высокоупорядоченного набора молекул в кристаллической решетке в хаотичность жидкости. Расстояние между молекулами в кристаллической решетке небольшое и регулярное, а межмолекулярные силы ограничивают движение молекул сильнее, чем в жидком состоянии. Молекулярный размер важен, но форма также имеет решающее значение, поскольку отдельные молекулы должны совместно подходить друг к другу, чтобы силы притяжения в решетке были большими. Молекулы сферической формы обычно имеют относительно высокие температуры плавления, которые в некоторых случаях приближаются к температуре кипения, что отражает тот факт, что сферы могут упаковываться друг в друга более плотно, чем другие формы. Эта чувствительность к структуре или форме является одной из причин того, что точки плавления широко используются для идентификации конкретных соединений.

Температуры кипения, с другой стороны, по существу отражают кинетическую энергию, необходимую для высвобождения молекулы из-под кооперативного притяжения жидкого состояния, чтобы она стала свободной и относительно независимой частицей в газообразном состоянии.Все атомы и молекулы имеют слабое притяжение друг к другу, известное как притяжение Ван-дер-Ваальса. Эта сила притяжения берет свое начало в электростатическом притяжении электронов одной молекулы или атома к ядрам другой и получила название лондонской дисперсионной силы.

Следующая анимация иллюстрирует, как близкое сближение двух атомов неона может нарушить распределение их электронов таким образом, что это вызовет дипольное притяжение. Индуцированные диполи являются временными, но их достаточно для сжижения неона при низкой температуре и высоком давлении.

В общем, более крупные молекулы имеют более высокие температуры кипения, чем более мелкие молекулы того же типа, что указывает на то, что дисперсионные силы увеличиваются с увеличением массы, числа электронов, числа атомов или некоторой их комбинации. В следующей таблице перечислены температуры кипения ряда элементов и ковалентных соединений, состоящих из молекул, лишенных постоянного диполя. Количество электронов в каждом виде указано в первом столбце, а масса каждого дана в виде надстрочного числа перед формулой.

# Электроны Молекулы и температуры кипения ºC
10 20 Ne –246 ; 16 CH 4 –162
18 40 Ar –186 ; 32 SiH 4 –112 ; 30 С 2 Н 6 –89 ; 38 F 2 –187
34-44 84 Кр –152 ; 58 С 4 Н 10 –0. 5; 72 (СН 3 ) 4 С 10 ; 71 Класс 2 –35 ; 88 CF 4 –130
66-76 114 [(СН 3 ) 3 С] 2 106 ; 126 (CH 2 ) 9 174; 160 Бр 2 59 ; 154 CCl 4 77 ; 138 С 2 F 6 –78

Две десятиэлектронные молекулы показаны в первом ряду.Неон тяжелее метана, но кипит на 84º ниже. Метан состоит из пяти атомов, и дополнительные ядра могут предоставить больше возможностей для индуцированного образования диполей по мере приближения других молекул. Легкость, с которой электроны молекулы, атома или иона вытесняются соседним зарядом, называется поляризуемостью , поэтому мы можем заключить, что метан поляризуется лучше, чем неон. Во второй строке перечислены четыре восемнадцатиэлектронные молекулы. Большинство их температур кипения выше, чем у десятиэлектронных соединений неона и метана, но фтор является исключением, его температура кипения на 25° ниже, чем у метана.Остальные примеры в таблице соответствуют корреляции температуры кипения с общим количеством электронов и числом ядер, но фторсодержащие молекулы остаются исключением.

Аномальное поведение фтора можно объяснить его очень высокой электроотрицательностью. Ядро фтора так сильно притягивает свои электроны, что они гораздо менее поляризуемы, чем электроны большинства других атомов.

Конечно, отношения точек кипения могут определяться еще более сильными силами притяжения, такими как электростатическое притяжение между противоположно заряженными ионами и между частичным разделением зарядов молекулярных диполей.Следовательно, молекулы, имеющие постоянный дипольный момент, должны иметь более высокие температуры кипения, чем эквивалентные неполярные соединения, как показано в следующей таблице.

# Электроны Молекулы и температуры кипения ºC
14-18 30 C 2 H 6 –89 ; 28 H 2 C=CH 2 –104 ; 26 HC≡CH –84 30 H 2 C=O –21 27 HC≡N 26 34 CH 3 -F –78
22-26 42 СН 3 СН=СН 2 –48 ; 40 СН 3 С≡СН –23 ; 44 CH 3 CH=O 21 41 CH 3 C≡N 81 46 (CH 3 ) 2 O –170 90 90. 5 CH 3 -Cl –24 52 CH 2 F 2 –52
32-44 58 (CH 3 ) 3 CH -12 56 (CH 3 ) 2 C = CH 2 -7 58 (CH 3 ) 2 C = O 56 59 (CH 3 ) 3 N 3 95 CH 3 -BR 45 7 85 CH 2 CL 2 40 70 CHF 3 -84

В первом ряду соединений этан, этен и этин не имеют молекулярного диполя и служат полезными эталонами для производных с одинарной, двойной и тройной связью, у которых он есть.Формальдегид и цианистый водород ясно показывают усиленное межмолекулярное притяжение в результате постоянного диполя. Метилфторид является аномальным, как и большинство фторорганических соединений. Во втором и третьем рядах все соединения имеют постоянные диполи, но диполи, связанные с углеводородами (первые два соединения в каждом случае), очень малы. Большие молекулярные диполи возникают главным образом из-за связей с высокоэлектроотрицательными атомами (по отношению к углероду и водороду), особенно если они представляют собой двойные или тройные связи.Таким образом, альдегиды, кетоны и нитрилы, как правило, имеют более высокую температуру кипения, чем эквивалентные по размеру углеводороды и алкилгалогениды. Нетипичное поведение соединений фтора является неожиданным ввиду большой разницы электроотрицательностей между углеродом и фтором.

Водородное соединение

Большинство простых гидридов элементов групп IV, V, VI и VII демонстрируют ожидаемое повышение температуры кипения с увеличением числа электронов и молекулярной массы, но гидриды наиболее электроотрицательных элементов (азота, кислорода и фтора) имеют аномально высокую температуру кипения. баллы (табл. 4).

Таблица 4 :
Группа Молекулы и температуры кипения ºC
VII ВЧ 19 ; HCl –85; HBr –67; Привет –36
VI Н 2 О 100 ; H 2 S –60 ; H 2 Se –41 ; Н 2 Те –2
В NH 3 –33 ; РН 3 –88 ; АШ 3 –62 ; СбХ 3 –18

Исключительно сильное диполь-дипольное притяжение, ответственное за такое поведение, называется водородными связями . Когда атом водорода является частью полярной ковалентной связи с более электроотрицательным атомом, таким как кислород, его малый размер позволяет положительному концу диполя связи (водороду) приближаться к соседним нуклеофильным или основным центрам ближе, чем компоненты других полярных атомов. облигации. Кулоновские силы обратно пропорциональны шестой степени расстояния между диполями, что делает эти взаимодействия относительно сильными, хотя они все же слабые (приблизительно 4–5 ккал на моль) по сравнению с большинством ковалентных связей.Таблица данных справа дает убедительные доказательства существования водородных связей. В каждой строке первое перечисленное соединение имеет наименьшее общее количество электронов и самую низкую массу, но его температура кипения самая высокая из-за водородных связей. Другие соединения в каждом ряду имеют молекулярные диполи, взаимодействия которых можно было бы назвать водородными связями, но притяжение явно намного слабее. Первые два гидрида элементов группы IV, метан и силан, перечислены в первой таблице выше и не обнаруживают каких-либо значительных водородных связей.

Органические соединения, включающие связи O-H и NH, также будут проявлять повышенное межмолекулярное притяжение из-за водородных связей. Некоторые примеры приведены ниже.

-бутирамид
Таблица 3: Органические соединения, содержащие O-H и N-H
Класс Молекулы и температуры кипения ºC
Кислород
Соединения
C 2 H 5 OH 78 ; (СН 3 ) 2 О –24 ; (CH 2 ) 2 O 11
этанол диметиловый эфир этиленоксид
(CH 2 ) 3 CHOH 124 & (CH 2 ) 4 O 66
циклобутанол тетрагидрофуран
Азот
Соединения
C 3 H 7 NH 2 50 ; C 2 H 5 NH(CH 3 ) 37 ; (CH 3 ) 3 N 3
пропиламин этилметиламин триметиламин
(CH 2 ) 4 CHNH 2 107 & (CH 2 ) 4 NCH 3 80
циклопентиламин N-9-метилпирролидин
Комплекс
Функции
C 2 H 5 CO 2 H 141 и CH 3 CO 2 CH 3 57
пропановая кислота метилацетат
C 3 H 7 CONH 2 218 и CH 3 CON(CH 3 ) 2 165
бутирамид N,N-

Растворимость в воде

Вода — самая распространенная и важная жидкость на этой планете. При выделении и очистке соединений необходимо учитывать смешиваемость других жидкостей с водой и растворимость твердых веществ в воде. С этой целью в следующей таблице указана смешиваемость с водой (или растворимость) ряда низкомолекулярных органических соединений. Сразу бросается в глаза влияние важных атомов водородной связи, кислорода и азота. В первой строке перечислены несколько углеводородных и хлорсодержащих растворителей. Все они без исключения не смешиваются с водой, хотя интересно отметить, что π-электроны бензола и несвязывающие валентные электроны хлора слегка увеличивают их растворимость по сравнению с насыщенными углеводородами.По сравнению с углеводородами соединения кислорода и азота, перечисленные во втором, третьем и четвертом рядах, более чем в сто раз более растворимы в воде, а многие полностью смешиваются с водой.

Таблица 4: Растворимость в воде характерных соединений
Составной тип Особые соединения г/100 мл моль/литр Особые соединения г/100 мл моль/литр
Углеводороды и
Алкилгалогениды
бутан
гексан
циклогексан
0. 007
0,0009
0,006
0,0012
0,0001
0,0007
бензол
метиленхлорид
хлороформ
0,07
1,50
0,8
0,009
0,180
0,07
Соединения
Имеющие
Один кислород
1-бутанол
трет -бутанол
циклогексанол
фенол
9,0
в сборе
3,6
8,7
1,2
в сборе
0.36
0,90
этиловый эфир
ТГФ
фуран
анизол
6,0
в сборе
1,0
1,0
0,80
полный
0,15
0,09
Соединения
Имеющие
Два кислорода
1,3-пропандиол
2-бутоксиэтанол
бутановая кислота
бензойная кислота
в сборе
в сборе
в сборе
в сборе
в сборе
в сборе
в сборе
в сборе
1,2-диметоксиэтан
1,4-диоксан
этилацетат
γ-бутиролактон
в сборе
в сборе
8. 0
полный
в сборе
в сборе
0,91
в сборе
Азот
Содержащие
Соединения
1-аминобутан
циклогексиламин
анилин
пирролидин
пиррол
в сборе
в сборе
3,4
в сборе
6,0
в сборе
в сборе
0,37
в сборе
0,9
триэтиламин
пиридин
пропионитрил
1-нитропропан
ДМФ
5.5
в сборе
10,3
1,5
в сборе
0,54
в сборе
2,0
0,17
в сборе

Из приведенных выше данных следует отметить некоторые общие тенденции. Во-первых, спирты (вторая строка, левая колонка) обычно более растворимы, чем простые эфиры того же размера (вторая строка, правая колонка). Это отражает тот факт, что гидроксильная группа может действовать как донор и акцептор водородной связи; тогда как эфирный кислород может служить только акцептором. Повышенная растворимость фенола по сравнению с циклогексанолом может быть связана с его большей кислотностью, а также с пи-электронным эффектом, отмеченным в первой строке.

Циклический эфир ТГФ (тетрагидрофуран) более растворим, чем его аналог с открытой цепью, возможно, потому, что атом кислорода более доступен для водородных связей с молекулами воды. Из-за пониженной основности кислорода в фуране ароматического соединения он гораздо менее растворим. Атом кислорода в анизоле также дезактивируется сопряжением с бензольным кольцом (заметим, что он активирует кольцо в реакциях электрофильного замещения).Второй атом кислорода резко увеличивает растворимость в воде, что демонстрируют соединения, перечисленные в третьем ряду. Снова гидроксильные соединения перечислены слева.

Азот оказывает солюбилизирующее действие, аналогичное кислороду, как показано соединениями в четвертом ряду. Первичные и вторичные амины, перечисленные в левой колонке, могут действовать как доноры и акцепторы водородных связей. Ароматичность снижает основность пиррола, но увеличивает его кислотность. Соединения в правом столбце способны выполнять только роль акцептора.Низкая растворимость нитросоединения удивительна.

Притяжение против отталкивания – изучение сил и энергии в химической связи с помощью моделирования ELI-Chem

Эта работа направлена ​​на решение одной из основных проблем в изучении химии: понимание химической связи как динамического равновесия между силами притяжения и отталкивания. Эту модель, основанную на силе, трудно понять, так как нет аналогов из повседневной жизни для одновременного проявления как притяжения, так и отталкивания.Кроме того, современные подходы к обучению часто вводят в заблуждение, используя в основном эвристику «правило октетов». В результате учащиеся строят наивные модели химической связи, обычно рассматривая атомы как твердые шарики, которые соединены друг с другом, чтобы «получить октет». Чтобы представить основанную на силе динамику связи, мы разработали среду обучения ELI-Chem. Эта среда позволяет взаимодействовать как атому с другим атомом, наблюдая лежащие в основе силы и кривую потенциальной энергии.Наша теоретическая основа основана на теории воплощенного обучения, связывая концептуальное обучение с телесным опытом. В исследовании используются качественные и количественные методы с участием 21 ученика-химика средней школы по схеме «претест-вмешательство-посттест». Во время 40-минутного занятия с моделированием ELI-Chem учащимся было предложено обнаружить основные силы связи и связать их с энергетическими изменениями. Результаты показывают, что обучение с помощью моделирования ELI-Chem помогает учащимся получить элементы знаний, необходимые для построения динамической ментальной модели химической связи, основанной на силе, и осмыслить химическую энергию как результат сил.Наконец, обсуждаются принципы разработки среды ELI-Chem. Приведенная в соответствие с научными стандартами, учитывающая трудности учащихся и использующая преимущества компьютерного моделирования, среда ELI-Chem обеспечивает соответствующее представление химической связи, которое является более достоверным с научной точки зрения, но делает абстрактную концепцию доступной.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова? .

Оставить комментарий