Притягнення (фізика) – це
Притягненняі відштовхування — Залежно від групи явищ, для розуміння та систематизації яких припущено існування привабливих і відштовхувальних сил, ці останні набувають різної назви, таких як: сили П. тяжіння, електричні, магнітні та молекулярні, і сили відштовхування електричні, магнітні та молекулярні. Очевидно, всі ці сили діють виключно за такими загальним їм всіх законам:
1) діючі між двома взаємодіючими частинами матерії сили пропорційні (за постійної відстані між цими частинами) твору поєднаних із цими частинами " мас " , присутність яких викликає взаємодія. Ці маси можуть бути в залежності від групи явищ і сил, що розглядаються, або дійсні маси речовини (тяжіння, ймовірно, і молекулярні сили), або електричні заряди або магнітні "маси" (див. Магнетизм).
2) Діючі між двома взаємодіючими частинами матерії сили спрямовані по лінії найкоротшої відстані між частинами матерії, що розглядаються. Якщо дані частини матерії — не точки, а деякі обсяги, то завжди можна знайти такі точки всередині цих обсягів, що сили діятимуть по прямій лінії, що з'єднує ці точки, якщо ми в останніх припустимо згруповані взаємодіючі маси.
3) Сили взаємодії при рівних діючих масах залежать від відстані між масами або, точніше, між вищезазначеними точками в них, у яких за припущенням ці маси згруповані, тобто, говорячи математично, ці сили представляють функції відстані. Залежність ця така, що сили спадають за деяким законом зі збільшенням відстані між масами. Сили, що діють за вказаними законами, називаються центральними; було висловленоприпущення, що це сили природи центральні. Питання про механізм дії цих сил, що представляє величезну важливість для правильної постановки всього нашого світогляду, є до теперішнього часу і, ймовірно, буде і надалі нерозв'язним завданням. Виходячи з, можливо, довільного тлумачення вчення Ньютона, що стосувалося питання про всесвітнє тяжіння, вчені до середини нинішнього століття вважали, що взаємодія між масами відбувається "на відстані", тобто без будь-якої участі проміжного між цими тілами середовища, і що це дія з'являється одночасно і миттєво з появою діючої маси у всьому безмежному просторі, що оточує останню.
Це вчення про безпосередню дію на відстані (actio in distans) представляло при всій своїй привабливій простоті ще величезні переваги: воно дало можливість надати законам дії сил П. і відштовхування в просту математичну форму, загальну для всіх випадків дії центральних сил. Найбільші вчені кінця минулого і початку нинішнього століття (Лаплас, Пуассон, Грін, Гаусс та ін.) поклали свої зусилля на вивчення цих сил, придумали спеціальні математичні прийоми (див. Потенціал) для розгляду їхньої дії і створили струнке і величне вчення, прекрасне своєї спільності, однаково застосовне до всіх явищ природи, до пояснення яких входила гіпотеза про існування центральних сил, починаючи від явищ руху світил і закінчуючи рухом молекул. Повне підтвердження висновків із цього вчення дослідами та спостереженнями давало йому ще більшу спільність та силу; так, створилися основи всієї небесної механіки, вчення про взаємодію наелектризованих та намагнічених тіл та вчення про капілярність (волосність). Тим часом, ще наприкінці минулого століття було пізнано факти (увченні про електрику), які ясно вказували на вплив середовища на взаємодію тіл і на те, що вищезазначені три закони треба доповнити четвертим: сили взаємодії двох частин речовини за інших рівних умов залежать від характеру проміжного між ними середовища. Незважаючи на зараз дані цим фактом пояснення з точки зору вчення про дію на відстані, вони все ж таки були вже ясним вказівкою на недостатність цього вчення. Фарадей перший зважився відкрито заявити, що вчення про безпосередню дію на відстані не повинно нас задовольняти, і в окремому випадку впливу магнітних і електричних мас вказав на можливість іншої думки - передачі впливу сил взаємодії через середовище від частини її до частини з кінцевою швидкістю, і на можливість пояснити появу цих сил "натягами" проміжного середовища (див. Діелектрики, Герца досліди, Електрика). Незважаючи на ще панував величезну чарівність гіпотези про дію на відстані, це нове вчення, очевидно більше відповідало матеріалістичним натурфілософським поглядам, що народжувалися, знайшло багатьох послідовників і розробників (Максвелл), знайшло також підтвердження в багатьох чудових відкриттях останніх двадцять років. укоренилося у вченні про природу. У математичному дослідженні явища ми користуємося поки що й досі прийомами, створеними вивченням цих явищ з погляду на відстані, оскільки ми інших прийомів часто й знаємо; але при цьому ми ясно пам'ятаємо, що такий розгляд є лише простою та зручною формою опису явищ, не представляючи справжньої внутрішньої сутності справи. Ми змушені нині визнавати "actio in distans" за гіпотезу неможливу, але, оцінюючи її історичне значення, ми повинні забувати тібагаті плоди, які вона принесла і які свого часу, можливо, тільки вона одна і могла принести.
Одна з найважливіших груп явищ, що пояснюються дією сил П., - це група: 1) явищ тяжіння. З часів Ньютона відомо, що два тіла, що тяжіють один до одного, притягуються силою, пропорційною добутку їх мас M і М' і назад пропорційною квадрату відстані R між ними, тобто сила F, що діє між ними, виражається:
де C є деякий коефіцієнт, що залежить від одиниць, в яких виражені M, M' і R. Якщо виражати маси в грамах, відстані в сантиметрах, а сили в дінах, то, як можна вивести з окремого випадку явищ тяжіння, саме з явищ тяжіння тіл Землею, величина C дорівнює приблизно одній п'ятнадцятимільйонній. Таким чином, дві однорідні кульки в один грам, центри яких знаходяться на відстані 1 см, притягуються з силою в одну п'ятнадцятимільйонну діна, або приблизно з силою, що дорівнює вазі такої ж частки міліграма. Зважаючи на надзвичайну малість цих сил навіть між тілами величезної маси взаємодія між масами на земній поверхні взагалі непомітна, і потрібні пристосування абсолютно виняткової чутливості, щоб виявити їх. Потрібно припустити, що утворення небесних світил із нескінченно розрізненого стану речовини теж відбулося під впливом сил тяжіння. При такому згущенні речовини має виділитися величезна кількість тепла, і деякі теорії будови Сонця припускають, що і температура Сонця підтримується лише завдяки ущільненню його, що безперервно триває; дійсно, якщо радіус Сонця зменшиться лише на 0,0001 своєї величини, то, як показує обчислення, виділиться кількість тепла, достатня, щоб підтримати сонячне проміння протягом близько2300 років. Що стосується впливу середовища на тяжіння та питання про швидкість поширення його, то жодних фактів, що відносяться сюди, спостерігати ще не вдалося і ми про це нічого не знаємо. Докладніше див. Тяжіння.
2) Молекулярні сили чи сили зчеплення. За атомістичною гіпотезою речовина складається з окремих, що не стосуються один одного неподільних атомів, сукупність яких стримується діючими між окремими атомами та групами атомів – молекулами – силами (див. Речовина). Лаплас перший точніше сформулював передбачуваний закон взаємодії цих атомів, надавши йому вигляд F = C·M·M'f(R), де F - сила діюча між атомами маси M і M', C - коефіцієнт, що залежить від одиниць, в яких ми виміряємо входять у формулу величини, f(R) — деяка функція від відстані між атомами R. Щодо виду цієї функції (залежності) Лаплас ніяких обмежень не зробив, крім того, що ця функція повинна бути така, щоб величина її дуже швидко убувала зі збільшенням R. Якщо зробити найпростіше припущення про вид цієї функції, а саме покладемо f(R) = 1/Rn, то слід за необхідністю, щоб задовольнити вищесказану умову, припустити, що число n досить велике, безсумнівно більше 2; різні вчені виходячи з досить довільних міркувань приписували n значення 3, 5, 7 та інше. Відстань, на якій ці сили настільки зменшуються, що робляться непомітними, тобто вплив їх не може бути більш спостерігається на досвіді, називається радіусом сфери дії молекулярних сил. За висновками Плато, Квінке, Рюккера, Друде та ін. з дослідів над волосністю випливає, що у рідин радіус сфери дії менше однієї стотисячної частки міліметра. З припущення про існування молекулярних сил П. Лаплас розвинув витончену теорію капілярних явищ, цілком задовільнощо підтверджується дослідами; одне з чудових наслідків цієї теорії свідчить, що завдяки силам зчеплень кожна рідина перебуває під деяким тиском, спрямованим нормально до вільної поверхні рідини. Величина цього нормального тиску безпосередньо з досвіду визначена не може; Непрямі методи визначення її дали (Ван-дер-Ваальс, Стефан) великі величини: так, для плоскої поверхні води воно більше 10000 атмосфер, для такої ж поверхні сірчаного ефіру близько 1300 атмосфер. Потрібно зізнатися, що це та інші аналогічні теорії сил зчеплення містять у основах багато довільного і неясного; це не повинно, однак, цілком підривати довіри до результатів їх, так як і з суто механічних міркувань, не роблячи жодних припущень про характер сил зчеплення, можна (як вперше показав Гаусс) дійти багатьох тих же результатів. Таким чином, гіпотеза Лапласа в даний час повинна бути нам лише картиною явища, корисною, мабуть, навіть необхідною, через недосконалість людського розуму; виправдання ж висновків із неї ще раз лише доводить дедалі частіше в науці підтверджується незалежність результатів від припущень про внутрішній характер і механізм діючих у природі сил.
3) Сили П. і відштовхування між наелектризованими різноіменно і однойменно і намагніченими різноіменно і однойменно тілами виражаються, як показав Кулон (1784), наступним чином:
де F - діюча сила, M і M' - електричні або магнітні маси, суміщені з тілами, R - відстань між останніми, C - коефіцієнт, величина якого залежить від тих одиниць, в яких ми виражаємо величини, що входять у формулу, а K - величина , Що характеризує проміжну між діючими один на одного тілами середовище У разі взаємодіїелектричних мас величина K отримує назву діелектричної постійної, у разі взаємодії між магнітними масами назва магнітної проникності середовища; діелектрична постійна та магнітна проникність порожнечі приймаються рівними одиниці. Для пояснення величини П. наведемо приклад: дві паралельні металеві пластини, кожна 1 кв. дециметр, що знаходяться на відстані 1 см один від одного і різниця електричних потенціалів яких 1000 вольт, притягуються в порожнечі з силою 44 діна (приблизно сила ваги 0,04 грама), в скипидарі ж (діелектр. постійна дорівнює 2,5) з силою 110 дин (близько 0,1 грама) [При дослідженні явищ взаємодії між різноіменно наелектризованими і намагніченими тілами спостерігалося іноді, залежно від проміжного середовища, відштовхування замість очікуваного притягування. Це, як з'ясувалося, спостерігається і має спостерігатися завжди, коли величина K (діелектр. постійна, магнітна проникність) середовища більше, ніж та ж величина для тіла, що притягується. Докладніше. див. Діамагнетизм.
Деякою аналогією цих явищ може бути відштовхування тіл Землею (шматок дерева, опущений на дно резервуара з водою, аеростати), коли питома вага тіла менше питомої ваги середовища, в яке тіло занурене.]. До більш складних явищ, що викликаються електричними і магнітними силами П. і відштовхування, належать електродинамічні дії між струмами і магнітами і струмами і струмами (про це див. Електродинаміка). Швидкість поширення дій у середовищі, викликаних електричними силами, була безпосередньо визначена для випадку змін електричного стану середовища (обурень), що правильно повторюються через певні проміжки часу, і знайдена в порожнечі рівної швидкості світла300000 км в секунду, в середовищі з постійною діелектричною K ця швидкість дорівнює 300000 км, поділеним на К (див. Діелектрики, Електрика).
Крім зазначених випадків явищ П. та відштовхування, для пояснення яких припущено було існування спеціальних сил, у природі спостерігаються ще інші явища П. та відштовхування, які, проте, більш-менш легко пояснюються гідростатичними та гідродинамічними впливами речовинного середовища (рідини або газу), в яку занурені тіла, що притягуються або відштовхуються. З цих вторинних явищ П. та відштовхування вкажемо: 1) Капілярні П. та відштовхування. Два тіла, частиною занурені в ту саму рідину, відштовхуються, якщо обидва вони змочуються цією рідиною або обидва не змочуються, і притягуються, якщо одне з них змочується цією рідиною, а інше немає. Це явище пояснюється неоднаковістю гідростатичних тисків рідини з внутрішньої і зовнішньої сторони занурених тіл, викликаної тим, що у поверхні, що змочується, рідина піднімається над своїм рівнем, у незмочуваної опускається (див. Волосність, Змочування). Це пояснює скупчення в купу однакових тіл, що плавають на поверхні рідини, наприклад скупчення в купу листя на ставку. 2) Акустичні П. та відштовхування, див. соотв. статтю. 3) Помічене Б'єркнесом (1882) Притягнення і відштовхування тіл, що швидко коливаються в рідині. 4) Явище руху радіометра під впливом світла, що нині пояснюється рухом частинок газу, що залишилися в оболонці радіометра.