П падение тела

Вид материала

Документы

Содержание В в образце опре­деляют при помощи измерит. обмотки, включённой в цепь баллистич. уста­новки для измерения магн. характе­ристик Пикнометр U-образный капиллярный (для лету­чих жидкостей). Бозе — Эйнштейна статисти­ке. Рис. 1. Расщепление ядра одного из эле­ментов, входящих в состав фотоэмульсии, заряженным пионом с энергией 3,8 ГэВ (a) и остано Рис. 2. Фотография тре­ков, образованных в яд. фотоэмульсии заряж. ча­стицами при распаде Рис. 3. Зависимость полных сечений  вз-ствия  Рис. 4. Зависимость полного сечения о про­цесса е А. И. Лебедев. В. Н. Колесников.

Подобный материал:

• Тема «кинематика материальной точки», 29.33kb.
• Урок изучения новых знаний в 9-м классе по теме: "Свободное падение тел", 145.66kb.
• Программа вступительных испытаний по физике механика, 48.4kb.
• Тема: строение тела животных, 47.92kb.
• Конспект урока физики в 7 классе Тема : Вес тела, 40.5kb.
• Тема. Малые тела Солнечной системы, 383.39kb.
• Книга о душе, 521.77kb.
• Владимир Данченко принципиальные вопросы общей теории чакр и тантрическая концепция, 1664.57kb.
• Беседа – лекция. Прием наркотика – всегда полет, но в конце – всегда падение, 76.9kb.
• Беседа – лекция. Прием наркотика – всегда полет, но в конце – всегда падение, 83.01kb.

ПЕРМЕАМЕТР (букв.— измеритель проницаемости, от англ. permeabili­ty — проницаемость и греч. metreo — измеряю), устройство для измерения магн. характеристик (обычно намаг­ничивания кривых и петель гистерези­са) ферромагн. образцов разомкнутой формы (прямых стержней, лент, трубок и т. п.). П. состоит из «яр­ма» (рамы их магнитно-мягкого мате­риала), снабжённого, как правило, подвижными частями или полюсными наконечниками. Испытуемый образец составляет с ярмом замкнутую маг­нитную цепь. На ярме находятся намагничивающие катушки и устрой­ства для измерения индукции В и напряжённости Н магн. поля в образце. Устройство одного из типов П., работающих на основе баллистич. метода измерений (см. Магнитные измерения), схематически показано на рис.



Схема устройства пермеаметра: 1 и 2 — две половины ярма; 3 — подвиж­ные полюсные на­конечники: 4 — на­магничивающие ка­тушки; 5 — образ­цы; (3 — обмотка на образце для из­мерения индукции; 7 — магн. потенциалометр для из­мерения напряжён­ности намагничива­ющего поля.


Индукцию В в образце опре­деляют при помощи измерит. обмотки, включённой в цепь баллистич. уста­новки для измерения магн. характе­ристик металлов; напряжённость H измеряют магнитным потенциалометром, включённым в ту же уста­новку. Значения Н определяют также преобразователями (датчиками) Хол­ла, феррозондами, магн. мостами и т. п., индукцию — датчиками Холла (в торце образца), электродинамич. методом и т. д. Магнитная проницае­мость  материала образца определя­ется из отношения = B/H.

• К и ф е р И. И., Испытания ферромаг­нитных материалов, 3 изд., М., 1969; Ч е ч е р н и к о в В. И., Магнитные измере­ния, 2 изд., М., 1969; Б о з о р т Р., Фер­ромагнетизм, пер. с англ., М., 1956.

ПЕТА..., приставка к наименованию единицы физ. величины для образова-

530


ния наименования кратной единицы, равной 10¹⁵ исходных единиц. Сокр. обо­значения: П, Р. При­мер: 1 ПГц (петагерц) =10¹⁵ Гц.

ПИКНОМЕТР (от греч. pyknos — плот­ный и metreo — из­меряю), стеклянный сосуд соответствую­щей вместимости, используемый для определения плотно­сти в-в по отноше­нию массы в-ва к его объёму. Объём исследуемого в-ва (обычно жидкости) из­меряется по шкале или меткам на сосуде (рис.), масса — взвешиванием.




Пикнометр U-образный капиллярный (для лету­чих жидкостей).


ПИКО... (от исп. pico — малая вели­чина), приставка к наименованию единицы физ. величины для образова­ния названия дольной единицы, рав­ной 10^-12 от исходной, Сокр. обо­значения: п. р. Пример: 1 пФ (пикофарад)=10^-12 Ф.

ПИ-МЕЗОНЫ (-мезоны, пионы), группа из трёх нестабильных бесспи­новых элем. ч-ц — двух заряженных (⁺ и ^-) и одной нейтральной (°), относящихся к классу адронов и яв­ляющихся среди них наиболее лёгкими. Масса пионов — промежуточная между массами протона и эл-на, в связи с этим они и были названы «мезонами» (от греч. mesos — средний, промежуточный): т_±140 МэВ,

т_° 135 МэВ. Согласно совр. пред­ставлениям, пион состоит из кварка (u, d) и антикварка (см. Элементар­ные частицы).

Пионы участвуют во всех фундамен­тальных вз-ствиях. Слабое вз-ствие ответственно, в частности, за неста­бильность заряж. пионов, к-рые рас­падаются в основном (на 99,97%) по схеме ^± ^±+v_ (v^~_) за время 2,6X10^-8с. Нейтральные пионы распа­даются в результате эл.-магн. вз-ствия преим. на два -кванта (98,85%) и имеют время жизни 0,83•10^-16 с. Наиб. характерно для пионов участие в процессах сильного взаимодействия.

Т. к. спин пионов J=0, они подчи­няются Бозе — Эйнштейна статисти­ке. Их внутр. чётность отрицательна: Р=-1. Ч-цы с такими хар-ками (J=0, Р=-1) наз. псевдоскалярными. Барионный заряд и стран­ность пионов равны нулю. ⁺ и ^-явл. ч-цей и античастицей по отно­шению друг к другу, а ° тождествен своей античастице (т. е. явл. истин­но нейтральной частицей) и имеет положит. зарядовую чётность: С=+1. Изотопический спин пионов I=1, и они образуют изотопич. триплет:

трем возможным «проекциям» пзотопич. спина I₃ =+1, 0, -1 соответст­вуют три зарядовых состояния пио­нов: ⁺, °, ^-. G-чётность пионов отрицательна: G=-1.

Законы сохранения квант. чисел определяют возможность и интенсив­ность протекания разл. реакций с участием пионов. Напр., распад °-мезонов возможен только на чётное число фотонов из-за сохранения за­рядовой чётности в эл.-магн. вз-ствии (для фотона С=-1). Хотя -мезон и -мезоны сильно взаимодействуют друг с другом, процесс 3 не мо­жет протекать за счёт сильного вз-ст­вия, сохраняющего G-чётность (к-рая для -мезона положительна, а для системы из 3 отрицательна); этот процесс идёт за счёт эл.-магн. вз-ст­вия.

Пионы сильно взаимодействуют с ядрами, вызывая, как правило, их расщепление (рис. 1, а). Заряж. пионы с энергией неск. МэВ и ниже при движении в в-ве тратят свою энергию в осн. на ионизацию атомов и обычно не успевают до своей ос­тановки провзаимодействовать с ядрами.



Рис. 1. Расщепление ядра одного из эле­ментов, входящих в состав фотоэмульсии, заряженным пионом с энергией 3,8 ГэВ (a) и остановившимся ^- -мезоном (б) с образо­ванием т. н. звёзд.


При этом остановившийся ^- захватывается на «орбиту» мезоатома, затем поглощается яд­ром и расщепляет его (рис. 1,6), а ⁺ распада­ется на положит. мюон и нейтрино (рис. 2). -мезоны в значит. степени определяют состав космических лучей в пределах земной атмосферы.



Рис. 2. Фотография тре­ков, образованных в яд. фотоэмульсии заряж. ча­стицами при распаде

⁺⁺+v_ е⁺+v_e+v_.


Существование пионов было посту­лировано япон. физиком X. Юкавой в 1935 для объяснения короткодействую­щего хар-ра и большой величины ядер­ных сил. Экспериментально заряж. пионы открыты в 1947 по их распаду ⁺⁺+v_, зарегистрированно­му в яд. фотоэмульсиях, облучённых косм. лучами. В лаб. условиях заряж. пионы были впервые получены в 1948 на ускорителе в Беркли (США). Существование нейтральных пионов следовало из обнаруженной на опыте зарядовой независимости яд. сил. Экспериментально ° были обнаруже­ны в 1950 по -квантам от их распада ° +; ° рождались в столкно­вениях фотонов и протонов высокой энергии (~300 МэВ) с ядрами.

Количеств. изучение св-в пионов и их вз-ствий выполняется преим. на пучках ч-ц высокой энергии, получае­мых на ускорителях. Совр. протон­ные ускорители дают пучки пионов (образованных в результате вз-ствия ускоренных протонов с ядрами мише­ни) с потоком до 10¹⁰ пионов в 1 с. Наиб. специфичное для -мезонов сильное вз-ствие характеризуется макс. симметрией, малым радиусом действия сил и большой константой связи (g). Так, безразмерная констан­та, характеризующая связь пионов с нуклонами, g²/ћc14,6, на три по­рядка превышает безразмерную кон­станту эл.-магн. вз-ствия =e²/ћc ¹/₁₃₇. К процессам сильного вз-ствия пионов относятся их рассеяние нукло­нами и ядрами, рождение пионов в столкновениях адронов, аннигиляция антинуклонов и нуклонов с образова­нием пионов, рождение пионами К-мезонов и гиперонов и др. Неупругие вз-ствия адронов при высоких энергиях ( 10 ГэВ) обусловлены преим. процес­сами множеств. рождения пионов (см. Множественные процессы). В области меньших энергий (0,1—1 ГэВ) при вз-ствии пионов с др. мезонами и барионами наблюдается образование резонансов, к-рые могут проявляться, напр., в виде максимумов в энергетич. зависимости полных сечений реакций



Рис. 3. Зависимость полных сечений  вз-ствия ⁺ и ^- с протонами от полной энергии ξ_с.ц.и сталкивающихся ч-ц в си­стеме центра инерции.


(рис. 3). В результате сильного вз-ствия пионы испускают и поглощают виртуальные адроны. Радиус созда­ваемого т. о. облака виртуальных ад­ронов, окружающего заряж. пионы, составляет прибл. (0,6—0,7) •10^-13 см. Среди эл.-магн. вз-ствий пионов наиб. полно изучены процессы рожде-

531


ния пионов фотонами и эл-нами. Специфич. чертой эл.-магн. процессов с уча­стием пионов явл. определяющая роль сильного вз-ствия. Так, характерный максимум в зависимости полного сече­ния процесса e⁺+e^-⁺+^-+° от энергии (рис. 4) обусловлен тем, что эта реакция идёт через превращение пары е⁺е^- в виртуальный фотон (*), к-рый при энергиях вблизи



Рис. 4. Зависимость полного сечения о про­цесса е⁺+е^-⁺+^-+° от суммарной энергии эл-на и позитрона (2ξ) во встреч­ных пучках; максимум соответствует энер­гии -резонанса в системе трёх пионов.


максимума сечения переходит в -мезон, распадающийся за счёт сильного вз-ствия на три пиона: е⁺+е^-*  ⁺+^-+° (в систе­ме центра инерции сталкивающихся ч-ц максимум отвечает энергии покоя -мезона). Хорошо изученные эл.-магн. вз-ствия служат эфф. инстру­ментом для исследования пионов, в частности позволяют измерить их формфактор.

Слабое вз-ствие обусловливает не­стабильность заряж. пионов, а также распады странных частиц на пионы. Изучение распадов +v_ , К+, К ++ привело к ряду открытий. Было установлено существо­вание двух типов нейтрино — элект­ронного и мюонного, нарушение со­хранения пространств. чётности в рас­падах, происходящих за счёт слабого вз-ствия, нарушение сохранения комбиниров. чётности (см. Комбиниро­ванная инверсия, К-мезоны).

Исследование процессов вз-ствия пионов с ч-цами и ядрами существен­но для выяснения природы элем. ч-ц и определения структуры ядер. Пио­ны определяют периферич. часть силь­ного вз-ствия, в частности яд. сил. На малых расстояниях между нук­лонами яд. силы обусловлены преим. обменом пионными резонансами.

Эл.-магн. св-ва адронов: аномаль­ные магн. моменты, поляризуемость, пространств. распределение электрич. заряда адронов и т. д.— обусловлены облаком пионов, виртуально испус­каемых и поглощаемых адронами. И здесь резонансные вз-ствия пионов играют важную роль. Одинаковость квант. чисел фотона и векторных пионных резонансов (, ,  и др.) легла в основу модели векторной доминант­ности, согласно к-рой фотон взаимо­действует с адроном, предварительно

превратившись в векторный мезон. Влияние сильного вз-ствия на слабое вз-ствие адронов также в значит. степени определяется -мезонным по­лем.

Пучки получаемых на ускорителях пионов начинают применять в лучевой терапии.

• Газиорович С., Физика элемен­тарных частиц, пер. с англ., М., 1969; Фрауэнфельдер Г., Хенли Э., Субатомная физика, пер. с англ., М., 1979.

А. И. Лебедев.

ПИНЧ-ЭФФЕКТ (от англ, pinch -сужение, сжатие) (эффект самосжатия разряда), свойство электрич. токового канала в проводящей среде уменьшать своё сечение под действием собствен­ного, порождаемого самим током, маг­нитного поля. Впервые это явление описано в 1934 амер. учёным У. X. Беннеттом применительно к потокам быстрых заряж. ч-ц в газоразрядной плазме. Термин «П.-э.» введён в 1937 амер. физиком Л. Тонксом при ис­следовании дугового разряда.

Механизм П.-э. проще всего понять на примере заполненного проводящей средой длинного цилиндра, в к-ром параллельно его оси течёт ток J. Силовые линии магн. поля, создавае­мого J, имеют вид концентрич. окруж­ностей, плоскости к-рых перпендику­лярны оси цилиндра. Электродинамич. сила, действующая на единицу объёма проводящей среды с плотностью тока 3, равна ¹/_c.[JB] в СГС системе единиц; сила направлена к оси цилиндра и стремится сжать среду. Это и есть П.-э. (Здесь В — магнитная индук­ция в единичном объёме.) П.-э. можно рассматривать также как простое следствие Ампера закона о магн. притяжении отд. параллель­ных токовых нитей (элем. токовых трубок), совокупностью к-рых явл. токовый цилиндр. Магн. сжатию пре­пятствует газокинетич. давление про­водящей среды, обусловленное теп­ловым движением её ч-ц; силы этого давления направлены от оси токового канала. Однако при достаточно боль­шом токе перепад магн. давления ста­новится больше газокинетического и токовый канал сжимается - - возни­кает П.-э.

Для П.-э. необходимо примерное равенство концентраций носителей зарядов противоположного знака в среде. В потоках носителей зарядов одного знака электрич. поле простран­ственного заряда эффективно препят­ствует сжатию тока. Прохождение до­статочно больших токов через газ сопровождается его переходом в пол­ностью ионизованную плазму, сос­тоящую из заряж. ч-ц обоих знаков. П.-э. в этом случае отжимает плазмен­ный шнур (токовый канал) от стенок камеры, в к-рой происходит разряд. Т. о. создаются условия для маг­нитной термоизоляции плазмы. Этим св-вом мощных само­сжимающихся разрядов объясняется возникший в связи с проблемой уп­равляемого термоядерного синтеза

(УТС) интерес к П.-э., как к наиболее простому и обнадёживающему меха­низму удержания высокотемператур­ной плазмы.

Условия, при к-рых газокинетич. давление плазмы nk(Т_е+Т_i) стано­вится равным магн. давлению поля тока J, описываются соотношением Беннетта: (1/8)(2J/cr)²=nk(Т_е+Т_i). Здесь r— радиус пинча, Т_е и T_i — электронная и ионная темп-ры, n — число эл-нов в единице объё­ма (равное из условия квазинейтраль­ности плазмы, числу ионов). Из ф-лы Беннетта следует, что для достижения миним. темп-ры (Т ~ 10⁸ К), при к-рой термоядерный синтез может представлять интерес как источник энергии, требуется хотя и большой, но вполне достижимый ток ~10⁶ A. Исследование пинчей в дейтерии на­чалось в 1950—51 одновременно в СССР, США и Великобритании в рамках нац. программ по УТС. При этом осн. внимание уделялось двум типам пинчей — линейному и тороидальному. Предпола­галось, что плазма в них при проте­кании тока будет нагреваться не толь­ко за счёт её собств. электрич. сопро­тивления (джоулев нагрев), но и при т. н. адиабатическом (т. е. происходящем без обмена энергией с окружающей средой) сжатии. Одна­ко в первых же экспериментах вы­яснилось, что П.-э. сопровождается развитием разл. плазменных неустойчивостей (см. также Плазма). Образо­вывались местные пережатая («шей­ки») пинча, его изгибы и винтовые возмущения («змейки»). Нарастание этих возмущений происходит чрезвы­чайно быстро и ведёт к разрушению пинча (его разрыву или выбрасыванию плазмы на стенки камеры). Оказалось, что простейшие пннчи подвержены практически всем видам неустойчивостей высокотемпературной плазмы и могут служить как для их изучения, так и для испытания разных способов стабилизации плазменного шнура. Ток —10⁶ А в установках с линейным пинчем получают при разряде на газо­вый промежуток конденсаторных ба­тарей большой ёмкости. Скорости нарастания тока в отд. случаях достигают ~10¹² А/с. При этом наиболее существенным оказывается не джоу­лев нагрев, а электродпнамич. ус­корение к оси токового шнура его тон­кой наружной оболочки (скин-слоя, см. Скин-эффект), сопровождающееся образованием мощной сходящейся к оси ударной волны. Превращение накопленной такой волной энергии в тепловую создаёт плазму с темп-рой, намного более высокой, чем мог бы дать джоулев нагрев. С др. стороны, преобразование в пинче энергии электрич. тока в тепловую становится значительно эффективнее, когда опре­деляющий вклад в электрич. сопротив­ление плазмы начинает давать её турбулентность, возникаю-

532


щая при развитии т. н. микронеустойчивостей.

Для мощных импульсных пинчей в разреженном дейтерии характерно, что при нек-рых услови­ях они становятся источниками жёст­ких излучений (нейтронного и рентгеновского). Это явление впервые было обнаружено в СССР в 1952.

Хотя в простейших вариантах пинчей и не удалось решить задачу УТС, самосжимающиеся разряды явились своеобразной школой плазменных исследований, позволив получать плотную плазму со временем жизни, хотя и малым, но достаточным для изучения физики П.-э., создать разно­образные методы диагностики плазмы, развить совр. теорию процессов в ней. Эволюция установок, использую­щих П.-э., привела к созданию мн. типов плазменных устройств, в к-рых неустойчивости П.-э. либо стабилизи­руются с помощью внешних магн. полей (токамаки, -пинчи и т. д.), либо сами эти неустойчивости исполь­зуются для получения короткоживущей сверхплотной плазмы в т. н. «бы­стрых» процессах (плазменный фо­кус, «микропинчи»). Поэтому в наст. время (1983) существ. место в нац. и межнац. программах решения проб­лемы УТС (СССР, США, Европейское сообщество но ат. энергии) отводится системам, в основе к-рых лежит П.-э.

П.-э. имеет место не только в газо­вом разряде, но и в плазме твёрдых тел, особенно в т. н. сильно вырож­денной электронно-дырочной плазме полупроводников.

• Арцимович Л. А., Элементарная физика плазмы, 3 изд., М., 1969; Пост Р., Высокотемпературная плазма и управляе­мые термоядерные реакции, пер. с англ., М., 1961; С т и л М., В ю р а л ь Б., Взаи­модействие волн в плазме твердого тела, пер. с англ., М., 1973.

Т. И. Филиппова, Я. В. Филиппов.

ПИОНЫ, то же, что пи-мезоны.

ПИРОМЕТРИЯ (от греч. pyr — огонь и metreo — измеряю), совокупность оптич. (бесконтактных) методов изме­рения температуры. Почти все оптич. методы основаны на измерении интен­сивности теплового излучения тел (иногда — поглощения). Поскольку интенсивность теплового излучения резко убывает с уменьшением темп-ры Т тел, методы П. применяют для измерения относительно высоких темп-р. При Т 1000°C они играют в целом второстепенную роль, при Г> >1000°С становятся главными, а при T>3000°С — практически единствен­ными методами измерения Т. Связано это с тем, что методы П. не требуют контакта датчика измерит. прибора с телом, темп-pa к-рого измеряется. Методами П. в пром. и лаб. условиях определяют темп-ру в печах и др. нагреват. установках, темп-ру рас­плавленных металлов и изделий из них (проката и т. п.), темп-ру пламён, нагретых газов, плазмы. Осн. условие применимости методов П.: излучение тела должно быть чисто тепловым, т. е. оно должно подчиняться Кирхгофа закону излучения. Тв. тела и жидко­сти при высоких темп-pax обычно удовлетворяют этому требованию, в случае же газов и плазмы необходима спец. проверка его выполнения. Так. излучение однородного слоя плазмы подчиняется закону Кирхгофа, если распределения молекул, атомов, ио­нов и эл-нов плазмы по скоростям соответствуют Максвелла распределе­нию, заселённости возбуждённых уров­ней энергии — распределению Больцмана (см. Больцмана статистика), а диссоциация и ионизация определяют­ся законом действующих масс, причём во все эти соотношения входит одно и то же значение Т. Такое состояние плазмы наз. термически равновесным. Интенсивность излучения однородной равновесной плазмы однозначно опре­деляется её хим. составом, давлением, ат. константами и равновесной темп-рой. Если плазма неоднородна, то даже в условиях термич. равновесия её непосредственно наблюдаемое излу­чение не подчиняется закону Кирхго­фа. В этом случае необходимо спец. приёмами определить локальные ин­тенсивности излучения. Методы П. плазмы весьма многообразны и слож­ны. Они явл. составной частью диаг­ностики плазмы. Наоборот, для тв. тел и жидкостей, спектр излучения к-рых сплошной, методы П. довольно просты. В этом случае измерение темп-ры осуществляют пирометрами, действие к-рых основано на законах излучения абсолютно чёрного тела. Обычно в исследуемых телах вытачи­вают полость с небольшим выходным отверстием. Полость по отношению к попадающему в неё излучению обла­дает коэфф. поглощения, близким к единице (т. е. по оптич. св-вам близ­ка к абсолютно чёрному телу).

Наиболее универсальны методы П., основанные на измерении интенсивностей спектр. линий. Они обеспечи­вают макс. точность, если известны абс. вероятность соответствующего энергетич. перехода и концентрация атомов данного сорта. Если же концен­трация атомов не известна с достаточ­ной точностью, применяют метод относит. интенсивностей, в к-ром темп-ру вычисляют по отношению иятенсивностей двух (или нескольких) спектр. линий.

В др. группе методов П. темп-ра определяется по форме или ширине спектр. линий, к-рые зависят от темп-ры либо непосредственно (благодаря Доплера эффекту), либо косвенно (бла­годаря Штарка эффекту и зависимо­сти плотности плазмы от темп-ры). В нек-рых методах Т определяют по абс. или относит. интенсивности сплошного спектра («континуума»). Особое значение имеют методы опреде­ления Т по спектру рассеянного плаз­мой излучения лазера, позволяющие исследовать неоднородную плазму. К недостаткам методов П. следует отне­сти трудоёмкость измерений, слож­ность интерпретации результатов,

невысокую точность (напр., погрешно­сти измерений темп-ры плазмы в луч­ших случаях составляют 3—10%).

• Оптическая пирометрия плазмы, пер. с англ., М., 1960.

В. Н. Колесников.