Mexaniki qüvvələr

Mexaniki qüvvələr — Təbiətdə müxtəlif növ qüvvələrə rast gəlinir: cazibə qüvvəsi, elektrik və maqnit qüvvələri, elastik qüvvə, səthi gərilmə qüvvəsi, sürtünmə qüvvəsi və s. Sadaladığımız bu qüvvələrin adları onların təzahür formaları ilə əlaqədardır. Məsələn, səthləri bir-birinə toxunan iki cisimdən biri digərinə nəzərən nisbi hərəkət edərsə onlar arasında yaranan təsir qüvvəsi sürtünmə qüvvəsi, uzanmış elastiki cismi ilk vəziyyətə qaytarmağa çalışan qüvvə elastiki qüvvə, sükunətdə olan iki yüklü hissəcik arasında yaranan təsir qüvvəsi elektrik qüvvəsi adlanır. Lakin hadisələrin mahiyyəti ilə dərindən tanış olduqda adını çəkdiyimiz bu üç qüvvənin eyni bir təbiətə — elektromaqnit təbiətinə malik olduğuna inanmaq olar. Meydanagəlmə xüsusiyyətlərinə görə qüvvələri iki qrupa bölmək olar: birbaşa təmasla meydanagələn qüvvələr və sahə qüvvələri. Deyilənləri əyani təsəvvür etmək üçün şəkil 1-ə nəzər salaq. Yayı uzatmaq və arabacığı hərəkət etdirmək üçün yayı və arabacığı dartmaq, qol vurmaq üçün isə topa birbaşa zərbə endirmək lazımdır. Göründüyü kimi, hər üç halda yalnız təsirə məruz qalan cisimlə birbaşa təmasda olmaqla onları hərəkətə gətirmək mümkündür.

Bununla bərabər birbaşa təmasda olmayan cisimlər arasında da təsir qüvvələri mövcuddur. Məsələn, bir-birindən kifayət qədər uzaqda yerləşmiş göy cisimləri arasında, müxtəlif işarəli elektrik yükləri daşıyan cisimlər arasında, dəmirlə maqnit arasında qarşılıqlı təsir qüvvələrinin mövcud olduğu hər kəsə məlumdur.

Təsir göstərən bütün qüvvələri təbiətlərinə görə qruplaşdırsaq təbiətdə cəmi dörd növ qüvvənin mövcud olması nəticəsinə gələrik. Fundamental qüvvələr adlanan həmin qüvvələr bunlardır

Qravitasiya (cazibə) qüvvəsi

Qravitasiya qüvvəsi universal qüvvədir. Bu qüvvə istər neytral cisimlər, istərsə də elektrik yüklü cisimlər arasında mövcuddur. Qravitasiya qüvvəsinin qarşılıqlı təsirdə olan cisimlərin kütlələrindən və onlar arasındakı məsafədən asılılığı hələ XVII əsrdə Nyuton tərəfindən müəyyənləşdirilməsinə baxmayaraq onun təbiəti bu günədək tam aydın deyildir.

Qravitasiya qarşılıqlı təsir hələlik belə izah edilir: hər bir cisim, məsələn Şəkil 2-dəki 1-cismi öz ətrafında qravitasiya sahəsi yaradır. Bu sahəyə gətirilmiş istənilən digər cismə (Şəkil 2-dəki ikinci cismə) sahə tərəfindən ${\vec {F_{2}}}$ qravitasiya qüvvəsi təsir edir. Yaxud bunun tərsi: 2 cismi öz ətrafında qravitasiya sahəsi yaradır, bu sahədəki 1 cisminə sahə tərəfindən ${\vec {F_{1}}}$qüvvəsi təsir edir. Nyutonun üçüncü qanununa müvafiq olaraq bu qüvvələr qiymətcə bərabər, istiqamətcə əksdirlər: ${\vec {F_{1}}}=-{\vec {F_{2}}}$

Qravitasiya qüvvəsi uzaq təsirli qüvvədir. Çünki bu qüvvənin qiyməti məsafənin kvadratı ilə tərs mütənasib olduğundan onun təsir radiusu kifayət qədər böyükdür. Qravitasiya qüvvəsi 4 növ fundamental qüvvələrdən ən zəifidir.

Elektromaqnit qüvvə

Elektromaqnit qarşılıqlı təsir qüvvəsi elektrik yüklü hissəciklər arasında mövcuddur. Başqa sözlə desək, bu qüvvə yüklərin elektrik və maqnit qarşılıqlı təsir qüvvəsidir.Elektromaqnit qüvvəsinin təsiri elektromaqnit sahəsi vasitəsilə olur. Məsələn, sükunətdə olan iki yüklü hissəcik arasında mövcud olan Kulon qarşılıqlı təsiri (cazibə, yaxud itələmə) bu yüklər tərəfindən yaradılan elektrostatik sahə vasitəsilə reallaşır. Hərəkətdə olan elektrik yükləri arasındakı qarşılıqlı təsir isə bu yüklərin yaratdığı cərəyanın maqnit sahəsi vasitəsilə olur. Qravitasiya qüvvəsi həmişə cazibə qüvvəsi olduğu halda, elektromaqnit qarşılıqlı təsir qüvvəsi cazibə və itələmə təsiri yaradır. Elektromaqnit qarşılıqlı təsir qüvvəsi də məsafənin kvadratı ilə tərs mütənasib olduğundan uzaqtəsirlidir. Bu qüvvə qravitasiy qüvvəsindən çox böyükdür. Buna kiçik hesablama aparmaqla inanmaqolar. Sükunət kütləsi $m_{0}=9,1\cdot 10^{-31}kq$ olan və vakuumda yerləşmiş iki elektron arasındakı qravitasiya qüvvəsinin elektrik qüvvəsinə nisbəti

${\frac {F_{1}}{F_{2}}}=G{\frac {{m_{0}}^{2}}{r^{2}}}:{\frac {e^{2}}{4\pi \varepsilon _{0}{r}^{2}}}={\frac {e^{2}}{4\pi \varepsilon _{0}G{m_{0}}^{2}}}\cong 10^{-43}$ olur.

Deməli, müəyyən məsafədə yerləşən iki elektron arasındakı elektrostatik qüvvə onlar arasındakı qravitasiya qüvvəsindən müqayisə olunmayacaq ($10^{43}$ dəfə) dərəcədə böyükdür. Bu səbəbdən yüklü hissəciklərin qarşılıqlı təsirini öyrənərkən onlar arasındakı qravitasiya qüvvəsini nəzərə almamaq olar. Elektromaqnit qüvvələrinin təsir sahəsi çox genişdir. Bu qüvvələr demək olar ki, hər yerdə həlledici rol oynayır. Atom və molekulun quruluşunun müəyyənləşməsində, ümumiyyətlə maddənin bütün aqreqat hallarının mövcudluğunda elektromaqnit qüvvələrinin böyük rolu danılmazdır.

Nüvə qüvvələri, yaxud güclü qarşılıqlı təsir qüvvəsi

Güclü qarşılıqlı təsir qüvvəsi nüvədəki neytron və protonlar arasındakı təsir qüvvəsidir. Elə buna görə də həmin qüvvəni çox zaman nüvə qüvvəsi adlandırırlar. Buradan heç də belə nəticə çıxarmaq olmaz ki, güclü qarşılıqlı təsir qüvvəsi yalnız nüvə daxilində, özü də neytron və proton arasında mövcuddur. Güclü qarşılıqlı təsir qüvvəsinin təsir radiusu çox kiçikdir, yalnız hissəciklər arasında $10^{-13}$ sm tərtibli məsafədə təsir göstərir, başqa sözlə desək yalnız atom nüvəsi hüdudlarında təsir göstərir. Hissəciklər arasındakı məsafə$10^{-11}$ sm məsafəyədək böyüdükdə, yəni bu məsafə atom radiusunun min mislinə bərabər olduqda güclü qarşılıqlı təsir qüvvəsi demək olar ki sıfırdır.Şübhəsiz ki, hissəciklər arasındakı məsafə $10^{-11}$ santimetrdən böyük olduğu bütün hallarda

güclü qarşılıqlı təsir qüvvəsindən söhbət gedə bilməz. Təsir radiusu kiçik olduğundan bu qüvvə yaxıntəsirli qüvvə adlanır. Güclü qarşılıqlı təsir qüvvəsi fundamental qüvvələrin adını çəkdiyimiz hər ikisinə (qravitasiya və elektromaqnit) nəzərən böyükdür. Ümumiyyətlə, güclü qarşılıqlı təsir qüvvəsi təbiətdə mövcud olan fundamental qüvvələrdən

ən böyüyüdür. Elə bu səbəbə görə nüvə daxilindəki protonlar arasındakı itələmə qüvvəsi (elektrostatik təsir qüvvəsi) onlar arasındakı nüvə qüvvəsinə (cəzb) üstün gələ bilmir. Əks halda nüvədəki protonlar bir-birini itələyərək nüvənin dayanıqlığını pozardı. Güclü qarşılıqlı təsir qüvvəsi də qravitasiya qüvvəsi kimi hissəciklərin elektrik yüklü olub-olmamasından asılı deyildir.

Zəif qarşılıqlı təsir qüvvəsi

Zəif qarşılıqlı təsir qüvvəsi elementar hissəciklərin qarşılıqlı çevrilməsi zamanı təsir göstərən qüvvədir. Bu qüvvə qravitasiya qüvvəsindən böyük olsa da elektromaqnit qarşılıqlı təsir qüvvəsindən çox kiçikdir. Zəif qarşılıqlı təsir qüvvəsi də qısa radiuslu (yaxın təsirli) qüvvədir. Onun təsir radiusu $10^{-15}$ sm-dən kiçikdir. Qeyd etdiyimiz kimi, nüvə qüvvəsi fundamental qüvvələr içərisində ən güclüdür.

İntensivliyinə görə bu qüvvə elektromaqnit qüvvəsindən 100, zəif qarşılıqlı təsir qüvvəsindən $10^{16}$, qravitasiya qüvvəsindən isə $10^{45}$ dəfə böyükdür.

Təsir məsafələri çox kiçik olan güclü və zəif qarşılıqlı təsir qüvvələri Nyuton mexanikasında heç bir rol oynamır. Bunun səbəbi odur ki, güclü və zəif qarşılıqlı təsir qüvvələrinin mövcud olduqları çox kiçik oblastlarda Nyuton mexanikası və onun qanunları tətbiq oluna bilmir. Nyuton mexanikası yalnız qravitasiya və elektromaqnit qüvvələrinin təsiri ilə baş verən hərəkətləri öyrənməklə məşğuldur.

XX əsrin ortalarında alimlər 4 növ fundamental qüvvələri vahid baxımdan izah etmək məqsədilə vahid sahə nəzəriyyəsi yaratmaq cəhdləri etmişlər. Lakin bu istiqamətdə atılmış addımlar hələlik cəhd olaraq qalır. Müəyyən müvəffəqiyyət qazanmış nəzəriyyələrdən biri Salam-Vaynberq nəzəriyyəsidir. 1967–1968-ci illərdə bir-birindən asılı olmayaraq A.Salam və S.Vaynberq tərəfindən yaradılmış bu nəzəriyyə elektromaqnit və zəif qarşılıqlı təsirin vahid sahə nəzəriyyəsidir.