Најважније из лекције
Јака нуклеарна сила: Привлачна сила која држи протоне и неутроне у језгру атома, надјачавајући међусобно електростатичко одбијање протона.
Својства: Најјача сила у природи, врло малог домета (\(\sim 1\text{ fm} = 10^{-15}\text{ m}\)), независна од наелектрисања (\(F_{\text{p}-\text{p}} = F_{\text{n}-\text{n}} = F_{\text{p}-\text{n}}\)), није централна и одликује се засићењем (интеракција само са суседним нуклеонима).
Слаба нуклеарна сила: Сила знатно мањег интензитета од јаке, одговорна за процесе трансформације елементарних честица.
Својства: Најјача сила у природи, врло малог домета (\(\sim 1\text{ fm} = 10^{-15}\text{ m}\)), независна од наелектрисања (\(F_{\text{p}-\text{p}} = F_{\text{n}-\text{n}} = F_{\text{p}-\text{n}}\)), није централна и одликује се засићењем (интеракција само са суседним нуклеонима).
Слаба нуклеарна сила: Сила знатно мањег интензитета од јаке, одговорна за процесе трансформације елементарних честица.
Јака нуклеарна сила је привлачна сила веома високог интензитета која делује између нуклеона (протона и неутрона) и држи их на окупу у језгру атома.
Иако између протона у језгру делују одбојне електростатичке (Кулонове) силе истог наелектрисања, језгро је стабилно зато што је јака нуклеарна сила знатно јача од њих и делује привлачно.
Зашто се протони у атомском језгру не раздвоје услед међусобног електростатичког одбијања?
Протони остају заједно зато што привлачна јака нуклеарна сила надјачава одбојну електростатичку силу између њих на малим растојањима унутар језгра.
Главне карактеристике јаке нуклеарне силе:
- Највећи интензитет у природи: Јача је од свих познатих фундаменталних сила (гравитационе, електростатичке и слабе нуклеарне).
- Изузетно мали домет: Делује само на растојањима упоредивим са димензијама атомског језгра: \[ r \approx 1\text{ fm} = 10^{-15}\text{ m} \]
- Независност од наелектрисања: Интензитет силе не зависи од тога да ли су честице наелектрисане. Сила једнако делује између: \[ \text{протон} - \text{протон} \quad (\text{p}-\text{p}) \] \[ \text{неутрон} - \text{неутрон} \quad (\text{n}-\text{n}) \] \[ \text{протон} - \text{неутрон} \quad (\text{p}-\text{n}) \]
- Није централна сила: Не делује увек дуж праве која спаја центре два нуклеона (за разлику од електростатичке или гравитационе силе).
- Својство засићења: Један нуклеон не интерагује са свим осталим нуклеонима у језгру, већ само са онима који се налазе у његовом непосредном суседству.
Јапански физичар Хидеки Јукава је 1935. године први покушао теоријски да објасни природу и механизам преношења нуклеарних сила, за шта је 1949. године добио Нобелову награду за физику.
Да ли је привлачна нуклеарна сила јача између два протона или између протона и неутрона?
Нуклеарна сила је једнака у оба случаја, јер једна од њених главних особина јесте независност од наелектрисања (врсте нуклеона).
Слаба нуклеарна сила је фундаментална интеракција знатно мањег интензитета од јаке нуклеарне силе, одговорна за процесе трансформације (распада) одређених елементарних честица.
Не треба мешати јаку и слабу нуклеарну силу: јака нуклеарна сила држи језгро на окупу, док слаба омогућава претварање једних субатомских честица у друге.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Које све силе делују између два неутрона у атомском језгру на растојању \(r \approx 10^{-15}\text{ m}\)? Да ли међу њима делује електростатичка сила?
Између два неутрона делује јака нуклеарна сила (као и занемарљиво слаба гравитациона сила). Електростатичка сила не делује, јер неутрони немају наелектрисање (\(q = 0\)).
Задатак 2 (средњи): Шта би се догодило са структуром атомског језгра уколико би се растојање између свих нуклеона повећало са \(10^{-15}\text{ m}\) на \(10^{-10}\text{ m}\) (величину атома)? Образложити одговор.
Језгро би се распало (разлетело). Јака нуклеарна сила има изузетно кратак домет (\(\sim 10^{-15}\text{ m}\)) и на растојању од \(10^{-10}\text{ m}\) њено деловање потпуно нестаје. С друге стране, електростатичка одбојна сила између протона опада спорије са растојањем и надјачала би нуклеарну силу, доводећи до распада језгра.
Задатак 3 (тежак): Наведите три суштинске разлике између јаке нуклеарне силе и електростатичке (Кулонове) силе које се испољавају у атомском језгру.
- Карактер деловања међу протонима: Нуклеарна сила између два протона је привлачна, док је електростатичка одбојна.
- Домет силе: Нуклеарна сила делује само на екстремно малим растојањима (\(\sim 10^{-15}\text{ m}\)), док електростатичка сила има бесконачан домет (опада са квадратом растојања).
- Зависност од наелектрисања: Електростатичка сила зависи од наелектрисања (не делује на неутроне), док јака нуклеарна сила не зависи од наелектрисања и подједнако делује између свих парова нуклеона (\(\text{p}-\text{p}\), \(\text{n}-\text{n}\), \(\text{p}-\text{n}\)).
