物質間的基本作用力
重力
電磁力
強核力
弱核力
發現
蘋果及月球皆受地球重力影響而改變其運動狀態
主要影響
星體運行
作用範圍
趨近於無窮
萬有引力定律
公式
符號
M/m
r
G
Fg = G×M×m / r^2
重力常數
兩質點的質量
兩質點的距離
僅適用於質點
若物體體積甚大
微分
積分
切割物體成許多質點
加總 公式計算後每個質點所受的萬有引力
特例
物體形狀為
均勻空心球殼
均勻實心球體
如乒乓球
如保麗龍球
可將物體的質量全部集中於球心
視為質點來計算萬有引力
SI單位
m^3 × kg^-1 × s^2
因次
L^3 × M^-1 × T^-2
實驗測量
卡文迪許的扭秤實驗
大約數值
重力場
近地重力
公式
Fg = mg0
符號
m
g0
h
Re
物體質量
地表附近的重力加速度
距地表的高度
地球半徑
1kg的物體 在地表附近所受重力稱為1kgw
9.8m / s^2
僅適用於地表
遠地重力
離地心越遠
重力加速度越低
質量m的物體受地球的重力越小
若m與地心的距離為r
m受地球的重力 Fg 和 r^2 成反比
公式
萬有引力 Fg = mg
重力場g = Fg / m
為向量
方向與重力同方向
為導出量
SI單位
N / kg
m / s^2
因次
物理意義
第一個質量M在空間造成的重力扭曲 稱為重力場
再放入第二個質量m 因空間的重力扭曲而受到重力
由SI單位[N/kg]
單位質量所受重力即為重力場
2/3 × 10^-10
相距甚遠的物體
L * T^-2
g = G×M / r^2
由兩個基本量所組成
發現
電賀之間有靜電力
磁鐵之間有磁力
電流(運動的電荷)有磁鐵的現象
整併為電磁力
作用範圍
趨近於無窮
主要影響
化學反應
接觸力
正向力
張力
摩擦力
彈力
磁力
磁鐵與磁力線
在磁鐵的附近灑鐵粉
由鐵粉分布看磁力線特性
N極出發 S極終止
磁力線必為封閉曲線
任兩條磁力線不會有交點
利用磁力線描述磁場
N極與S極必定成對存在
疏密程度
磁場大小
切線方向
磁場方向
靜電力
庫侖定律
公式
Fe = k×Q×q / r^2
圖像
符號
僅適用於點電荷
Q/q
r
k
兩質點的電荷
兩質點的距離
庫侖常數
若帶電體體積甚大
微分
切割帶電體成點電荷
積分
加總 公式計算後每個點電荷所受的靜電力
特例
帶電體形狀為
均勻空心球殼
均勻實心球體
可將電荷集中於球心 視為點電荷
金屬導體帶電後的電荷分布
同性電荷互相排斥
電荷分布於金屬導體的表面
尖端定律
電荷傾向於高密度的聚集在金屬導體的尖銳處
球形
電荷分布在金屬球的表面
圖像
SI單位
N× ｍ^2 / C^2
kg×m^3 / A^2×s^4
因次
L^3 ×Ｍ× I^-2 × T^-4
數值
9 * 10^9
電場
公式
為向量
為導出量
SI單位
因次
物理意義
庫倫靜電力
Fe = qE
電場
E = Fe/q
與庫侖靜電力同向
E = k×Q / r^2
kg×m / A×s^3
L×M× I^-1 ×T^-3
由四個基本量組成
第一個點電荷Q在空間造成的庫侖靜電力扭曲 稱為電場
第二個點電荷q 因空間的的庫侖靜電力扭曲而受到庫侖靜電力
由SI單位[N/C]
單位電荷所受庫侖靜電力即為電場
電荷與電力線
由正電荷所發出/射向負電荷的電力線數與電荷的電能成正比
不一定為封閉曲線
若帶有等量的正負電荷成對存在 則為封閉曲線
電力線由單獨的正電荷向外均勻射出 延伸至無窮遠
由無窮遠處向內均勻射向單獨的負電荷
電荷周圍有電力線產生
正電荷和負電荷可單獨存在
利用電力線描述電場
切線方向
疏密程度
電場方向
電場大小
發現
作用範圍
主要影響
質子之間距離極小 存在甚大的靜電斥力
而原子核穩定存在
湯川秀樹
提出核子之間存在強核力
提供比庫倫靜電力更大的吸引力
核子
質子
中子
10^-15
使核子聚集形成原子核
超出範圍則快速遞減 趨近於0
發現
作用範圍
主要影響
β衰變
單獨的中子不穩定 會自動衰變
中子 → 質子 + 電子 +反微中子
無法用另外三種力來解釋
10^-16
使原子核產生?