Bodová částice - Point particle - Wikipedia

A bodová částice (ideální částice[1] nebo bodová částice, často hláskované bodová částice) je idealizace z částice silně používán v fyzika. Jeho charakteristickým rysem je, že mu chybí prostor rozšíření; bytost bezrozměrný, nezabírá prostor.[2] Bodová částice je vhodnou reprezentací libovolného objektu, kdykoli je jeho velikost, tvar a struktura v daném kontextu irelevantní. Například z dostatečně velké vzdálenosti bude jakýkoli objekt konečné velikosti vypadat a chovat se jako bodový objekt. Bodovou částici lze také v případě pohybujícího se tělesa označit z hlediska fyziky.

V teorii gravitace, fyzici často diskutují a bodová hmotnost, což znamená bodovou částici s nenulovou hodnotou Hmotnost a žádné další vlastnosti nebo struktura. Stejně tak v elektromagnetismus, fyzici diskutují o bodový náboj, bodová částice s nenulovou hodnotou nabít.[3]

Někdy se díky specifickým kombinacím vlastností chovají rozšířené objekty jako bodové i v jejich bezprostřední blízkosti. Například sférické objekty interagující v 3-dimenzionální prostor jejichž interakce popisuje zákon inverzního čtverce chovat se tak, jako by veškerá jejich hmota byla soustředěna v jejich centra hmoty.[Citace je zapotřebí ] v Newtonova gravitace a klasické elektromagnetismus například příslušné pole vně sférického objektu jsou totožné s těly bodové částice se stejným nábojem / hmotou umístěné ve středu koule.[4][5]

v kvantová mechanika, pojem bodové částice komplikuje Heisenbergův princip nejistoty, protože i elementární částice, bez vnitřní struktury, zaujímá nenulovou hlasitost. Například atomová oběžná dráha z elektron v atom vodíku zabírá objem ~ 10−30 m3. Existuje nicméně rozdíl mezi elementárními částicemi, jako jsou elektrony nebo kvarky, které nemají žádnou známou vnitřní strukturu, versus složené částice jako protony, které mají vnitřní strukturu: Proton je tvořen třemi kvarky.

Elementární částice se někdy nazývají „bodové částice“, ale je to v jiném smyslu, než jak je uvedeno výše.

Majetek soustředěný v jednom bodě

Když má bodová částice aditivní vlastnost, jako je hmotnost nebo náboj, koncentrovaná v jediném bodě v prostoru, může to být reprezentováno Diracova delta funkce.

Fyzická bodová hmota

Příklad bodové hmotnosti znázorněné na a mřížka. Šedou hmotu lze zjednodušit na bodovou hmotu (černá kruh ). Stává se praktické představovat bodovou hmotu jako malou kruh, nebo tečka, jako skutečný směřovat je neviditelný.

Bodová hmota (bodová hmota) je pojem, například v klasická fyzika, fyzického objektu (obvykle hmota ), který má nenulovou hmotnost, a přesto výslovně a konkrétně je (nebo je považován za nebo modelován jako) infinitezimální (nekonečně malý) ve svém objemu nebo lineární rozměry.

aplikace

Běžné použití pro bodovou hmotnost spočívá v analýze gravitační pole. Při analýze gravitačních sil v systému je nemožné počítat s každou jednotkou Hmotnost jednotlivě. Sféricky symetrické těleso však gravitačně ovlivňuje vnější objekty, jako by veškerá jeho hmota byla soustředěna ve středu.

Hmotnost pravděpodobného bodu

A bodová hmotnost v pravděpodobnost a statistika neodkazuje na hmotu ve smyslu fyziky, ale spíše na konečnou nenulovou pravděpodobnost, která je soustředěna v bodě v rozdělení pravděpodobnosti hmoty, kde existuje nesouvislý segment v a funkce hustoty pravděpodobnosti. Pro výpočet takové bodové hmotnosti, an integrace se provádí v celém rozsahu náhodná proměnná, na hustotě pravděpodobnosti spojité části. Po vyrovnání tohoto integrálu na 1 lze najít bodovou hmotnost dalším výpočtem.

Bodový poplatek

Skalární potenciál bodového náboje krátce po opuštění dipólového magnetu, pohybující se zleva doprava.

A bodový náboj je idealizovaný model částice, která má elektrický náboj. Bodový náboj je elektrický náboj při a matematický bod bez rozměrů.

Základní rovnice z elektrostatika je Coulombův zákon, který popisuje elektrickou sílu mezi dvěma bodovými náboji. The elektrické pole spojený s klasickým bodovým nábojem se zvyšuje do nekonečna, jak se vzdálenost od bodového náboje zmenšuje směrem k nula výroba energie (tedy hmotnosti) bodového náboje nekonečný.

Earnshawova věta uvádí, že výběr bodových poplatků nelze udržovat v rovnováha konfigurace pouze elektrostatickou interakcí nábojů.

V kvantové mechanice

Proton je kombinace dvou kvarky a jeden dolů kvark, drží pohromadě gluony.
Hlavní článek: Elementární částice

v kvantová mechanika, je rozdíl mezi elementární částice (nazývané také „bodová částice“) a a složená částice. Elementární částice, například elektron, tvaroh nebo foton, je částice bez vnitřní struktury. Zatímco složená částice, jako je a proton nebo neutron, má vnitřní strukturu (viz obrázek). Elementární ani kompozitní částice však nejsou prostorově lokalizovány, protože Heisenbergův princip nejistoty. Částice balíček vždy zaujímá nenulovou hlasitost. Například viz atomová oběžná dráha: Elektron je elementární částice, ale jeho kvantové stavy tvoří trojrozměrné vzory.

Existuje však dobrý důvod, že elementární částice se často nazývá bodová částice. I když má elementární částice delokalizovaný balíček vln, balíček vln může být reprezentován jako kvantová superpozice z kvantové stavy kde je částice přesně lokalizována. Navíc interakce částice lze reprezentovat jako superpozici interakcí jednotlivých stavů, které jsou lokalizovány. To neplatí pro složenou částici, kterou nelze nikdy představovat jako superpozici přesně lokalizovaných kvantových stavů. V tomto smyslu mohou fyzici diskutovat o vnitřní „velikosti“ částice: o velikosti její vnitřní struktury, nikoli o velikosti jejího balíčku vln. „Velikost“ elementární částice je v tomto smyslu přesně nula.

Například u elektronu experimentální důkazy ukazují, že velikost elektronu je menší než 10−18 m.[6] To odpovídá očekávané hodnotě přesně nula. (To by nemělo být zaměňováno s klasický elektronový poloměr, který navzdory jménu nesouvisí se skutečnou velikostí elektronu.)

Viz také

Poznámky a odkazy

Poznámky

  1. ^ H. C. Ohanian, J. T. Markert (2007), str. 3.
  2. ^ F. E. Udwadia, R. E. Kalaba (2007), str. 1.
  3. ^ R. Snieder (2001), s. 196–198.
  4. ^ I. Newton, I. B Cohen, A. Whitmann (1999), str. 956 (Proposition 75, Theorem 35).
  5. ^ I. Newton, A. Motte, J. Machin (1729), str. 270–271.
  6. ^ "Přesnost kolíků dolů magnetismu elektronu".

Bibliografie

Další čtení