핵력
원자의 핵은 핵자로 구성되어 있습니다.
핵자가 모여서 원자핵을 형성하게 하는 상호 작용은 핵력 또는 핵 상호 작용입니다.
핵이 무엇을 가지고 있고 그 구조를 아는 것은 핵력이 무엇인지 아는 것과 같습니다.
원자핵을 구성하는 상호 작용인 핵력을 살펴보고 전자 집합으로 구성된 원자와 비교해 봅시다.
원자를 형성하는 전자 사이의 상호작용은 전자를 핵으로 끌어당기는 전기력이다.
전기는 핵과 전자 사이뿐만 아니라 전자 사이에도 작용하기 때문에 원자의 구조를 자세히 이해하기 위해서는 전자 사이의 상호작용을 고려하는 것이 나쁠 것이 없다.
따라서 원자를 구성하는 전자에 작용하는 힘은 전자를 핵으로 끌어당기는 1차 근사 전기력이라고 할 수 있다.
이 상호 작용은 힘의 법칙 또는 위치 에너지로 표현될 수 있습니다.
예를 들어, 간단한 1차원 방정식에서 탄성력은 F(x) = -kr(6.1)과 같은 힘의 법칙으로 표현되고, (6.2)와 같은 전위로 표현됩니다.
이 둘 사이에는 관계(6.3)가 성립합니다.
따라서 식 (6.3)에 따르면 멱법칙이 주어지면 위치에너지를 아는 것과 같고 위치에너지가 주어지면 멱법칙을 아는 것과 같다.
따라서 물리학 서적에서는 위치에너지와 힘이 상호작용을 말하며 설명할 때 특별한 조건 없이 혼용하여 사용한다.
식 (6.1)로 표현되는 탄성력은 P=-2라고 하는데, 이는 스프링에 연결된 문제 제품이 원점에서 2주크 아래로 이동할 때 바람을 끌어당기는 스프링의 탄성력이다.
따라서 왼쪽에는 크기 26의 힘이 있습니다.
또는 물체가 원점에서 왼쪽으로 -2만큼 이동할 때 물체에 작용하는 용수철의 탄성력은 오른쪽 그림의 탄성력의 퍼텐셜이고 그 크기는 26이다.
한편, 탄성력의 위치 에너지를 나타내는 식 (6.2)를 플롯하면 그림 6.1과 같다.
그러나 식(6.3)에서 보는 바와 같이 2에 대한 포텐셜 미분의 음의 값, 즉 기울기의 음의 값은 그 위치에서의 힘을 나타낸다.
따라서 그림 61에서 2>0인 원점의 오른쪽은 기울기가 0보다 크기 때문에 힘은 0보다 작아서 왼쪽으로 작용하고, 2<0인 원점의 왼쪽은 기울기가 0보다 작으므로 힘은 0보다 크고 왼쪽으로 작용하고 오른쪽으로 작용한다.
무엇을 해야할지 알 수 있습니다.
즉 위치 에너지의 함수 모양을 보면 이 위치 에너지가 나타내는 힘의 크기와 방향을 알 수 있다.
고전 역학의 운동 법칙인 뉴턴의 운동 방정식(6.4)은 거시 세계에서 움직이는 물체의 운동을 설명하는 데 사용됩니다.
뉴턴의 운동 방정식은 질량 m2에 작용하는 힘을 사용합니다.
그러나 미시세계에서 움직이는 물체의 운동을 설명하기 위해서는 양자역학의 운동법칙인 슈뢰딩거 방정식(6.5)이 적용된다.
이러한 방식으로 미세한 세척제를 다루는 양자 역학적 운동 방정식에서 더 이상 힘이 사용되지 않고 위치 에너지만 필요합니다.
그러나 이 위치 에너지를 설명할 때 위치 에너지의 미분을 힘이라고 할 수 있습니다.
이제 원자나 핵과 같이 많은 입자가 시스템을 형성할 때 운동 방정식이 어떻게 적용되는지 살펴보겠습니다.
문제를 단순화하기 위해 그림 6.2와 같이 3개의 입자로 구성되어 있다고 생각하면 이들 입자에 작용하는 힘은 외력과 내력으로 나눌 수 있으며 구조에 작용하는 외력과 내력이 있다.
힘은 두 물체 사이의 상호 작용에 의해 생성됩니다.
따라서 물체에 작용하는 힘에 대해 말할 때 물체 A가 힘 F를 가한다고 말하는 것보다 물체 B가 물체 A에 힘 F를 가한다고 말하는 것이 더 정확합니다.
그러면 물체 A와 B가 상호 작용하기 때문에 힘이 작용한다는 것을 알 수 있습니다.
물체 B가 물체 A에 힘을 가하면 물체 B가 물체 A와 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 가하는 것을 금방 알 수 있습니다.
이것이 뉴턴의 작용-반작용 법칙입니다.
힘을 외력과 내력으로 나눌 때 외력은 계에 속한 물체가 계에 속하지 않은 물체와 상호작용할 때 받는 힘을 말하며, 내력은 물체가 계와 상호작용할 때 받는 힘을 말한다.
객체. 따라서 원자에 속한 전자군을 계라고 하면 계에 속하지 않은 원자핵이 전자를 끌어당기는 힘이 계에 속한 전자에 작용하는 외력이다.
계에 속하는 전자들 간의 상호작용에 의해 발생하는 힘은 계에 속하는 전자들에 작용하는 내력이며, 다물체계에 적용할 수 있는 뉴턴의 운동방정식은 입자마다 하나씩 성립된다.
따라서 시스템의 입자 수가 3개이면 풀어야 하는 뉴턴의 운동 방정식 수도 3개입니다.
그러나 그림 6.2의 왼쪽과 같이 입자에 외력이 하나만 작용한다면 입자에 작용하는 힘은 입자의 위치 벡터에만 의존한다.
여기서 F는 첫 번째 입자에 작용하는 합력이며 첫 번째 입자의 위치 벡터에만 의존한다고 규정하고 다른 입자에 작용하는 힘은 같다.
그러나 입자가 의지력만을 수용할 때 (6.6)의 세 방정식은 입자의 위치 벡터에만 의존하는 독립 방정식이므로 하나씩 풀 수 있습니다.
(6.6)의 세 식은 모두 같은 형태의 미분방정식이므로 그 중 하나만 풀고 다른 초기조건을 사용하면 된다.
따라서 많은 입자 집합으로 구성된 시스템의 문제가 주어져도 시스템에 속한 입자가 외부 힘만 받는 경우 문제는 다중 입자 문제가 아닌 단일 입자 문제를 해결하는 것이 됩니다.
그러나 다입자계에 속하는 입자에 내력이 작용한다면 외력만 작용할 때처럼 문제가 간단하지 않다.
내부 힘이 작용할 때 뉴턴의 운동 방정식은 (6.6)과 유사합니다.
내부 힘을 받아들이는 방정식 (6.7)과 외부 힘만 받아들이는 방정식 (6.6)의 차이점은 외부 힘이 있을 때 입자 힘은 입자 자신의 표면 벡터와 다른 입자의 위치 벡터에만 의존한다는 것입니다.
각 입자가 경험하는 합력이 첫 번째 입자가 경험하는 합력 1과 같이 내부 힘인 경우 입자 자신의 위치 벡터뿐만 아니라 위치 벡터 시스템의 다른 입자에도 의존합니다.
이 경우, 수학식 6.7을 풀기 위해서는 수학식 6.6과 같이 각 방정식을 개별적으로 푸는 것이 아니라, 수학식 6.7에 포함된 3개의 방정식을 모두 하나의 시스템으로 동시에 풀어야 한다.