ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер 80.1: Энергия связи атомных ядер

План решения:

Для определения типа взаимодействия необходимо проанализировать силы, действующие между двумя протонами в ядре атома гелия. Протоны имеют положительный электрический заряд и массу, поэтому на них действуют электромагнитные (кулоновские) и гравитационные силы. Также существуют ядерные силы — сильное и слабое взаимодействие. Нужно оценить, какая из этих сил способна преодолеть электростатическое отталкивание и удержать частицы вместе.

Вычисление и анализ вариантов:

1. Гравитационное взаимодействие: Сила тяготения между элементарными частицами крайне мала. На расстояниях порядка размера ядра (10^-15 м) гравитационная сила примерно в 10³⁶ раз слабее кулоновской. Она не может удержать протоны в ядре.
2. Электромагнитное взаимодействие: Поскольку оба протона заряжены положительно, они отталкиваются друг от друга с силой Кулона: F_эл =kq₁q₂/r². Это взаимодействие стремится разорвать ядро, а не удержать его.
3. Слабое взаимодействие: Отвечает за процессы бета-распада и превращение одних частиц в другие. Его радиус действия очень мал, а интенсивность значительно меньше сильного взаимодействия. Оно не является причиной связывания нуклонов.
4. Сильное взаимодействие: Ядерные силы (остаточное сильное взаимодействие) обладают огромной интенсивностью, превышающей электромагнитную силу примерно в 100 раз на расстояниях до 2-3 фемтометров. Именно эта сила притяжения преодолевает электростатическое отталкивание и обеспечивает устойчивость ядра.

Проверка и вывод:

Сравнивая порядки величин взаимодействий, мы видим, что только сильное взаимодействие обладает достаточной энергией связи для удержания двух протонов в ядре гелия против их взаимного электрического отталкивания. Таким образом, правильный вариант ответа — 3.