Почему для определения силы Лоренца и силы Ампера используется метод левой руки?

3 Answers

1. 0 Votes 0 Votes  0 Votes

   Для нахождения силы Лоренца и силы Ампера используется правило левой руки, потому что они оба связаны с векторным произведением двух векторов. Векторное произведение имеет свойства, которые можно наглядно представить при помощи правила левой руки. Например, если указательный палец представляет направление первого вектора, средний палец — направление второго вектора, то большой палец будет указывать на направление векторного произведения. Таким образом, с помощью правила левой руки можно быстро определить направление силы Лоренца или силы Ампера.

   - Дек 22, 2023 | Ответить

2. 0 Votes 0 Votes  0 Votes

   Пришлось утомляться, реагируя на однотипные сомнения неудачливых школьников. Им не хочется позаботиться о прочтении пособия по физике, где данная тема представлена и детально изложена.

   - Янв 23, 2024 | Ответить

3. 0 Votes 0 Votes  0 Votes

   На мой взгляд, существуют два ответа на данный вопрос — простой и сложный.
   Простой ответ заключается в использовании мнемонического правила, которое помогает определить направление силы Ампера или силы Лоренца, действующей на положительные частицы. Однако это правило не объясняет, почему для силы Лоренца, действующей на отрицательные частицы со стороны магнитного поля, можно также использовать правило правой руки и получить правильный результат.
   Прежде чем рассматривать сложный ответ, давайте немного вспомним историю физики и законы нарушения четности. Многие из нас знают, что левая перчатка никогда не превратится в правую, даже если ее повернуть в пространстве. Единственным способом сделать из левой перчатки правую и наоборот является ее вывертывание наизнанку. Математики и физики осознали, что наше трехмерное пространство можно описать как правой, так и левой системой координат, которые не могут быть преобразованы друг в друга обычными поворотами, а только через «вывертывание наизнанку» или инверсию. Было понятно, что обе системы координат равноценны для математического описания физических процессов. Физики считали, что природе не важно, в какой системе координат мы работаем, и это свойство было названо законом сохранения пространственной четности или P-четностью. Было также установлено, что в правой системе координат:
   1) Для того чтобы угол был положительным, его нужно откладывать против часовой стрелки.
   2) В работе применяется правило правого винта.
   3) Для определения направления векторного произведения используется правило левой руки.
   Соответственно, в левой системе координат все наоборот: для положительного направления необходимо откладывать угол по часовой стрелке, применяется правило левого винта, и используется правило правой руки.
   Согласно соглашению среди физиков, было решено использовать только правую систему координат (так как мы живем в мире правшей), если не указано обратное. Именно поэтому мы всегда откладываем угол против часовой стрелки (если кто-то делает это в обратную сторону и не учитывает знак угла, то это считается неправильным), применяем правило правого винта и правило левой руки. Причем, до 1956 года так и думали. Однако в 1956 году были проведены эксперименты, которые показали, что природа различает «правое» и «левое» (https://ru.wikipedia.org/wiki/Опыт_Ву). Чтобы вернуть симметрию, в 1957 году Ландау предложил понятие CP-четности. Еще с 1932 года было известно, что треки позитронов легко перепутать с треками электронов. Для этого достаточно ошибочно считать, что электрон влетает в камеру Вильсона в точке, где вылетит позитрон, а вылетает из камеры в точке, где позитрон наоборот влетает. Также существует еще один вариант ошибки для криворуких и неаккуратных экспериментаторов – достаточно просто перевернуть негатив фотографии трека позитрона с другой стороны. Суть CP-четности заключается в том, что если заменить частицы на античастицы (у которых другие заряды) и поменять между собой право и лево, то движение таких античастиц не будет отличаться от движения обычных частиц в нашем пространстве. Это означает, что процедура замены всех частиц во Вселенной античастицами равносильна инверсии, то есть выворачиванию Вселенной наизнанку. Именно поэтому для определения силы Лоренца для отрицательных частиц правильно работает правило правой руки. Ведь это согласуется с CP-четностью. В 1967 году экспериментально было продемонстрировано нарушение CP-четности в природе при некоторых условиях (https://ru.wikipedia.org/wiki/Нарушение_CP-инвариантности). На данный момент считается, что во Вселенной должна выполняться CPT-симметрия, то есть к комбинированной четности добавляется инверсия времени. Большинство физических моделей, начиная от специальной теории относительности и заканчивая квантовой теорией поля, требуют сохранения CPT-четности.
   PS. Лично я выражаю свое недовольство тем, что учителя физики часто учат детей правилу правой руки при изучении отрицательных частиц. Мне кажется, что это правило как будто пришло из другой реальности. Если уж этому правилу учат, то было бы хорошо дополнительно объяснять детям, что оно на самом деле коренится в нарушении P- и CP-симметрии. Не помешает хотя бы немного осветить эту тему.

   - Фев 16, 2024 | Ответить