Тестовая частица - Test particle

В физические теории, а тестовая частица, или же тестовая зарядка, представляет собой идеализированную модель объекта, физические свойства которого (обычно масса, плата, или же размер ) считаются незначительными, за исключением изучаемого свойства, которое считается недостаточным для изменения поведения остальной системы. Концепция пробной частицы часто упрощает проблемы и может дать хорошее приближение для физических явлений. Помимо использования для упрощения динамики системы в определенных пределах, он также используется в качестве диагностики в компьютерное моделирование физических процессов.

Классическая гравитация

Самый простой случай применения пробной частицы возникает в Ньютоновская гравитация. Общее выражение для силы тяжести между любыми двумя точечными массами ${\displaystyle m_{1}}$ и ${\displaystyle m_{2}}$ является:

${\displaystyle F=-G{\frac {m_{1}m_{2}}{|\mathbf {r} _{1}-\mathbf {r} _{2}|^{2}}}}$,

куда ${\displaystyle \mathbf {r} _{1}}$ и ${\displaystyle \mathbf {r} _{2}}$ представляют положение каждой частицы в пространстве. В общем решении этого уравнения обе массы вращаются вокруг своей оси. центр массы р, в этом конкретном случае:^[1]

${\displaystyle \mathbf {R} ={\frac {m_{1}\mathbf {r} _{1}+m_{2}\mathbf {r} _{2}}{m_{1}+m_{2}}}}$.

В случае, когда одна из масс намного больше другой (${\displaystyle m_{1}\gg m_{2}}$), можно предположить, что меньшая масса движется как пробная частица в гравитационное поле генерируется большей массой, которая не ускоряется. Мы можем определить гравитационное поле как

${\displaystyle \mathbf {g} (r)=-{\frac {Gm_{1}}{r^{2}}}{\hat {r}}}$,

с участием ${\displaystyle r}$ как расстояние между массивным объектом и пробной частицей, и ${\displaystyle {\hat {r}}}$ - единичный вектор в направлении от массивного объекта к пробной массе. Второй закон движения Ньютона меньшей массы сводится к

${\displaystyle \mathbf {a} (r)={\frac {F}{m_{2}}}{\hat {r}}=\mathbf {g} (r)}$,

и, следовательно, содержит только одну переменную, для которой решение может быть более легко вычислено. Этот подход дает очень хорошие приближения для многих практических задач, например орбиты спутники, масса которого относительно мала по сравнению с массой Земля.

Электростатика

В симуляциях с электрические поля важнейшей характеристикой пробной частицы является ее электрический заряд и это масса. В этой ситуации его часто называют тестовая зарядка.

Как и в случае классической гравитации, электрическое поле, создаваемое точечным зарядом q определяется

${\displaystyle {\textbf {E}}=k{\frac {q}{r^{2}}}{\hat {r}}}$,

куда k является Кулоновская постоянная.

Умножение этого поля на тестовый заряд ${\displaystyle q_{\textrm {test}}}$ дает электрическую силу (Закон Кулона ), оказываемое полем при тестовом заряде. Обратите внимание, что и сила, и электрическое поле являются векторными величинами, поэтому на положительный пробный заряд будет действовать сила, действующая в направлении электрического поля.

Общая теория относительности

В метрических теориях гравитации, в частности общая теория относительности, пробная частица представляет собой идеализированную модель небольшого объекта, масса которого настолько мала, что не вызывает заметного возмущения окружающей среды. гравитационное поле.

Согласно Уравнения поля Эйнштейна, гравитационное поле локально связано не только с распределением негравитационных масса-энергия, но и к распределению импульс и стресс (например, давление, вязкие напряжения в идеальная жидкость ).

В случае пробных частиц в вакуумный раствор или электровакуумный раствор, это означает, что помимо приливного ускорения, испытываемого небольшими облаками тестовых частиц (вращающихся или нет), прядение тестовые частицы могут испытывать дополнительные ускорения из-за спин-спиновые силы.^[2]

Смотрите также

• Точечная масса
• Точечный сбор

Рекомендации

1. Герберт Гольдштейн (1980). Классическая механика, 2-е изд.. Эддисон-Уэсли. п. 5.
2. Пуассон, Эрик. «Движение точечных частиц в искривленном пространстве-времени». Живые обзоры в теории относительности. Получено 26 марта, 2004.