1. Пространство и время: понятия, свойства, процедуры количественного описания Понятия пространства и времени

Вид материала

Документы

Содержание § 4. Взаимодействие тел. Третий закон Ньютона Действие и противодействие. Третий закон Ньютона. F1, равна по величине силе, воздействующей на стропы со стороны спортсмена F

Подобный материал:

• А. Закон инерции, 40.83kb.
• Постмодернизм план лекции: Трудность определения понятия «постмодернизм», 404.9kb.
• Воробьева Валентина Константиновна курс лекций, 273.12kb.
• Тема «Материя и движение, пространство и время» имеет важное значение для формирования, 258.39kb.
• Тема 1 основы системной концепции: понятия, сущность, атрибуты программная аннотация, 245.29kb.
• Отребляемые в настоящее время понятия образовательного нормотворчества и образовательных, 374.72kb.
• Анатолия Васильевича Мартынова, известного широкому кругу людей по книга, 5061.34kb.
• Обеспечение производства ЭВМ базовые понятия (сапр/астпп/саит), 710.17kb.
• Факультет электронной техники, пэ-04 курсоваяработ, 220.87kb.
• Линейное пространство, 700.44kb.

§ 4. Взаимодействие тел. Третий закон Ньютона

Действие и противодействие. Третий закон Ньютона.
Область применимости третьего закона Ньютона.

Рис. 4.7. Иллюстрация третьего закона Ньютона. Экстремальные виды спорта (фото Валерия Розова). ссылка скрыта

 


Рис.4.8. К понятию действующей и противодействующей силы. Фото Андрея Белованова.
-express.ru

Действие и противодействие. Третий закон Ньютона. В природе нет односторонних действий, есть исключительно взаимодействия. Третий закон рассматривает взаимодействие тел (материальных точек). Этот закон утверждает, что независимо от природы взаимодействия.

любая пара тел действует друг на друга с силами, равными по величине и направленными в противоположные стороны вдоль прямой, соединяющей эти тела.

Пример. Взаимодействие спортсмена и парашюта (см. рис. 4.7). Сила, воздействующая на спортсмена со стороны строп парашюта F₁, равна по величине силе, воздействующей на стропы со стороны спортсмена F₂. 

Действующая и противодействующая силы имеют следующие особенности:

	эти силы имеют одинаковую физическую природу;
	они равны по величине при любых перемещениях взаимодействующих тел друг относительно друга;
	эти силы приложены к разным телам;
	эти силы направлены вдоль прямой, соединяющей центры (центры масс) взаимодействующих тел.

Пример. Баскетболист, успешно забивший мяч, зависает на кольце (см. рис. 4.8). Силы упругости и тяжести F_упр и F_т, приложенные к баскетболисту, - силы разной природы и поэтому не являются противодействующими с точки зрения третьего закона Ньютона. Противодействующей силе тяжести будет сила гравитационного притяжения Земли баскетболистом F_гр, приложенная к Земле. Противодействующей силе упругости F_упр является аналогичная ей сила - сила упругой деформации F_уд кольца баскетболистом, приложенная к кольцу.




Рис. 4.9. Об особенностях третьего закона Ньютона для электромагнитных взаимодействий

Область применимости третьего закона Ньютона. Всегда ли справедлив третий закон Ньютона в формулировке равенства действия и противодействия? Оказывается, что нет. Третий закон Ньютона при рассмотрении взаимодействия движущихся физических удаленных объектов носит приближенный характер. Это обусловлено конечным, а не мгновенным распространением взаимодействия (сила уже изменилась, но результат ее воздействия, а следовательно, и характер движения частицы еще нет). При непосредственном контактном взаимодействии третий закон Ньютона выполняется строго.

Рассмотрим пример взаимодействия двух положительных зарядов, движущихся в вакууме (см. рис. 4.9). Каждый из них создает вокруг себя электростатическое и магнитное поля. Силы, обусловленные электростатическим взаимодействием, равны по величине, а силы, обусловленные магнитным взаимодействием (силы Лоренца), нет. Напомним, что сила Лоренца равна произведению заряда частицы на векторное произведение векторов скорости и магнитной индукции, т.е. F_л = q·[, B].

 


Евклид (III век до н.э.). Древнегреческий математик

Объяснение этого факта можно дать исходя из закона сохранения импульса системы (см. тему 6), включающего в себя импульс тел и импульс электромагнитного поля. Для замкнутой системы ее общий импульс сохраняется. Следовательно, импульс двух зарядов без учета импульса поля не сохраняется, и суммарная сила, действующая только на эти заряды, не равняется нулю.

Из результатов экспериментов следует, что для заряженных частиц, движущихся со скоростями, много меньшими скорости света, силы, действующие на них со стороны магнитного поля, много меньше сил электрического взаимодействия, и отклонение от третьего закона Ньютона в обычном его понимании не очень существенно.

Из данного примера следует, что изменение импульса системы заряженных частиц нельзя рассматривать независимо от изменения импульса электромагнитного поля, то есть характеристики поля и частицы взаимно связаны. Следовательно, модель несвободной частицы для описания взаимодействия движущихся заряженных частиц нуждается в уточнении.

Для описания движения в такого рода системах можно все же применять модель несвободной частицы, т.е. полагать, что масса и поле есть независимые физические объекты, а взаимодействие между ними учитывать путем изменения свойств пространства. Пространство в таком рассмотрении окажется искривленным и не является евклидовым.