Номер 4, страница 83 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

4. Расскажите о свойствах сил, с которыми тела взаимодействуют друг с другом. Проиллюстрируйте ваш ответ примерами.

Силы, с которыми тела взаимодействуют друг с другом, описываются третьим законом Ньютона. Этот закон и определяет основные свойства таких сил.

1. Парность, равенство модулей и противоположность направлений

Согласно третьему закону Ньютона, силы, с которыми два тела действуют друг на друга, всегда равны по модулю (величине) и направлены вдоль одной прямой в противоположные стороны. Это можно выразить векторной формулой: $\vec{F}_{12} = -\vec{F}_{21}$, где $\vec{F}_{12}$ — это сила, действующая на первое тело со стороны второго, а $\vec{F}_{21}$ — сила, действующая на второе тело со стороны первого. Из этого следует, что силы всегда возникают парами (не бывает действия без противодействия) и их модули равны: $|\vec{F}_{12}| = |\vec{F}_{21}|$.

Пример: Когда человек отталкивается от земли, чтобы прыгнуть, он действует на землю с силой, направленной вниз. Одновременно земля действует на человека с точно такой же по модулю силой, но направленной вверх. Именно эта сила со стороны земли и подбрасывает человека в воздух.

Ответ: Силы взаимодействия тел всегда парные, равны по модулю и противоположны по направлению ($\vec{F}_{12} = -\vec{F}_{21}$).

2. Приложение сил к разным телам

Ключевым свойством является то, что силы действия и противодействия приложены к разным телам. Сила $\vec{F}_{12}$ приложена к первому телу, а сила $\vec{F}_{21}$ — ко второму. По этой причине они никогда не могут уравновесить (скомпенсировать) друг друга в рамках рассмотрения движения одного тела. Каждая из этих сил вызывает или изменяет движение только того тела, к которому она приложена, в соответствии со вторым законом Ньютона ($ \vec{a} = \vec{F}/m $).

Пример: Земля притягивает к себе находящийся на орбите спутник с силой $\vec{F}_{ЗС}$. В то же время спутник притягивает к себе Землю с силой $\vec{F}_{СЗ}$. Эти силы равны по модулю, но приложены к разным телам. Сила $\vec{F}_{ЗС}$ заставляет спутник двигаться по круговой орбите, а равная ей сила $\vec{F}_{СЗ}$, приложенная к огромной по массе Земле, вызывает лишь ничтожно малое ее смещение.

Ответ: Силы действия и противодействия приложены к разным взаимодействующим телам и поэтому не уравновешивают друг друга.

3. Единая физическая природа сил

Силы действия и противодействия всегда имеют одинаковую физическую природу. Если одна из сил является гравитационной, то и вторая сила в паре будет гравитационной. Если одна сила — электромагнитная (например, сила упругости, сила трения, сила отталкивания магнитов), то и вторая будет электромагнитной.

Пример: Когда книга лежит на столе, она давит на него с силой (весом), которая по своей природе является силой упругости (электромагнитное взаимодействие деформированных атомов). Стол, в свою очередь, действует на книгу с силой нормальной реакции, которая также является силой упругости. Обе силы в этой паре имеют электромагнитную природу.

Ответ: Силы, составляющие пару "действие-противодействие", всегда имеют одну и ту же физическую природу.