Номер 1, страница 107 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Механика. Глава 4. Законы сохранения в механике. Параграф 20. Импульс тела и второй закон Ньютона. Вопросы - номер 1, страница 107.

Условие.

1. Почему импульс тела или частицы является универсальной характеристикой физического объекта?

Решение.

1. Импульс тела или частицы является универсальной характеристикой физического объекта по нескольким фундаментальным причинам, которые проявляются на всех уровнях изучения природы — от классической механики до квантовой теории поля.

Во-первых, импульс присущ любому объекту. Любой физический объект, обладающий массой и движущийся со скоростью, имеет импульс ($ \vec{p} = m\vec{v} $ в классическом случае). Это понятие обобщается и на релятивистские объекты (движущиеся со скоростями, близкими к скорости света), и даже на безмассовые частицы, такие как фотоны. Универсальность здесь в том, что для описания механического состояния любого объекта, будь то планета, атом или квант света, используется понятие импульса. Это отличает его, например, от электрического заряда, который есть не у всех частиц.

Во-вторых, импульс подчиняется фундаментальному закону сохранения. Закон сохранения импульса гласит, что в замкнутой системе (то есть в системе, на которую не действуют внешние силы) суммарный импульс всех ее составляющих остается неизменным. Этот закон является одним из самых общих и незыблемых в физике. Он выполняется при любых взаимодействиях: гравитационных, электромагнитных, сильных и слабых. Именно сохранение импульса позволяет анализировать столкновения частиц, работу реактивных двигателей и движение небесных тел.

В-третьих, импульс напрямую связан с понятием силы. Наиболее общая форма второго закона Ньютона гласит, что скорость изменения импульса объекта равна равнодействующей всех приложенных к нему внешних сил ($ \vec{F} = \frac{d\vec{p}}{dt} $). Эта формулировка универсальнее, чем $ \vec{F} = m\vec{a} $, поскольку она работает и для систем с переменной массой, и в релятивистской механике.

Наконец, сохранение импульса является следствием фундаментальной симметрии пространства. Согласно теореме Эмми Нётер, каждому закону сохранения соответствует определенная симметрия физических законов. Закон сохранения импульса является следствием однородности пространства — того факта, что законы физики одинаковы в любой точке Вселенной. Эта глубокая связь с устройством самого пространства-времени и наделяет импульс статусом по-настоящему универсальной и фундаментальной характеристики.

Ответ: Импульс является универсальной характеристикой физического объекта, потому что он применим ко всем без исключения объектам (от макроскопических тел до безмассовых частиц), подчиняется одному из самых фундаментальных законов природы — закону сохранения импульса, который, в свою очередь, является следствием фундаментальной симметрии (однородности) пространства.