Номер 15, страница 42 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

15. Поясните примерами особенности сил действия и противодействия.

Силы действия и противодействия описываются третьим законом Ньютона. Этот закон гласит, что два тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению. Математически это выражается формулой: $ \vec{F}_{12} = -\vec{F}_{21} $ где $ \vec{F}_{12} $ — сила, с которой первое тело действует на второе, а $ \vec{F}_{21} $ — сила, с которой второе тело действует на первое.

Рассмотрим ключевые особенности этих сил на примерах.

1. Силы приложены к разным телам.
Это важнейшая особенность, из-за которой силы действия и противодействия никогда не уравновешивают друг друга (так как уравновесить можно только силы, приложенные к одному телу).
Пример: Человек идет по земле. Его нога толкает землю назад (это сила действия, $ \vec{F}_{1} $). По третьему закону Ньютона, земля толкает ногу человека вперед (это сила противодействия, $ \vec{F}_{2} $). Сила $ \vec{F}_{1} $ приложена к Земле, а сила $ \vec{F}_{2} $ — к человеку. Именно сила $ \vec{F}_{2} $, действующая на человека, заставляет его двигаться вперед.

2. Силы равны по модулю и противоположны по направлению.
Независимо от масс, скоростей или размеров взаимодействующих тел, силы, с которыми они действуют друг на друга, всегда абсолютно равны по величине.
Пример: Гравитационное взаимодействие Земли и Луны. Сила, с которой Земля притягивает Луну, в точности равна по модулю силе, с которой Луна притягивает Землю. Эта пара сил вызывает вращение Луны вокруг Земли и такие явления, как приливы и отливы на Земле. То, что Луна движется по орбите, а не Земля вокруг Луны, обусловлено огромной разницей в их массах ($ m_{Земли} >> m_{Луны} $), и согласно второму закону Ньютона ($ a = F/m $), ускорение Земли оказывается пренебрежимо малым.

3. Силы имеют одну и ту же физическую природу.
Если одна из сил является гравитационной, то и вторая будет гравитационной. Если одна — упругой, то и вторая — упругой.
Пример: Когда вы сжимаете пружину руками, ваши руки действуют на пружину с силой упругости (действие). Одновременно пружина действует на ваши руки с силой упругости (противодействие). Обе силы являются силами упругости, возникшими из-за деформации.

4. Силы возникают и исчезают одновременно.
Не бывает так, что сначала возникает сила действия, а затем — противодействия. Они являются двумя аспектами одного и того же взаимодействия.
Пример: Реактивное движение ракеты. Ракета с силой отбрасывает от себя продукты сгорания (действие). В тот же самый момент продукты сгорания с равной по модулю силой толкают ракету в противоположном направлении (противодействие). Движение происходит только пока происходит выброс газов; как только он прекращается, обе силы исчезают.

Важно не путать силы действия-противодействия с уравновешивающими силами. Например, для книги, лежащей на столе, сила тяжести (Земля действует на книгу) и сила нормальной реакции опоры (стол действует на книгу) являются уравновешивающими. Они приложены к одному телу — книге. А парой для силы тяжести будет сила, с которой книга притягивает Землю. Парой для силы реакции опоры будет сила, с которой книга давит на стол (вес).

Ответ: Силы действия и противодействия — это пара сил, возникающая при любом взаимодействии тел. Их особенности: они всегда равны по величине, противоположны по направлению, имеют одинаковую физическую природу, возникают и исчезают одновременно. Ключевая особенность заключается в том, что они приложены к разным взаимодействующим телам, поэтому они никогда не компенсируют и не уравновешивают друг друга. Примеры: отталкивание пловца от бортика, движение ракеты за счет отбрасывания газов, взаимное притяжение небесных тел.