Номер 2, страница 90 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Механика. 3. Динамика материальной точки. Параграф 20. Третий закон Ньютона - номер 2, страница 90.

Условие.

2. Сформулируйте третий закон Ньютона. Каковы границы его применимости?

Решение.

Третий закон Ньютона формулируется следующим образом: тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению. Иначе говоря, действию всегда есть равное и противоположное противодействие. Математически это выражается формулой: $\vec{F}_{12} = -\vec{F}_{21}$, где $\vec{F}_{12}$ — это сила, с которой первое тело действует на второе, а $\vec{F}_{21}$ — сила, с которой второе тело действует на первое. Важно подчеркнуть, что эти силы приложены к разным телам, всегда имеют одинаковую физическую природу и возникают только парами.

Границы применимости третьего закона Ньютона связаны с заложенным в его основу предположением о мгновенности передачи взаимодействия (принцип дальнодействия). Закон является точным в рамках классической механики для:

1. Контактных взаимодействий (например, сила трения, сила упругости).

2. Дальнодействующих сил, таких как гравитация, в нерелятивистском приближении, то есть когда скорости тел малы по сравнению со скоростью света, а рассматриваемые расстояния таковы, что временем распространения взаимодействия можно пренебречь.

Однако третий закон Ньютона в его классической форме не выполняется для взаимодействий, распространяющихся с конечной скоростью, в частности, для электромагнитных сил между движущимися заряженными телами. Взаимодействие передается полем со скоростью света, и из-за этого возникает запаздывание. Сила, действующая на одно тело в момент времени $t$, определяется состоянием другого тела в более ранний момент времени. В результате в общем случае $\vec{F}_{12}(t) \neq -\vec{F}_{21}(t)$. В таких системах более фундаментальным является закон сохранения импульса, который выполняется, если учитывать не только импульс тел, но и импульс, переносимый полем (например, электромагнитным). Таким образом, третий закон Ньютона является следствием закона сохранения импульса для замкнутой системы, в которой импульсом поля можно пренебречь.

Ответ: Третий закон Ньютона гласит, что силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению ($\vec{F}_{12} = -\vec{F}_{21}$). Закон строго применим в инерциальных системах отсчета для взаимодействий, которые можно считать мгновенными (например, контактные силы или гравитация в нерелятивистском пределе). Он не выполняется в своей классической форме для взаимодействий, распространяющихся с конечной скоростью (например, электромагнитных), особенно при релятивистских скоростях, где для выполнения закона сохранения импульса необходимо учитывать импульс, переносимый полем.