Номер 7, страница 42 - гдз по физике 9 класс учебник Изергин

Глава II. Динамика. Параграф 9. Третий закон Ньютона - номер 7, страница 42.

Условие.

7. Всегда ли верны законы Ньютона?

Решение.

Законы Ньютона, сформулированные в XVII веке, являются фундаментом классической механики и блестяще описывают движение макроскопических тел, скорости которых малы по сравнению со скоростью света. Однако они не являются универсальными и имеют свои границы применимости. Существуют области физики, где предсказания, основанные на законах Ньютона, оказываются неверными.

1. Движение с околосветовыми скоростями (релятивистская механика)

Когда скорость тела $\text{v}$ становится сопоставимой со скоростью света в вакууме $\text{c}$ (примерно $3 \cdot 10^8$ м/с), эффекты специальной теории относительности (СТО) Альберта Эйнштейна становятся существенными. В этом случае масса тела перестает быть постоянной и зависит от скорости: $m = \frac{m_0}{\sqrt{1 - v^2/c^2}}$, где $m_0$ — масса покоя. Второй закон Ньютона в форме $F=ma$ перестает быть верным, и необходимо использовать его импульсную формулировку $F = \frac{dp}{dt}$ с учетом релятивистского импульса $p = \frac{m_0 v}{\sqrt{1 - v^2/c^2}}$. Третий закон Ньютона также нарушается, так как предполагает мгновенную передачу взаимодействия, что противоречит постулату СТО о предельной скорости распространения сигналов, равной $\text{c}$.

2. Микромир (квантовая механика)

На уровне атомов и элементарных частиц (электронов, протонов, фотонов) законы классической механики не работают. Поведение таких объектов описывает квантовая механика. В микромире частицы обладают свойствами не только частиц, но и волн (корпускулярно-волновой дуализм). Понятие траектории теряет свой классический смысл, поскольку невозможно одновременно точно измерить координату и импульс частицы (принцип неопределенности Гейзенберга). Движение частиц описывается волновой функцией, подчиняющейся уравнению Шрёдингера, а не силами и ускорениями.

3. Сильные гравитационные поля (общая теория относительности)

Закон всемирного тяготения Ньютона является хорошим приближением для слабых гравитационных полей. Однако в очень сильных полях, например, вблизи черных дыр или нейтронных звезд, его предсказания неточны. Эти явления описываются общей теорией относительности (ОТО) Эйнштейна, где гравитация — это не сила, а проявление искривления пространства-времени массивными объектами. Например, ОТО точно объясняет смещение перигелия орбиты Меркурия, которое не поддается объяснению в рамках ньютоновской теории.

4. Неинерциальные системы отсчета

Законы Ньютона в их классической форме справедливы только в инерциальных системах отсчета (тех, что движутся равномерно и прямолинейно). В неинерциальных (ускоренно движущихся) системах отсчета для сохранения формы законов приходится вводить так называемые фиктивные силы, или силы инерции (например, центробежную силу или силу Кориолиса), которые не являются результатом взаимодействия тел.

Таким образом, законы Ньютона — это не абсолютная истина, а гениальное приближение, которое прекрасно работает для огромного класса явлений в нашем повседневном мире, но является частным случаем более общих и фундаментальных теорий — теории относительности и квантовой механики.

Ответ: Нет, законы Ньютона не всегда верны. Они являются высокоточным приближением для описания движения макроскопических тел с малыми скоростями в слабых гравитационных полях и в инерциальных системах отсчета. Они неприменимы в области очень высоких скоростей (близких к скорости света), в микромире (на уровне атомов и элементарных частиц) и в сильных гравитационных полях.