Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 1. Механика (1111909), страница 22
Текст из файла (страница 22)
будет направлена вдоль прямой ВА, а не вдоль прямой ВА', как должно Г В было бы быть по третьему закону Ньютона. Получилось нарушение третьего закона, а с ним и механического закона сохранения импульса, Суммарный илшульс тел А и В вообще. говоря..нв может, сохранитьсл из-за конечности скорости распространения взаимодействий 3. Физик Х1Х 'века сказал бй, что такое нарушение третьего закона Ньютона и механического закона сохранения импульса является кажущимся, В действительности нет непосредственного действия тел на расстоянии. Непосредственное действие на расстоянии предполагает, что тело может оказывать действие в тех местах, где оно не находится и от которых оно отделено пустым пространством.
По этой причине такое действие невозможно. Все взаимодействия осуществляются посредством промежуточной среды. Тело А, действуя на окружающую среду, вызывает в ней какие-то изменения, например, напряжения и давления, распространяющиеся с конечными скоростями. Когда эти изменения доходят до тела В, они проявляются в виде сил, действующих на него. Но как быть в тех случаях, когда взаимодействующие тела отделены друг от друга совершенно пустым пространством? На это физик Х1Х века отвечал бы, что абсолютно пустого пространства не существует. Все пространство заполнено какой-то средой, например мировым эфиром, через которую и осуществляются взаимодействия.
Такую гипотетическую среду физик Х1Х века наделял свойствами, аналогичными свойствам привычных нам твердых, жидких или газообразных тел. Третий закон Ньютона всегда справедлив — сказал 86 злконы ньютонл ~гл. и бы он, — но его надо применять не к силам взаимодействия непосредственно между удаленными телами А и В (таких сил просто не существует, они кажущиеся), а к силам взаимодействия между этими телами и окружающей средой.
Закон сохранения импульса также всегда справедлив. Однако полный импульс слагается ие только из импульсов тел, входящих в систему, но и из импульса промежуточной среды, через которую передаются взаимодействия. Физик нашего времени рассуждает аналогично, но более осторожно и абстрактно. Он также не признает непосредственного действия тел на расстоянии. Однако он не признает и промежуточной среды, через которую якобы передаются взаимодействия. Ои говорит, что все взаимодействия осуществляются полями — гравитационными, электромагнитными и прочимн. Тело А возбуждает в окружающем пространстве силовое поле, которое в месте нахождения тела В проявляется в виде действующих на него сил.
В свою очередь тело В возбуждает аналогичное силовое поле, действующее на тело А. Никаких других силовых взаимодействий, помимо полевых, современная физика ие признает. Взаимодействия прикосновением являются частными случаями полевого взаимодействия. Они осуществляются молекулярными полями. Молекулярные поля быстро убывают с расстоянием и проявляклся, когда расстояние между взаимодействующими телами не превышает примерно 10 ' см. Вот почему такие полевые взаимодейегпвия макроскопически воспринимаются как «взаимодействия прикоеновениемм 4.
Возникает вопрос, не является ли различие между точками зрения современного физика и физика прошлого века чисто терминологическим: раньше говорили о промежуточной среде, теперь говорят о поле. Дело, конечно, не в терминологии, а в существе, в реальных физических свойствах поля и гипотетической среды— мирового эфира, посредством которой по воззрениям физиков Х1Х века осуществляются взаимодействия тел. Мировому эфиру приписывались свойства, аналогичные свойствам обычных тел. Можно было говорить о покое и движении эфира, о его упругости, плотности, силах, действующих на эфир. Можно было говорить о движении тел относительно эфира, с эфиром можно было связать систему отсчета и т.
д. О всем этом не имеет смысла говорить, когда речь идет о поле. На поле современная физика смотрит как на некоторую объективную реальность, посредством которой передаются взаимодействия. Поле может существовать и самостоятельно, независимо от возбудивших его тел. Таковы, например, электромагнитные волны, излучаемые радиостанциями. Радиостанция может прекратить работу, а излученное ею электромагнитное поле продолжает существовать и распространяться в пространстве.
Достигнув удаленного приемника, оно доставляет информацию, которую несколько ранее передала радиостанция. Нет абсолютно пустого пространства, оно заполнено полями, Поле, наряду с веществом, взлимодвйствив твл является одним из видов материи. Физикам Х1Х века казалось, что понять природу сил взаимодействия — это значит свести их к механическим силам, возникающим при соприкосновении тел, например, к силам упругости.
Современная физика отрицает такую постановку вопроса. - Упругие силы, силы давления и натяжения, мускульная сила и прочие силы издавна были привычны человеку. Он считал эти силы чем-то простым и понятным. Электрические и магнитные силы, с которыми он столкнулся позднее, были восприняты им как нечто таинственное и непонятное. Возникло естественное стремление свести эти таинственные силы к более простым и привычным силам упругости, к силам давления и натяжения. Однако в действительности дело обстоит как раз наоборот. Более простыми и <понятнымиь являются силы электромагнитных взаимодействий, а упругие и прочие силы— более сложными. По современным представлениям силы упругости, силы трения, силы хими- д — В ческого сродства, молекулярные силы, мускульная сила и прочие обычные силы, с которыми стал- Рис.
25. кивается человек, за исключением сил всемирного тяготения, являются не чем иным, как проявлением электромагнитных сил. Поэтому задача сведения электромагнитных сил к силам упругости просто бессмысленна. Поле действует на тела с определенными силами. Однако не имеет смысла говорить о механических силах, действующих на поля. Поэтому с точки зрения полевого взаимодействия третий закон Ньютона может нарушаться: на тело действует сила, но нет силы противодействия, действующей на другое тело. Закон сохранения импульса, однако, остается верным, так как импульсом могут обладать не только тела, но и поля. Импульс поля проявляется в изменении импульса тела, излучившего или поглотившего энергию поля.
При излучении тело теряет импульс, уносимый полем, при поглощении оно приобретает импульс за счет поглощенной энергии поля. 5. Примером проявления импульса электромагнитного поля может служить давление света. Опытами П. Н. Лебедева (1866 — 1912) было показано, что свет оказывает давление на тела, на которые он падает. Рассмотрим изолированную систему из двух тел А и В (рис. 25). Пусть тело А излучило кратковременный световой сигнал по направлению к телу В. Дойдя до тела В, свет поглощается, оказывая на него давление. В результате тело В приходит в движение, его импульс меняется, Закон сохранения импульса, очевидно, был бы нарушен, если бы свет, направлявшийся к телу В, ие обладал импульсом.
Мы должны приписать ему импульс, величина которого равна импульсу, приобретенному телом В после злконы ньютона [гл. и с (13.!) Поскольку распространение идет со скоростью с, целесообразно представить импульс в виде р = тс, рассматривая величину т как массу света. Она равна е т= —. сэ ' (!3.2) Соотношение (13.2) получено здесь для энергии света. Теория относительности показала, что оно справедливо для любых видов энергии.
В таком расширенном понимании соотношение (13.2) выражает фундаментальный закон Эйнштейна о взаимосвязи между массой и энергией. 6. В механике нам не придется сталкиваться с явлениями, в которых проявляются импульсы полей. Мы ограничимся изучением только таких явлений, для которых третий закон Ньютона и закон сохранения импульса в нх старом — ньютоновском— смысле выполняются. й 14. Роль начальных условий 1. Векторное уравнение движения материальной точки (1!.3) можно записать в координатной форме: (14.1) а2г т р — рг Одно векторное уравнение (! 1.3) эквивалентно трем числовым уравнениям (!4.1). Все эти уравнения являются дифференциальными, а потому их недостаточно для однозначного определения движения поглощения света.
Но если свет обладает импульсом, то при его излучении излучающее тело А должно испытывать отдачу. Иначе процесс излучения света сопровождался бы нарушением закона сохранения импульса. Зти рассуждения можно облечь в количественную форму и прийти к важным соотношениям. Допустим, что на полностью поглошающее тело В нормально к его поверхности падает параллельный пучок света.
Опытами Лебедева было показано, что давление и, оказываемое светом на единицу площади тела В, равно объемной плотности энергии падающего пучка. Обозначим ! длину, а 5 — площадь поперечного сечения падающего пучка. Тогда е н= —, где е — энергия пучка. Сила, действующая на тело В, равна г" = лВ = еВ. Она действует в течение времени т = 1/с (с — скорость света в вакууме), сообщая телу импульс р = гт = = е/с (см. 5 18). Зто и есть импульс света, поглощенного телом В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
