Д.В. Сивухин - Общий курс физики (механика) (1113370), страница 23

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 23)

Силы, с которыми на нить действуют тела А и В, обозначим через В', и Гг. К уравнениям (12.4) надо присоединить уравнение движения нити: та = Г, — Гг, где т — масса нити. Ввиду равенства действия и противодействия Г, = Вн Ег = Гг, так что гг. Решая это уравнение совместно с (12.4), получим л а= !ив -ь в~ в ™ гг — лгв" г1 — (гав + лг) ш ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НА РАССТОЯНИИ 1 !31 Теперь г", ~ г"и поскольку т ~0. Допустим, однако, что масса нити пренебрежимо мала по сравнению с массами тел А и В. Тогда, отбрасывая член та, получим приближенно г, = гз. В этом приближении результат получается такой же, как если бы тела А и В непосредственно взаимодействовали между собой.

Идеализируя задачу, говорят, что взаимодействие между телами А и В осуществляется посредством «деззшссового~ тела (нити). Подобные случаи встречаются очень часто. Безмассовые тела просто выбрасываются из рассмотрения. Однако безмассовых тел в действительности не существует, они являются идеализированными абстракциями. Надо отдавать себе отчет, когда можно и когда нельзя пользоваться такими идеализированными абстракциями. В приведенном примере было бы грубой ошибкой пользоваться соотношением г", = Ез в тех случаях, когда масса нити сравнима с массами тела А и В. й 13. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ НА РАССТОЯНИИ И ПОЛЕВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ 1.

Взаимодействие тел может происходить либо при их непосредственном соприкосновении, либо на ригстояпии. В первом случае взаимодействующие тела тянут или толкают друг друга. Возникающие при этом силы обычно вызываются деформиция,ии «пел Деформации могут быть малы и не представлять непосредственного интереса в изучаемом явлении. Тогда от них можно отвлечься, учтя их влияние введением соответствуюших сил натяжения и дивлепия. Но если нас интересует происхождение и механизм действия сил, то надо подробно рассмотреть картину деформаций, возникающих в телах. Так, в примере, рассмотренном в конце предыдущего параграфа, нить действует на тела А и В (см.

рис. 23) потому, что она растянута. В приведенных там расчетах мы отвлеклись от этого обстоятельства, так как предполагали, что растяжение нити мало, так что скорости связанных тел А и В можно было считать одинаковыми. В этом случае результаты расчета не зависят от степени растяжения нити. Это было бы, вообще говоря„не так, если вместо нити взять мягкую пружину. Мы не можем также отвлечься от растяжения нити, если хотим понять происхождение сил г", и гз, с которыми нить действует на тела А и В. Точно также надо рассмотреть деформации тел А и В, если мы хотим понять, почему эти тела растягивают нить. Ведь тела А и В действуют на нить только потому, что они деформированы.

Камень, привязанный к веревке, заставляют вращаться по окружности. При этом неизбежно возникнут деформации. Если бы камень не был деформирован, то он не мог бы двигаться с ускорением. Всякая мьюленно вырезанная малая часть камня движется с ускорением потому, что на нее действуют окру- 90 |гл. и ЗАКОНЫ НЬЮТОНА Рис. 24 жающие части камня. А это возможно только тогда, когда камень деформирован. Помимо сил, зависящих от деформации тел, возможны и более сложные случаи. Например, силы взаимодействия могут зависеть не только от самих деформаций, но и от их скоростей.

Примером могут служить силы трения. Но и эти силы возникают лишь при непосредственном соприкосновении взаимодействующих тел. Во всех этих случаях говорят, что силы взаимодействия являются силами близкодействия. 2. Помимо сил, действующих при соприкосновении тел, в природе существуют силы, которые, во всяком случае при непосредственном созерцании, воспринимаются нами как силы, непосредственно действующие на расстоянии без какого бы то ни было участия промежуточной среды.

Они существуют даже тогда, когда взаимодействующие тела разделены «пустым» пространством. К силам такого рода относятся, например, гравитационные силы, а также силы взаимодействия наэлектризованных и намагниченных сил. Согласно основным представлениям механики Ньютона силы, действующие на всякое тело в какой-либо момент времени, зависят от положения и скоростей остальных тел в тот же момент времени. Когда взаимодействующие тела не соприкасаются, такое представление предполагает либо непосредственное действие на расстоянии, либо передачу взаимодействий с бесконечно большой скоростью. Ньютоновская механика принципиально допускала взаимодействия, передающиеся с бесконечно большими скоростями.

Логически против такого допущения возразить ничего нельзя. Вопрос должен быть решен опытом. Опытные факты привели к заключению, что мгновенных взаимодействий не существует. Скорость распространения взаимодействий ограничена (она не превосходит скорости света в вакууме). Отсюда следует, что описание взаимодействий, даваемое ньютоновской механикой, может привести и действительно приводит к практически верным результатам только тогда, когда скорости всех тел рассматриваемой системы пренебрежимо малы по сравнению со скоросгпью раснростраиения взаи|иодействия (скоростью света). Но принципиально такое описание не° л г в верно.

Для иллюстрации рассмотрим третий закон Ньютона. Из-за наличия конечной скорости распространения взаимодействий этот закон не может быть всегда верным для взаимодействий, осуществляющихся на расстоянии. Действительно, пусть две материальные точки длительно находятся в покое в положениях А и В (рис. 24). Допустим, что силы их взаимодействия в этих положениях подчиняются третьему закону Ньютона.

Если первая точка перейдет в новое положение А' настолько быстро, что за время перехода взаимодействие не успеет распространиться до точ- 1 !31 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НА РАССТОЯНИИ кн В, то сила Р при этом не изменится. Она будет определяться не новым, а прежним расположением материальных точек, т. е. будет направлена вдоль прямой ВА, а не вдоль прямой ВА', как должно было бы быть по третьему закону Ньютона.

Получилось нарушение третьего закона, а с ним и механического закона сохранения импульса взаимодействующих сил. Суммарный импульс тел А и В, вооби1е говоря, не люжет сохраниться из-за конечности скорости распространения взаимодействий. 3. Физик Х1Х века сказал бы, что такое нарушение третьего закона Ньютона и механического закона сохранения импульса является кажущимся. В действительности нет непосредственного действия тел на расстоянии.

Непосредственное действие тел на расстоянии предполагает, что тело может оказывать действие в тех местах, где оно находится и от которых оно отделено пустым пространством. По этой причине такое действие невозможно. Все взаимодействия осушествляк1тся посредством промежуто~ной среды. Тело А, действуя на окружаюгдую 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 отдалены 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 осуществляется взаимодействие. Такую гипотетическую среду физик Х1Х века наделял свойствами, аналогичными свойствам привычных нам твердых, хсидких и газообразных тел.

Третий закон Ньютона всегда справедлив — сказал бы он, — но его надо применять не к силам взаимодействия непосредственно между удаленными телами А и В 1таких 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 не 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. Он говорит, что все взаимодействия осуществляются полили — гравитационными, электромагнитными и прочими. 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 не признает. Взаимодействия прикосновением являются частными случаями полевого взаимодействия. Они осуществляются молекулярны.ии полями. Молекулярные поля быстро злконы ньютонл ~гл. и убывают с расстоянием н проявляются, когда расстояние между взаимодействующими телами не превышает примерно 1О т см.

Вот почему такие полевые взиимодействия макроскопически воспринимаются как «взаимодействия прикосновением». 4. Возникает вопрос, не является ли различие между точками зрения современного физика н 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.

Характеристики

Список файлов книги