Эрик Роджерс: Физика для любознательных. Том 1. Материя. Движение. Сила

Гл. 26 (« Энергия ») входит в т. 2 настоящего издания.

Если происходит столкновение двух грузовиков и вы наблюдаете за изменением количества движения только одного из них, то количество движения не будет сохраняться. Чтобы зафиксировать сохранение количества движения, нужна следить за количеством движения обоих грузовиков, т. е. вообще всех участвующих в столкновении тел. Именно это имеют в виду, говоря о замкнутой системе: рассматриваются все взаимодействующие тела.

При очень тесном сближении тел атомные силы отталкивания начинают преобладать над «дальнодействующими» силами притяжения, которые удерживают вместе частицы в твердых телах, создают «поверхностное натяжение» и обусловливают некоторые химические связи. Притяжение простирается на несколько диаметров молекул и возрастает по мере сближения частиц, но не так быстро, как силы отталкивания. Силы отталкивания нарастают быстро, и в равновесном положении атомов на поверхности твердых тел и т. п. в точности уравновешивают силы притяжения. Когда мы пытаемся еще больше сблизить атомы (при любых столкновениях), силы отталкивания начинают превышать силы притяжения и противодействуют производимому нажиму. Силы отталкивания должны существовать, иначе вещество потеряет устойчивость — частицы «слепятся» (это состояние называют коллапсом ).

Мы считаем, что оба рода сил имеют электрическую природу. Близкодействующие силы отталкивания возникают, когда один атом пытается проникнуть внутрь другого. В этом случае электроны сопротивляются проникновению других электронов внутрь своих орбит, а ядра, не полностью экранированные электронами, также отталкивают друг друга. Механизм этих явлений не так просто иллюстрировать или объяснить. Некоторые дополнительные значения приведены в гл. 44 (« Современная физика », входит в т. 3 настоящего издания).

Проводя пальцем по шероховатой поверхности стола, вы ощущаете действие сил трения. Опять-таки речь идет лишь о больших по величине силах, никакого «соприкосновения» между атомами твердых тел нет. Это силы отталкивания между пальцем и неровностями стола. Когда вы ощущаете наличие трения между очень гладкими поверхностями, например при скольжении металла по металлу, это значит, что действуют атомные силы притяжения , т. е. крошечные частицы металла стираются с одной поверхности и переходят на другую. Как показывает химический анализ, при трении железа о медь происходит перенос небольшого количества меди на железо, иногда в микроскоп видны ветвеобразные следы меди. Известно, что при трении меди по меди также происходит обмен микроколичествами металла между трущимися поверхностями, даже если не видно никаких следов.

Возникает вопрос: каким образом можно узнать об этом и измерить участвующие в обмене количества металла, если нет такого химического анализа, который бы позволил отличить одну медь от другой? В последующих главах вы узнаете о замечательном методе, которым для этого пользуются.

Гл. 26 (« Энергия ») входит в т. 2 настоящего издания.

Предположим, вы стоите на роликовых коньках и я толкаю вас кулаком в живот с силой 100 ньютон. Пока вы движетесь с ускорением, это будет причинять вам боль. В то же время ваше противодействие или ответный толчок действует на меня, а не на вас , и мой кулак почувствует приложенное к нему ответное толкающее усилие 100 ньютон. Если я стою на роликовых коньках, то я тоже буду двигаться с ускорением, направленным в противоположную сторону.

«Ложные доказательства». Иногда можно встретиться с таким доказательством (фиг. 212).

«У меня на ладони лежит книга. Поскольку книга находится в состоянии покоя , я действую на нее с силой, направленной вверх и в точности равной силе, с которой книга давит на мою руку вниз». Последняя фраза утверждает, что действие равно противодействию ; но предыдущая фраза, выделенная курсивом, вообще не содержит никакого утверждения. Тут две ошибки:

А) На книгу действует только одна из двух сил, о которых говорилось выше, а именно сила реакции моей руки Р , направленная вверх. На книгу действует еще одна совершенно независимая от других сила — притяжение Земли W . Если книга находится в состоянии покоя, то мы считаем, что Р= — W(первый закон Ньютона). Но это не убеждает нас в том, что Р= — Q, где Q — направленная вниз сила давления книги на мою руку (третий закон Ньютона).