2.5. Третий закон Ньютона.

Третий закон Ньютона формулируется следующим образом: Силы взаимодействия двух материальных точек равны по величине, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти материальные точки:

.

Одну из сил или , согласно Ньютону, иногда называют действием, а другую – противодействием и формулируют третий закон следующим образом. Всякому действию соответствует равное и противоположно направленное противодействие Однако, “действие” по своей природе ничем не отличается от “противодействия”. Так, тяжелое тело, лежащее на столе, давит на стол, испытывая со стороны стола противоположно направленное противодействие. Действие – давление камня на стол – обусловлено деформацией камня, противодействие – давление стола на камень – обусловлено деформацией стола. В основе подразделения сил на “действующие” и “противодействующие” лежит представление об активных телах, производящих действие, и пассивных телах, оказывающих противодействие. Однако подразделение тел на активные и пассивные можно провести далеко не всегда. Например, когда Солнце и планета притягиваются друг к другу силами всемирного тяготения, то в этом взаимодействии они выступают совершенно равноправно и нельзя указать, какое из взаимодействующих тел является активным, а какое – пассивным. Какую из сил или назвать действием и какую – противодействием – это в большинстве случаев вопрос соглашения.

В основу третьего закона Ньютона положено ньютоновское допущение о мгновенном распространении взаимодействия, которое носит название принципа дальнодействия в классической механике. Согласно этому принципу, взаимодействие между телами распространяется в пространстве с бесконечно большой скоростью. Иначе говоря, если изменить состояние одного тела, то сразу же можно обнаружить хотя бы очень слабое изменение во взаимодействующих с ним телах, как бы далеко они не находились.

Рис. 2.1

Сейчас мы знаем, что в действительности это не так – существует конечная максимальная скорость распространения взаимодействий, которая равна скорости света в вакууме. Поэтому третий закон Ньютона (а также и второй) имеют определенные границы применимости.

Пусть две материальные точки находятся в положениях А и В. Допустим, что силы их взаимодействия в этих положениях подчиняются третьему закону Ньютона. Если первая точка перейдет в новое положение А₁ настолько быстро, что за время перехода взаимодействие не успеет распространится до точки В, то сила при этом не изменится. Она будет определяться не новым, а старым расположением материальных точек, то есть будет направлена вдоль прямой ВА, а не вдоль прямой ВА₁, как должно было бы быть по третьему закону Ньютона.

Современная физика не признает непосредственного действия на расстоянии. Согласно современным представлениям, все взаимодействия передаются полями – гравитационным, электромагнитным и другими. С этой точки зрения взаимодействие между точками А и В можно рассматривать следующим образом: 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.

Взаимодействие при непосредственном соприкосновении тел является частным случаем взаимодействия через поле и осуществляется молекулярными полями. Молекулярные поля быстро убывают с расстоянием и проявляются, когда расстояния между взаимодействующими телами не превышают 10^–7 см. Вот почему такие взаимодействия макроскопически воспринимаются как взаимодействия прикосновением.