Для столкновения физический контакт не является необходимым условием. Почему?

В науке язык конкретен и однозначен. Это означает, что термины определяются способами, которые часто отличаются от разговорного употребления.

Процитирую Википедию по определению столкновения. «Столкновение — это событие, при котором два или более тел воздействуют друг на друга в течение относительно короткого времени». Обратите внимание, что нет необходимости в контакте.

Из четырех фундаментальных сил и электромагнетизм, и гравитация являются дальнодействующими. Несмотря на большую дальность, оба они падают обратно пропорционально квадрату расстояния (для просто распределенных объектов). Это означает, что вы можете в основном игнорировать эффекты силы на больших расстояниях по сравнению с их ближайшим сближением.

Заряженная частица, отклоняемая другой заряженной частицей, когда они проходят друг мимо друга, является примером столкновения, при котором контакт не происходит. Другим примером является гравитационная рогатка, в которой небольшой объект движется вокруг гораздо более тяжелого объекта, чтобы набрать скорость.

Это может быть несколько педантичный ответ, но я думаю, что в целях развития четкого языка я бы поставил под сомнение понятие «физический контакт», подразумеваемое использованием этого слова в учебнике, и вместо этого ответил бы следующим образом: «Если бы столкновение» двух или более относительно движущихся тел (как это следует из этого) означает взаимовызванное одно другим изменение состояния движения, то, по определению , имел место физический контакт . Произошел обмен импульсом и/или угловым моментом и энергией посредством некоторого взаимодействия.

Когда мы говорим «физический контакт» в просторечии, мы имеем в виду особенно сильное взаимодействие, вызванное особенно тесной близостью двух тел друг к другу, с набором результатов, которые вызывают наше интуитивное представление о «физическом контакте», например: осязание, если одно из тел является разумным животным, резкая деформация и, возможно, перелом некоторых тел в точках их ближайшего сближения, постоянная, пластическая деформация в виде царапания, задира или коробления и отчетливо слышимые «контактные» звуки. Но на самом базовом уровне такое взаимодействие отличается от любого другого взаимодействия посредством четырех основных сил природы только силой взаимодействия. На самом деле никакой принципиальной качественной разницы нет: когда мы «прикасаемся» к телу, мы мы просто ощущаем деформации собственного тела, вызванные фундаментальными силами — электромагнетизмом — между нашими телами и тем, к чему мы прикасаемся. Чувствуем ли мы кулоновское отталкивание между нашим пальцем и атомами стола, на котором он лежит, или кулоновское отталкивание между заряженным шаром, который мы держим, и таким же заряженным в нескольких сантиметрах от «физического контакта» с первым, существует ничего особенного, что происходит на фундаментальном уровне.

Пытаясь определить, что отличает «физический контакт» от других взаимодействий, мы быстро обнаруживаем, что нет строгого определения, которое отличало бы его от других взаимодействий.

Все рассеяния являются примерами столкновений. Вы можете рассмотреть пример альфа-рассеяния Резерфорда, в котором нет физического контакта между альфа-частицей и ядром.

Проблема здесь заключается в определении. Он обсуждает «столкновения» и «контакты», но не дает им точного определения. Проблемы, которые вы получаете:

• Между столкновением и многими другими формами взаимодействия нет четкой разницы.

• Также нет хорошего определения «контакта». Посмотрите внимательно, и вещи не соприкасаются друг с другом. Они просто сближаются и расходятся.

• Какого бы размера ни были объекты, которые мы обсуждаем, в атомном масштабе все они состоят из крошечных квантов/«частиц», которые не являются твердыми и вообще не «сталкиваются». Всегда. Они обмениваются носителями силы и оказывают силовое воздействие друг на друга. Технически трудно описать то, что существует. Это не имеет значения на повседневном уровне, но является большой частью причины, по которой трудно определить эти слова. (Вы можете услышать это как «всё в основном пустое место»)

• Хотя многие вещи мы называем «столкновениями», это расплывчатый термин, если внимательно присмотреться, потому что физически вещи взаимодействуют, а не сталкиваются. Мы думаем о них как о «столкновениях», потому что видим их во временной шкале, которая делает их похожими на мгновенные события. Если бы мы увидели их поближе, то увидели бы, что они включают в себя множество взаимодействий, которые постепенно накапливаются и постепенно исчезают, пока объекты находятся на расстоянии. «Столкновение» — это своего рода концептуализация. Это нормально, за исключением того, что вы пытаетесь применить термин «контакт», который не является похожей концепцией.

Примером этого является броуновское движение. Вы можете видеть, как частицы пыли движутся в воздухе, а частицы в воде (под микроскопом) внезапно меняют направление. Конечно, похоже, что у них были столкновения, потому что они внезапно меняют направление. Даже на уроках мы говорим, что они столкнулись. Но на самом деле они никогда не соприкасались. Они могли приблизиться на крошечные доли миллиметра, но прежде чем они смогли соприкоснуться, взаимодействие сделало свою работу, и импульс/энергия были переданы, поэтому они разошлись.

То же самое и с крупномасштабными столкновениями, просто их труднее увидеть и они менее очевидны. Поскольку нас обычно не волнует, когда сталкиваются две машины, соприкасаются ли их частицы или только в пределах крошечной доли миллиметра, достаточной для передачи импульса и деформирующих сил, мы говорим, что они «столкнулись» и вступили в «контакт». Но технически ни то, ни другое не верно, или, по крайней мере, вам нужно было бы определить, что считается «столкновением» и «контактом», чтобы решить, было ли это правдой в соответствии с этим определением .

Мысленный эксперимент/пример "довольно близкого" ответа

Вот вам мысленный эксперимент вместо окончательного ответа.

Предположим, вы играете в бильярд или снукер только битком и черным, и каким-то образом оба шара имеют либо один и тот же электрический заряд (все + или -), либо все один и тот же магнитный монополь (северный или южный магнит), не разорвавшись на части, взорвав землю. , или ломая физику. Будучи одним и тем же зарядом или магнитным полюсом, они очень сильно отталкивают друг друга, когда сближаются.

Вы ударяете битком по черному. Кажется, что он ударяет одной стороной черного, и оба шара расходятся, как обычно в пуле/снукере. Но сверхмедленная съемка показывает, что черный шар начал удаляться, а биток начал менять свою траекторию, когда они были на расстоянии 3,5 мм друг от друга, и оба шара быстро изменили свое движение, так что на самом деле они никогда не приблизились ближе, чем на 0,25 мм, так быстро, что это было похоже на обычную игру в бильярд.

Могли бы вы сказать, что это было «столкновение», и если да, то был ли «контакт»?

На крупном плане это то, на что похоже каждое столкновение, которое вы видите, и то движение, которое происходит на самом деле.

Это моя попытка показать, почему на этот вопрос трудно ответить.

Кратковременное магнитное отталкивание (например, между одинаковыми полюсами магнитов) также является одним из примеров столкновения без физического контакта.

Что вообще означает «физический контакт»? Атомы двух сталкивающихся автомобилей никогда не «соприкасаются» друг с другом! Идея «осязания» — это на самом деле наша человеческая неспособность воспринимать размеры меньше доли миллиметра.

Как только вы признаете, что физический контакт — это просто вопрос масштаба, вы отказываетесь от него, и тогда все столкновения становятся «бесконтактными». Две сталкивающиеся машины могут, конечно, поменяться краской, но на самом деле они никогда не соприкасаются в том смысле, что у атомов даже нет определенной поверхности, которой они могли бы касаться друг друга!

(Математически мы можем определить осязание как две поверхности объекта, имеющие как минимум одну общую точку. Но в физике это не работает, потому что у атомов нет поверхностей.)