Если гравитация исчезнет, ​​будет ли третий закон Ньютона заставлять все, что прижато к земле силой тяжести, подниматься вверх? [закрыто]

Как объясняют другие ответы, третий закон Ньютона не подтолкнет вас вверх, потому что реакция исчезает, как только действие (гравитация) исчезает.

Однако нужно иметь в виду, что мы находимся на нескольких тысячах километров скалы, сильно сжатой собственным весом. Если вес внезапно исчезнет, ​​этот камень среагирует подобно пружине и выбросит себя и все, что находится на поверхности, с очень большой скоростью в космос. На самом деле, даже самые консервативные приблизительные оценки упругой деформации Земли в ее нынешнем состоянии составляют порядка нескольких километров, так что можно ожидать довольно мгновенного восстановления.

Да, но почти во всех случаях толчок будет незаметен.

Силы реакции со стороны поверхностей возникают, когда молекулы в стенке смещаются из своего равновесного положения. Чем сильнее их толкают, тем больше они смещаются, и чем больше они смещаются, тем сильнее они отталкиваются. Когда вы стоите на поверхности, не падая, это происходит потому, что вы сместили поверхность достаточно, чтобы сила реакции соответствовала вашему весу.

В качестве крайнего примера представьте, что вы стоите на батуте. У более тяжелых людей поверхность батута опускается ниже, чем у более легких людей. То же самое верно и для твердых поверхностей, но смещение практически незаметно.

Если бы вы вдруг убрали гравитацию, сила реакции от смещенной поверхности осталась бы, и она отталкивала бы вас до тех пор, пока не восстановится равновесное состояние поверхности.

Снова представьте, что вы стоите на батуте с тяжелыми весами. Когда вы отбрасываете гири, батут начинает подталкивать вас вверх, пока вы не достигнете нового равновесия. Если бы вес был достаточно тяжелым, он мог бы даже подбросить вас в воздух.

То же самое произойдет с более твердыми поверхностями, но количество времени, в течение которого оставшаяся сила реакции будет действовать на вас, будет крошечной, и вы почти не заметите никакого эффекта.

Вы можете смоделировать этот эксперимент в реальной жизни с помощью электромагнита.

Например, вы можете удерживать вертикально ориентированную стальную пластину с помощью горизонтально ориентированного электромагнита так, чтобы пластина могла свободно падать вниз, когда электромагнит обесточен.

Если падающая плита имеет горизонтальную составляющую скорости и описывает параболу, можно сделать вывод, что ее толкнула нормальная сила. Если тарелка падает строго вниз, можно сделать вывод, что толчка не было.

Даже не проводя такого эксперимента, вы, наверное, можете предсказать, что тарелка упадет прямо вниз. Это связано с тем, что нормальная сила является силой реакции, и она никогда не превышает приложенную силу, вызывающую ее, будь то электромагнитное притяжение или гравитация. Итак, по мере того, как приложенная сила исчезает, постепенно или внезапно, вместе с ней исчезнет и нормальная сила, и, следовательно, никакого толчка не будет.

Нет. Единственная причина, по которой существует сила противодействия, заключается в том, что вы давите на пол в результате гравитации, притягивающей вас вниз.

Возможно, один из способов визуализировать это — представить блок на склоне под углом.$\theta$к горизонтали.

Когда$\theta=0$(т.е. склон плоский), блок имеет силу$mg$вниз, поэтому реакция вверх$R=mg$.

Как$\theta$неуклонно растет, направленная вниз сила по-прежнему$mg$, но теперь сила реакции (то есть сила, направленная под прямым углом к ​​склону) становится$R=mg\cos\theta$.

Представьте, что эта поверхность имеет очень большое трение, так что вы можете получить довольно большое$\theta$без проскальзывания блока. Когда вы, наконец, достигнете достаточно большого$\theta$, блок будет скользить вниз параллельно склону. Обратите внимание, что если$R$сохранил свою ценность$mg$, блок к настоящему времени ускорился бы в сторону от склона, чего не происходит.

$\def\vB{\vec B} \def\vR{\vec R} \def\vW{\vec W}$Я хочу возразить против самого понятия «действие и противодействие». Верно, это восходит к Ньютону, который говорит (Principia) Actioni contrariam semper et aequalem esse responseem [Каждому действию всегда противостоит равное противодействие].

Однако он также добавляет sive corporum duorum actiones in se mutuo semper esse aequales et in partes contrarias dirigi [или взаимные действия двух тел друг на друга всегда равны и направлены на противоположные части].

Между этими двумя формулировками есть важное различие. В первом есть асимметрия, которую можно рассматривать как временную (действие до, реакция после) или даже каузальную (действие = причина, реакция = следствие). Второй же полностью симметричен: есть взаимные действия двух тел, всегда равные, но противоположные.

К сожалению, в просторечии (не только в английском) преобладает первая формулировка, которая используется также в контекстах, очень далеких от физики. Но симметричная форма намного лучше и ближе к нашему нынешнему способу видения явлений, когда мы всегда находимся в присутствии взаимодействия , без причинной или временной асимметрии.

Поясню все это на знакомом примере. Есть стол или мраморный блок с горизонтальной поверхностью. У меня в руке кирпич, и я аккуратно кладу его на поверхность. Он остается там - что случилось? Какие силы и как они родились?

Анализ повторяет то, что уже было сказано в других ответах. На кирпич действуют две противоположные силы: одна$\vW$вниз (гравитация) другой$\vR$вверх (реакция самолета). Я знаю, что они противоположны благодаря второму закону: если кирпич стоит на месте, результирующая сила, действующая на него, должна быть равна нулю:

Тогда третий закон говорит, что должна быть сила$\vB$который кирпич прикладывает к поверхности:

До сих пор я отвечал только на частичный вопрос: какие силы существуют? И я заметил, что мой анализ относится к состоянию равновесия. Он ничего не говорит о том, что происходит раньше и почему эти силы развиваются.

Более глубокий ответ требует более внимательного изучения поверхностей стола и кирпича. Они состоят из атомов, но мы должны сразу отметить, что в атомном масштабе (и в гораздо более высоком масштабе) поверхности далеко не гладкие. На них полно ямок, задиров, царапин, гребней... всяких неровностей, гораздо больших, чем отдельные атомы. В результате столкновение между кирпичом и столом изначально интересует минимальную часть атомов, присутствующих на поверхностях.

Чтобы ясно увидеть, что происходит, полезно поместить себя в систему отсчета, движущуюся со скоростью в половину кирпича.$v$. В этом кадре кирпич движется вниз со скоростью$v/2$, стол вверх с той же скоростью. Обратите внимание, что это не ком-фрейм, но дает нам симметричное представление о происходящем взаимодействии.

При сближении (сначала под руководством моей руки, не забывайте) расстояние между столом и кирпичом уменьшается, пока несколько атомов не соприкоснутся. Точнее: известно, что межатомные силы сильно зависят от расстояния. Они незначительны, если центры атомов удалены друг от друга более чем на долю нанометра, и становятся очень сильными и отталкивающими на меньшем расстоянии. Разумеется, на оба атома, сближающиеся друг с другом, действуют силы, равные по величине (третий закон Ньютона).

Непосредственным действием этих сил является смещение взаимодействующих атомов с их положений равновесия в твердых телах, которым они принадлежат. По мере приближения число взаимодействующих атомов увеличивается, а также растут их смещения. Когда количество контактирующих атомов достаточно велико, результирующие силы на столе и кирпиче становятся заметными в макроскопическом масштабе. Тот, который действует на стол, не имеет никакого эффекта, так как он закреплен на земле. Наоборот, сила, действующая на кирпич, противопоставляется гравитации — тогда моя рука автоматически реагирует, уменьшая собственную силу, которая была необходима, чтобы поддерживать кирпич в его медленном движении вниз. Наконец наступает момент, когда моя рука становится ненужной: сила стола на кирпич равняется силе тяжести и даже преодолевает ее, замедляя движение кирпича и останавливая его.

Интенсивность сил соответствует ранее описанной. Единственным дополнительным признаком конечного равновесия, хотя и малозаметным, является статическая деформация обоих тел. Не только стол, но и кирпич. Насколько каждое тело деформируется, зависит от его жесткости: деревянный стол даст больше, чем кирпичный, мраморный меньше (я думаю).

Что-то похожее сейчас происходит...

Постледниковым отскоком называется эффект движения земли вверх после того, как растаяли ледники последнего ледникового периода, давившие на землю.

Это косвенное воплощение явления, которое вы описали в своем вопросе. Уберите то, что сжимает материал, и материал расслабится.

Я согласен с замечанием Дэвида о том, что это вопрос построения мира. Но, рассматривая это как реальный ответ, я бы сказал: возьмите науку и выбросьте ее в мусорное ведро. Третий закон Ньютона не является чем-то самостоятельным, это, по сути, закон сохранения импульса, который будет нарушен. Это подразумевает нарушение трансляционной инвариантности. Вероятно, это означает нарушение инвариантности Пуанкаре на микроскопическом уровне. Т.е. частиц, какими мы их знаем, больше не существует, и у нас осталась одна большая неразбериха. Перестраивается ли физика в каком-то другом наборе представлений, который все еще самосогласован? Или мы остаемся со вселенной, которая просто вообще несовместима (трудно понять, что бы это значило)?

По сути, если вы измените одну небольшую деталь в существующей физике, вы, вероятно, получите непоследовательный беспорядок.

PS: мне все еще нравится вопрос и другие ответы, которые сосредоточены только на этом законе и игнорируют возможные несоответствия с остальной наукой. Но я думал, что ответ такого рода все еще отсутствует.

Если бы гравитация исчезла, Земля разорвалась бы на части из-за своего вращения, куски разлетелись бы во все стороны в плоскости вращения, точно так же, как объект, который вы крутите на веревке, разлетится, если веревка оборвется.

Планета уже не идеальная сфера, а несколько сплющенная. Это из-за центробежной силы. Именно гравитация делает его таким сферическим. Без гравитации он гротескно раздавился бы и распался.

Возможно, вы не проживете достаточно долго, чтобы увидеть многое из этого. В тот момент, когда гравитация исчезнет, ​​атмосфера быстро разгерметизируется. Без гравитации нет давления воздуха. Вы, вероятно, получите серьезные травмы от разгерметизации и потеряете сознание.

Однако давайте на минуту задумаемся о планете, которая не вращается, и на секунду забудем об атмосфере. Гравитация создает огромное давление внутри планеты. Если гравитация внезапно исчезает, это давление высвобождается, как высвобождается взведенная пружина. Это вызовет тектоническую и вулканическую активность, по крайней мере, на короткий момент, прежде чем все начнет полностью разрушаться. В этот момент потери гравитации вся планета внезапно расширится, как резиновый мяч, который сжимается со всех сторон и внезапно освобождается. Это внезапное расширение будет иметь эффект выброса всего на поверхность, как толчок изнутри.

В отсутствие гравитации ничто не поднимается вверх, потому что на это не действует сила. Каждый фиксированный объект останется неподвижным, а все остальные склонны плавать, потому что ничто не тянет его вниз.

Я думаю, что здесь есть некоторая путаница между парами сил и противодействующей силой . Предположим, у вас есть человек, пол и Земля. Давай позвоним$F_1$сила, с которой земля действует на человека. Человек также будет оказывать воздействие на Землю. Назовите это$F_2$. Человек будет прилагать усилие к полу. Назовите это$F_3$. Пол оказывает давление на человека. Назовите это$F_4$.$(F_1,F_2)$и$(F_3,F_4)$являются парами сил.$F_4$является противодействующей силой$F_1$. Как для пар сил, так и для противоположных сил существуют две силы в противоположных направлениях, но с парами сил исходное тело и воздействующее тело меняются местами. Например, для$F_1$, источником является Земля, а пострадавшим телом является человек, для$F_2$источник — человек, а пострадавшее тело — Земля. Для противодействующих сил воздействующее тело одно и то же.

Третий закон Ньютона говорит, что каждая сила входит в пару сил, но не говорит, что у каждой силы есть противодействующая сила; если бы это было правдой, ничто никогда не двигалось бы. Если бы вы устранили$F_1$, тогда$F_4$останется, и таким образом человека подтолкнет вверх. Однако это не связано с третьим законом Ньютона, за исключением той причины, по которой$F_4$существует в первую очередь благодаря физическим процессам, одним из факторов которых является третий закон Ньютона:$F_1$толкает человека в пол, это вызывает$F_3$, и$F_4$приходит вместе с$F_3$как часть силовой пары. Пока$F_4$в конечном итоге вызвано$F_1$, это не "равная и противоположная сила"$F_1$о чем говорит третий закон Ньютона. Эта сила$F_2$, сила притяжения Земли к человеку (из-за большой массы Земли ускорение, которое вызывает эта сила, чрезвычайно мало, поэтому его часто игнорируют). Если$F_1$должны были исчезнуть,$F_2$тоже исчезнет.$F_4$останется, по крайней мере, на мгновение (как только человека подтолкнут достаточно высоко,$F_4$исчезнет) и так$F_3$тоже бы остался. То есть человека больше не будет прижимать к полу сила тяжести, но он по-прежнему будет оказывать на пол нисходящую силу. Представьте себе пружину, прижатую к бруску: если отпустить, пружина толкнет брусок, а затем пружина ускорится в другую сторону.

Более важным, чем третий закон, является второй закон Ньютона: если человек не испытывает ускорения (в земной системе отсчета) под действием силы тяжести, то чистые силы, действующие на него, должны быть равны нулю, поэтому должна существовать какая-то сила, отличная от гравитации. Если эта сила остается после исчезновения гравитации, то результирующая сила теперь направлена ​​вверх.

Как и в Physics.SE, этот ответ фокусируется на непосредственных фундаментальных взаимодействиях в непосредственной близости (например, ОП стоит на плите из твердого материала), а не на чем-либо еще (например, сама Земля сжимается как пружина и страдает от самопроизвольного распада). ).

Вы стоите на Земле не из -за законов Ньютона. Эти законы просто информируют вас о том, что происходит с телами, когда на них действуют силы, и совершенно ничего не говорят о том, откуда эти силы исходят.

Вы стоите на поверхности благодаря двум из четырех фундаментальных взаимодействий (и, конечно, это технически упрощено, для подробностей проверьте ссылку и, если вы действительно заинтересованы, ссылки на первоисточники — но принцип применим):

• Гравитация: вы знаете об этом.
• Электромагнетизм: он не только запускает ваш компьютер, но и удерживает атомы в ваших ботинках от погружения в атомы пола. Как известно, даже нейтрально заряженные атомы состоят из внешней оболочки, заряженной отрицательно, и ядра, заряженного положительно. Когда отдельные атомы или молекулы сближаются, первое взаимодействие происходит между их внешними электронными оболочками — по мере их сближения они отталкиваются. Если вы не Большой адронный коллайдер, эта сила очень эффективно останавливает атомы, приближающиеся друг к другу; по мере того, как электроны (оболочки) становятся все ближе друг к другу, эта сила становится смехотворно большой по сравнению с гравитацией.
• Вы можете забыть о двух других, они появляются только в гораздо меньших масштабах внутри ядра.

Эти взаимодействия вызывают все силы, о которых мы знаем. Два из них вызывают все макроскопические силы (между атомами); два других вызывают все силы внутри атомов. Если хотите, первые два объясняют, как взаимодействуют атомы; два других объясняют, почему субатомные части атома вообще слипаются (вместо того, чтобы все было просто супом из кварков).

Регулярно гравитация притягивает вас и Землю вместе до тех пор, пока атомы, составляющие самый внешний слой ваших ботинок, не сблизятся с атомами пола, постоянно увеличивая электромагнитную силу отталкивания, действующую в противоположном направлении, — до тех пор, пока они не нейтрализуются и движение не прекратится. В этот момент, согласно 1-му закону Ньютона, эти силы равны, но противоположны.

Если Гравитация внезапно исчезает, то в этот самый момент вокруг остается только сила, вызванная Электромагнетизмом. Это не только подтолкнет вас вверх, но, согласно третьему закону Ньютона, также толкнет Землю вниз. Помимо всех других эффектов (говоря абсолютно теоретически, без воздуха и т. д.), видимым эффектом будет ваше движение, так как по 2-му закону требуется несколько больше энергии, чтобы визуально сдвинуть Землю, но поскольку мы говорим здесь теоретически , это что говорит 3-й Закон - вы оба двигаетесь. Силы действуют на обе вовлеченные стороны.

Насколько велика эта сила? Ровно столько же, чтобы отменить гравитацию, как раньше. Но, как объяснялось ранее, электромагнитное взаимодействие действует на невероятно коротких расстояниях. Как только атомы немного удалятся друг от друга (атомный масштаб), сила фактически прекратится (хотя, как и гравитация, в принципе имеет неограниченный диапазон, она падает пропорционально квадрату расстояния). Хотя Альфа Центавра теоретически притягивает вас, пока вы находитесь на Земле, эффект не имеет значения; то же самое верно, когда атомы подошв ваших ботинок удаляются от пола на минимальное расстояние.

Предыдущий абзац был бы концом, если бы ваше тело и ботинки были идеально несжимаемыми и абсолютно жесткими. Но очевидно, что это не так; все эти части очень мягкие (подумайте о своей плоти и т. д.; и все материалы ботинка очень гнутся для комфорта). Все это поведение также, опять же, вызвано одним и тем же электромагнитным взаимодействием. Таким образом, между всеми вовлеченными атомами существует цепь отталкивания , и в нашем естественном состоянии (под действием гравитации) все они очень сильно сжаты, как пружина. Эта пружина расширяется, когда гравитация исчезает, так что это будет видимая действующая сила ( вызванная , опять же, строго электромагнитным взаимодействием).

Итак, TL;DR: Нет , 3-й закон Ньютона не заставляет вас взлетать. Да , технически вы и Земля разделитесь из-за электромагнитного взаимодействия, из-за которого вы не слились с Землей, когда гравитация еще существовала. Нет , непосредственная атомная граница между вами и Землей играет лишь незначительную роль, так как самые мягкие части вашего тела и одежды создают эффективную пружину, так что задействовано огромное количество атомных «слоев». Я не в состоянии вычислить, сколько силы действительно действует; явно будет мало, но как видите и чувствуетедействие пружины в работе (особенно если вы носите пружинящие ботинки для бега...), вы можете предположить, что она заставит вас двигаться хотя бы немного, ощутимо, до того, как другие элементы (потоки воздуха, взрыв земли и т. д.) возьмут на себя над.

Если бы Гравитация исчезла, вещи, на которые произвела Гравитация, не поднялись бы вверх. Однако земной экватор движется со скоростью около 465 м/с относительно центра, и без гравитации все, что не удерживается на Земле другими силами, имело бы тенденцию поддерживать ту же тангенциальную скорость и, таким образом, в конечном итоге ускользнуло бы от Земли.