Все ответы здесь кажутся правильными, но чрезмерно техническими. Я думаю, что есть более интуитивные способы думать об этом, поэтому я попробую.

Коробка солидная. Твердые тела — это не только расположение атомов, плавающих вместе, они связаны силами. Эти силы (которые, как объяснил Хотлаб, являются электромагнитными по своей природе) действуют так же, как силы на пружине.

В нашей упрощенной модели вы должны представить, что каждый атом соединен пружинами с соседями (детали намного сложнее). Если один атом удаляется от соседей, то пружина оттягивает их назад, если слишком близко, то пружина отталкивает атомы в более расслабленное состояние.

Поэтому для ясности предположим, что наша модель состоит из прямоугольной сетки одинаковых атомов, соединенных пружинами с их верхним, нижним, левым и правым атомами каждый и только один. Например, ни один атом не связан с атомом в левом нижнем углу, и ни один атом не связан более чем с этими 4 атомами. Проще говоря, каждый атом связан пружинами с атомами своего окружения фон Неймана , как на этом изображении:

Давай назовем атом, который ты собираешься толкнуть$C$(для "центрального") и позвоним его соседу слева$L$, тот что справа$R$и атом под ним$D$(для вниз). И давайте на мгновение проигнорируем остальную часть ансамбля.

Итак, подумайте об этом. Сейчас ничего не движется, все находится в равновесии, все пружины находятся в расслабленном состоянии (ни растянуты, ни сжаты). Теперь вы начинаете толкать$C$вниз. Когда вы нажимаете$C$он начинает двигаться вниз (поскольку согласно второму закону движения Ньютона эта сила должна создавать ускорение). Как$C$движется вниз, он начинает сжимать$C-D$струны, и, таким образом, на пружине начинает возникать сила, которая хочет ее расширить, эта сила все больше и больше сопротивляется вашей направленной вниз начальной силе, так что$C$начинает замедляться (поскольку ваша сила на нем все больше и больше противодействует необходимости расширения струны). Между тем, как$C$атом шел вниз,$C-L$и$C-R$расширяются, и поэтому на них также возникает сила, разница теперь в том, что эти силы хотят сжать обе пружины (поскольку они больше, чем их длина в расслабленном состоянии). Эта строка$C-L$тянет на$C$влево и вверх и струна$C-R$тянет вправо и вверх.

Итак, на нас действуют 4 силы.$C$прямо сейчас: ваш толчок сверху, восходящая реакция$C-D$струна, реакция слева вверх$C-L$струна и реакция справа вверх$C-R$нить. Как$C$продолжает двигаться, все эти силы будут изменяться (за исключением вашего постоянного толчка сверху), пока он не достигнет состояния равновесия, когда все пружинящие реакции настолько сильны, насколько это необходимо, чтобы помешать вам продолжать движение.$C$; они достигают точки, где они точно противодействуют вашей силе, нажимающей на$C$. Вы можете сказать, что это имеет смысл, если вы посмотрите на эту диаграмму:

Я закрасил черным цветом стрелки, обозначающие силы, действующие на атом.$C$. Как видите, результирующая сила равна нулю, в этот момент$C$прекращает движение и система достигает равновесия (вашей силе противодействуют другие силы). Вы можете видеть, что есть составляющая силы$C-R$строка справа и одна из$C-L$струны влево, так как система горизонтально зеркально симметрична относительно$C$. Это означает, что результирующая сила не имеет горизонтальных составляющих, и$C-R$тянет вправо точно так же сильно, как$C-L$тянет влево. А как насчет вертикальной составляющей чистой силы? Как видите, все три реакции пружин направлены вверх, поэтому в сумме они дают одно и то же значение, которое вы толкаете вниз. Я не собираюсь точно вычислять, как они суммируются, но ясно (из-за того же аргумента симметрии), что восходящий вклад$C-L$совпадает с восходящим вкладом$C-R$, вместе с восходящим вкладом$C-D$струны, они могут противодействовать идеальному сопротивлению вашему нисходящему толчку.

Но система не могла оставаться в таком состоянии долго. Это был бы конец, если бы$R$,$L$и$D$были закреплены (прибиты к фону). Но они свободны, поэтому они будут двигаться в соответствии с силами, которые они также испытывают. Эти силы, испытываемые соседними атомами, я обозначил желтым цветом и изобразил стрелками внутри соответствующего атома. Эти силы действуют на пружины, когда они хотят расшириться (в случае$C-D$) или договор (в случае$C-L$и$C-R$).

Дело в том, что эти атомы не неподвижны, а свободны в движении. Итак, под действием этих сил (желтые стрелки) они начнут двигаться со своих первоначальных позиций. Теперь не просто$C$который сдвинулся и, таким образом, расширил или сжал 3 соседние пружины, теперь у нас есть 3 движущихся атома и 9 пружин, прилагающих силы в ответ. Я просто не буду все это рисовать. Также на следующем этапе будет 6 перемещающихся атомов и 16 пружин, действующих с разной силой. Как видите, эволюция этой системы резко усложняется. Это означает, что задача расчета каждой силы и новых позиций на каждом шаге становится все больше и больше, и просто безумие просить кого-то ее выполнить. Это всего лишь 20 атомов, но в реальных твердых телах их триллионы, они не всегда так упорядочены, как в этой решетке, они трехмерны, а не двумерны, фактически задействованные электромагнитные силы действуют не строго как пружины, а немного иначе,

В физике, когда мы достигаем точки, когда происходит взрыв (неограниченный рост) количества вычислений, необходимых для понимания явления (когда даже моделирование его на компьютере потребовало бы миллиардов лет для реального твердого тела), мы склонны чтобы избежать такого микроскопического взгляда на взаимодействие и начать размышлять о том, как выглядит общее поведение в макроскопическом масштабе. Для этого мы используем либо статистическую механику (которая говорит нам о природе средних сил и средней реакции каждой широкой области сетки), либо механику сплошных сред (где мы начинаем с предположения, что нет ни атомов, ни пружин, а есть непрерывная эластичный бесконечно делимый материал, и использовать дифференциальное исчисление для объяснения всей системы как твердого объекта без частей).

Посмотрите на мою грубую симуляцию эволюции этой системы после нескольких дополнительных шагов, используя только микроскопический подход расчета каждой силы, действующей на каждый атом:

Сила (введенная вами) не умножается по решетке, а только все больше и больше перераспределяется. Вы можете думать о нем также как о готическом соборе. Вся механическая система готического собора устроена таким образом, что огромная нагрузка на вершину (сила гравитации), подобная весу центральной башни, перераспределяется на большую площадь земли по этим «механическим каналам». называются контрфорсами. Сила та же, но теперь она распределена так, чтобы давление не разрушило потолок собора. Наш случай аналогичен, только если рассматривать его в деталях (микроскопические детали), ваше твердое тело динамически перераспределяет силу на всю решетку; для перераспределения этой силы требуется некоторое время, потому что каждая пружина должна передавать взаимодействие через все движущиеся части в твердом теле до тех пор, пока равновесие между вашей силой и всеми реактивными силами причинной цепи, которую вы создали, не противодействуют друг другу.

Опять же, когда достигается это состояние равновесия между силами, нет чистой силы (сумма всех сил уравновешивается), а если нет чистой силы, то, в конце концов, нет движения. Конечное состояние состоит в том, что твердое тело будет сжиматься, как если бы ваша сила была более или менее распределена между всеми атомами верхнего слоя (даже если вы нажимаете только на один из них), поскольку все пружины верхнего слоя будут иметь силы, тянущие вниз, или, по крайней мере, какая-то их составляющая будет передаваться при движении$C$вниз ко всем атомам в этом верхнем слое. Твердое тело будет выглядеть как набор горизонтальных слоев, вертикально сжимающих вертикальные пружины между собой. Так:

Но если твердое тело не такое твердое (пружины более упругие, менее реагирующие на расширения и сжатия, менее жесткие), можно увидеть, что сила будет распределяться таким образом, что «твердое тело» будет деформироваться. Ваше концентрированное давление не будет справедливо распределяться в верхнем слое (даже если оно всегда будет распределяться по всей решетке). Конечный результат (когда все перестанет двигаться) будет выглядеть так:

Все зависит от силы пружин; сила сцепления твердого тела. Абсолютно жесткий сценарий невозможен, но поскольку электромагнитные «пружины» (химические связи) крайне неэластичны (сильно реагируют на любую попытку их сжать или растянуть), твердое тело выглядит примерно так (сжимается равномерно сверху ). В эластичном случае у вас есть такие материалы, как желе, которые вы можете нажать на точку, и все это будет деформироваться, как на предыдущем изображении, пока вы сохраняете эту силу. Но желе находится на другом конце спектра «твердости».

Итак, как вы видите, вы не можете толкать атом независимо от других в твердом теле, потому что он будет толкать и тянуть своих соседей до тех пор, пока вся решетка не перераспределит вашу первоначальную силу, и каждый атом не будет тянуться этим единственным атомом посредством его силы. пружинные соединения с другими.

Вы даже можете купить или построить игрушечную модель этой системы (в 3D она еще более реалистична) и поиграть с ней, чтобы понять, как твердые тела ведут себя при распределенном или концентрированном давлении.

Очень здорово играть с этой микроскопической моделью твердого вещества в руках. Вы можете понять все упомянутые мною аспекты работы этой системы и укрепить это понимание глубоко в своем мозгу.

---

ЗВУКОВЫЕ ВОЛНЫ: ИНТЕРЕСНЫЙ АСПЕКТ

Я упомянул тот факт, что микроскопический анализ всей решетки, расчет каждой силы и относительного движения каждого атома — это просто безумие, и что внутри статистической механики и механики сплошных сред есть модели, которые могут это объяснить. Но я не делал никаких расчетов и подходов в этом смысле.

Давайте сделаем это сейчас, хотя бы расплывчато. Мы можем на мгновение сфокусировать наше внимание на колонке атомов чуть ниже$C$атом, игнорируя остальную часть системы. Это тоже твердое тело: вертикальный стержень шириной всего в один атом. Давайте посмотрим, как ваша сила распространяется вниз, используя эту анимацию, которую я извлек из серии «Механическая вселенная» .

Мы могли бы полностью рассчитать каждое взаимодействие для каждого момента времени, просто используя законы движения Ньютона и закон Гука (который описывает специфическую природу сил, действующих на пружины). Но это, как я уже сказал, непрактично, когда число атомов и пружин велико. Но! Только наблюдая за некоторыми из этих атомов, можно почувствовать, что существует макроскопическое (в широком понимании контекста) поведение системы. Похоже, что возмущение распространяется; похоже на волну!

Таким образом, мы можем избежать вычисления миллиардов взаимодействий, потому что реальность такова, что это просто волна, распространяющаяся вниз (больше похожая на импульс, но все же волна). У нас есть уравнения, которые идеально и просто описывают поведение волн, поэтому их нужно использовать. В частности, эта волна является продольной волной .

А как насчет других атомов в решетке? Что ж, давайте на мгновение сосредоточимся на атомах того же ряда$C$и только на тех, что справа. Мы переезжаем$C$вниз, чтобы взаимодействия выглядели как эта анимация:

Опять же, это очень похоже на распространение волны (поскольку сила на самом деле должна быть распределена за конечное время). Но разница в том, что в этом случае волна не продольная, а поперечная .

Но есть что отметить: в предыдущей анимации атомы двигались только вверх и вниз (они могли быть закреплены вертикальным стержнем, каждый из которых мог бы скользить). В нашей системе это не является ограничением, и поскольку$R$не только толкается вниз перемещенными$C$но она также сдвинута влево, собственно волна представляет собой комбинацию продольных и поперечных колебаний. Те же сложные волны, которые мы видим в океанах:

Посмотрите на эти атомы и на то, как они колеблются по кругу (не только вперед-назад и не только вверх-вниз, но и на комбинацию обоих движений). Кроме того, ваше твердое тело — это не только этот слой и предыдущий столбец атомов, это и то, и другое, и каждая часть решетки будет страдать от распространения этих сложных волн в разных формах в зависимости от расстояния от$C$и ориентация.

Из-за симметрии эта волна распространяется не только справа от$C$но и слева от$C$. И также помните, что ваша сила — это не сила, приложенная с колебательной интенсивностью, а просто импульс, единый волновой фронт. Когда фронт волны распространился на все твердое тело, ситуация заканчивается (наши пружины гасят любые будущие колебания, и мы достигаем равновесного/статического состояния).

Эти волны давления, распространяющиеся по всему твердому телу, на самом деле являются звуковыми волнами. Невероятно, правда? Звуковые волны перераспределяют силы твердого тела после вашего действия, как готический собор. Звучит даже поэтично для меня. Так, если пружины более жесткие, то они быстро передают взаимодействие (поскольку сильно реагируют на любое относительное изменение между атомами), а в случае более упругих пружин мы имеем более медленные волны. Именно по этой причине звуковые волны распространяются быстрее в более жестких объектах. Эластичность этих пружин связана с химическими свойствами атомов вашего твердого тела.

Например, для свинца звуковые волны распространяются со скоростью$v=1210 \;\mathrm m/\mathrm s$, а для более жесткого алюминиевого блока звуковые волны достигают$v=6320 \;\mathrm m/\mathrm s$, более 6 км каждую секунду! Очевидно, что мы совершенно не в состоянии заметить этот эффект, когда толкаем твердый объект, динамическая эволюция атомной сетки происходит настолько быстро, что мы на самом деле всегда видим статический результат; мы толкаем объекты, и они движутся как единое целое, тогда как на самом деле мы прикладываем силу к одной его части.

Не только экстремальные скорости делают это явление невидимым, но и, поскольку мы макроскопические существа, мы действительно никогда не увидим смещения атомов при прохождении волны. Вот почему мы обычно говорим о твердых телах с точки зрения общих механических законов движения, игнорируя тот факт, что это поведение возникает из триллионов крошечных ньютоновских механических взаимодействий.

---

ТЕПЛО: ЕЩЕ ОДИН ИНТЕРЕСНЫЙ АСПЕКТ

Наконец, я хочу указать на эту симуляцию твердого блока, состоящего всего из нескольких атомов, сталкивающихся с полом.

Посмотрите, как я немного соврал о том, что мы достигаем статической конечной ситуации: после сжатия все эти пружины продолжают взаимодействовать друг с другом (все волны продолжают отскакивать внутри твердого тела, сложным образом отражаясь и интерферируя друг с другом). Твердое тело никогда не перестает менять форму (в ничтожных количествах). Эти взаимодействия становятся фоновыми шумовыми колебаниями, и эти колебания и есть то, что мы, как макроскопические существа, воспринимаем как температуру объекта. Затухания нет.

Что интересно в анимации, так это то, что атомы не вибрировали случайным образом до удара объекта. С нашей моделью решетки атом-пружина мы можем показать, что твердый объект, движущийся с определенной кинетической энергией, действительно немного нагревается при столкновении с другим, часть энергии сохраняется в виде общей кинетической энергии блока, когда он снова отскакивает вверх, но изрядное количество исходной энергии не хранится в виде случайного движения молекул твердого тела. По этой причине объекты не достигают одинаковой высоты после того, как отскочат от пола. Все это объясняется как раз этой простой моделью!

В качестве бонуса это второй отскок: вы можете видеть, что теперь только один атом испытывает силу при столкновении (вместо всего нижнего слоя атомов предыдущей анимации). Это похоже на эксперимент вашего вопроса.

Посмотрите, как волна распространяется так быстро, что почти не видна на обоих GIF-файлах. Это всего несколько кадров. В первом это более заметно: волна проходит твердое тело снизу вверх менее чем за полсекунды.

---

ПРИЛОЖЕНИЕ: ПРИМЕР ПРОСТОГО РАСЧЕТА СЕТИ

Поскольку вас особенно интересует фактическое распределение силы и то, как оно работает, я собираюсь подробно остановиться на мелких деталях того, как может быть выполнен фактический расчет для сети взаимосвязанных масс, прикрепленных пружинами.

Для этого нам сначала нужно понять природу задействованных сил. Поскольку это пружины, мы можем использовать закон Гука;

$F=-k(L-L_0)$

Это говорит нам о том, что сила, действующая на пружину, пропорциональна ее растяжению или сжатию.$L_0$- длина пружины, когда она находится в расслабленном состоянии, и$L$длина строки в целом. Так$L-L_0$- это изменение длины строки из этого расслабленного состояния.$k$– коэффициент жесткости струны. И знак минус (-) здесь, потому что для расширения ($L-L_0>0$) сила должна идти в направлении сокращения и для сокращения ($L-L_0<0$) сила должна указывать в направлении расширения.

Теперь давайте представим нашу простую модель: четыре атома, соединенных пружинками в конфигурации, идентичной нашей.$C$,$R$,$L$и$D$атомы. Расстояние между соседними атомами составляет 1 ангстрем (десятая часть нанометра). Это расстояние также будет длиной расслабленной длины каждой из наших пружин. А это значит, что в этой конфигурации они вообще не находятся под напряжением. Итак, у нас есть$L_0 = 1 \;angstrom$на все пружины.

Теперь предположим, что я фиксирую положение$R$,$L$и$D$атомы, удерживающие их, в то время как мы меняем положение$C$атом. Тогда все пружины будут меняться в размерах в зависимости от того, куда я их поставлю.$C$, и, таким образом, все струны будут воздействовать на$C$(сила, которой раньше не было в расслабленной ситуации).

Итак, чтобы дать некоторые конкретные цифры, я перееду$C$в направлении вниз на 0,5 ангстрем (половина пути к$D$позиция). Теперь длина$C-D$пружина уменьшилась до 0,5 ангстрем, и, таким образом, должна появиться сила в направлении вверх (поскольку сжатие произошло в направлении вниз, а в законе Гука стоит знак «-» впереди всего). Таким образом, сила, действующая на эту струну на$C$будет$F_D=-k(L-L_0)=-k(0.5-1)=k/2$. Но длины этих$C-R$и$C-L$пружины тоже менялись. Новую длину можно рассчитать с помощью теоремы Пифагора, поскольку длины пружин можно рассматривать как гипотенузы прямоугольного треугольника с основанием 1 ангстрем и высотой 0,5 ангстрем:

Как видите, длины$C-R$и$C-L$пружины теперь равны$L=\sqrt{0.5^2+1^2}=1.118\; angstroms$. Из основ тригонометрии мы знаем, что угол, под которым эти пружины наклонены по отношению к горизонтали, является арктангенсом наклона, а наклон представляет собой отношение между высотой и основанием. Так, сила$C-R$весна будет$F_R=-k(L-L_0)=-k(1.118-1)=-0.118k$что отрицательно, потому что сила направлена ​​в направлении, противоположном расширению (которое считается положительным), а сила$C-L$весна будет$F_L=-k(L-L_0)=-k(1.118-1)=-0.118k$что опять-таки одно и то же (обратите внимание, что, поскольку система зеркально симметрична, мы могли бы избежать этого вычисления, просто сказав: «они оба должны быть одинаковыми из-за симметрии»). Единственная разница между ними состоит в том, что направление расширения определяется положительно на них по-разному, т.е.$C-R$пружина расширяется к левому концу и$C-L$пружина расширяется в правый конец, поэтому силы направлены одна вправо, а другая влево, обе наклонены относительно горизонтали в точке$\alpha = 26.57^\circ$.

Итак, давайте предположим один последний параметр нашей модели. скажем так$k = 132.106\; N/angstrom$. Это означает, что струны в нашей модели способны реагировать с$132.106\; N$силы на каждый ангстрем мы расширяем или сжимаем их. Поскольку мы заключили договор$C-D$пружинит на полангстрема интенсивность силы (независимо от знаков) равна$|F_D|=k/2 = 66.05\; N$. Для силы$C-R$и$C-L$пружины у нас есть$|F_R|=|F_L|=0.118k=15.59 \; N$каждый.

Поскольку теперь мы знаем значение каждой силы, приложенной к$C$в этом конкретном положении тремя пружинами, и поскольку мы также знаем, как эти силы ориентированы (одна направлена ​​вниз, другая направлена ​​вверх-влево под углом$26.57^\circ$а последний указывает вверх-вправо с тем же наклоном$26.57^\circ$), мы можем вычислить результирующую силу, приложенную к$C$. Нам нужно только разложить силы на их горизонтальную и вертикальную составляющие. Это можно сделать с помощью простой тригонометрии, например:

Наконец, мы можем вычислить горизонтальную составляющую чистой силы как сумму горизонтальных составляющих всех сил и то же самое с вертикальной составляющей. Имея суммарные вклады как по вертикали, так и по горизонтали, мы можем окончательно получить фактическое значение чистой силы и ее направления:

Все горизонтальные вклады различных сил полностью нейтрализуют друг друга в этой конфигурации, и складываются только вертикальные вклады.

Итак, окончательный ответ здесь таков: если$C$перемещается в это конкретное положение, на него будет воздействовать подъемная сила$80\; N$. Почему$80\;N$? Поскольку я выбрал значение$k$и значение смещения$C$чтобы это было результатом в нашей модели.

Эта система не находится в равновесии, так как результирующая сила на$C$не равен нулю. Это означает, что если я позволю$C$выйти из этого положения он начнет двигаться вверх. Пока он меняет положение, пружины будут менять длину, и результирующая сила может измениться. Если движение ослабить (некоторым добавочным трением или нагревом пружин), то в конце концов после некоторых колебаний вся система вернется к исходной Т-образной конфигурации (поскольку в этой ситуации мы видели, что результирующей силы не было, следовательно, никаких изменений не произошло). ).

Но! если вместо того, чтобы позволить$C$иди ты толкал его с$80\;N$вниз, тогда общая чистая сила будет уравновешена! потому что вы будете уравновешивать эти пружинные силы тем, что вы давите на этот конкретный атом с этой конкретной силой.

Итак, ваш первоначальный вопрос на самом деле является этой проблемой, но наоборот. Вы толкаете с$80\;N$силы вниз, и с учетом этого было показано, что через 0,5 ангстрема (в том и только в том случае, если жесткость пружин равна k$=132.106\; N/angstrom$) вся система будет в равновесии, и ваша приложенная сила будет точно уравновешена другими, так что после этого все будет двигаться. Реальность (как кто-то указал) такова, что из-за инерции после прохождения 0,5 ангстрема отметьте свой$C$атом будет продолжать двигаться к$D$. Но при этом общая сила на$C$собирается измениться на восходящую силу и, таким образом,$C$атом фактически будет колебаться вокруг положения 0,5 ангстрем навсегда. Если есть какое-то демпфирование, то он придет в состояние покоя к этой Y-образной конфигурации.

Это конечный результат того, что вы толкаете$C$атом с постоянной силой в этой 4-атомной системе. Но что произойдет, если я отпущу остальные атомы системы (вместо того, чтобы держать их неподвижными)? Тогда расчет становится гораздо более утомительным (не сложным, поскольку вам нужно будет применить те же рассуждения и базовую тригонометрию, но для гораздо большего количества сил). Результатом этого расчета является то, что все будет немного сгибаться, когда вы будете нажимать на него, и весь энсейбл будет двигаться вниз, пока вы продолжаете нажимать на него. Итак, вот вам пример того, о чем я вам говорил, сила, приложенная к одному атому, может сдвинуть весь объект, поскольку он был единой монолитной структурой, крошечные изгибы твердого тела незаметны из-за чрезвычайной прочности атомных связей (эти пружины реально жесткие). Динамическая эволюция также незаметна, поскольку она происходит с микроскопическими вариациями положений отдельных атомов и молекул и происходит со скоростью звука! Таким образом, конечный результат состоит в том, что нет никакой макроскопически заметной реальной разницы между тем, как вы толкаете один атом твердого тела или все твердое тело.

Я также должен отметить, что если вы толкнете один атом с помощью$80\;N$силы вы, вероятно, порвали бы все связанные с ним пружины (связи не связаны такими сильными силами), поэтому в реальной жизни вы смогли бы только отделить этот атом от твердого тела. Но возможность направить всю эту силу на поверхность всего лишь одного атома выходит за рамки любого повседневного опыта. Также атом, находящийся в контакте с этим атомом, будет полосатым от вашего пальца. Как правило, вы толкаете с большими контактными поверхностями, сила распределяется равномерно по этой контактной границе, так что последующее взаимодействие может быть пересчитано, как в наших моделях (пружины никогда не ломаются).

Качественный результат одинаков для любой сети атомов. Но конкретные расчеты, о которых я упоминал ранее, совершенно невыполнимы, если вы хотите знать действия и реакции каждого атома и пружины в каждый момент ансамбля из миллиарда атомов. Не просите меня сделать это, потому что это было бы просто ненаучным подходом к проблеме.

---

ОДНО ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ РАЗЪЯСНЕНИЕ

Вас как будто беспокоит (по крайней мере, в чате) то, как можно вот так перераспределить силы. Я думаю, что у вас может быть одно неправильное представление здесь.

В механике существуют законы сохранения энергии и импульса (и многих других переменных), но сохранение силы не является законом природы и никогда таковым не считалось. Если сила куда-то исчезает, ее не заменяет никакая другая сила. Мы можем создавать силы и уничтожать их как ничто. Не путайте это с законом Ньютона III, который на самом деле является загадочной формой сохранения импульса, а не силы.

Атомы в твердом теле находятся на предпочтительном расстоянии от соседних атомов, где электромагнитный потенциал минимален (не слишком близко, потому что их электронные облака отталкивают друг друга, и не слишком далеко, потому что энергетически выгодно иметь общие электронные орбиты). Когда вы прикладываете силу к одному атому или ряду атомов, это смещает их с предпочтительного расстояния к соседям, и в результате другие атомы подстраивают свое положение под новый минимум потенциала . Следовательно, приложение силы к одной части коробки повлияет на остальную часть коробки, заставив атомы изменить свое положение.

В вашем примере 1 стол будет чувствовать силу, потому что его атомы не хотят быть слишком близко к атомам коробки (потому что их электронные облака снова отталкиваются друг от друга). Земля будет отталкиваться от стола, потому что это тяжелый объект, который не хочет двигаться (Ньютон 1), и поэтому система будет в равновесии (ничего не будет двигаться).

Наконец, начальные условия — это то, что вы определяете, а не что-то, что меняет то, как вы это описываете. Если вы говорите, что прикладываете 80 Н к одному атому, то происходит именно это, а не 720 Н к 9 атомам в вашем ящике. Как и в случае с системой «ящик и стол», вы можете сбалансировать силы атомов друг с другом с помощью Ньютона 3, чтобы они отталкивали друг друга, и система находилась в равновесии, однако вам нужно быть осторожным и убедиться, что что это Земля отталкивает стол и приводит систему в равновесие (если бы не Земля, стол и коробка начали бы двигаться, когда вы их толкаете).

Я не рассмотрел весь вопрос, так как он довольно длинный, но, как следует из диаграмм и названия, я думаю, вы спрашиваете обо всем процессе взаимодействия некоторых твердых тел.

Я думаю, вы должны быть знакомы с законами движения Ньютона и некоторыми свойствами электромагнитных сил. Итак, третий закон Ньютона гласит, что для изолированной системы

$$\sum_{i=0}^n \vec{F_{int}}=0$$ или сумма внутренних сил равна нулю.

Согласно лекции Фейнмана по электромагнетизму, когда два тела находятся очень близко друг к другу или только соприкасаются друг с другом, частицы на поверхности тел взаимодействуют друг с другом посредством электромагнитных сил, которые действуют перпендикулярно общей поверхности пары тел и также называются нормальными силами. По 3-му закону движения силы образуют пару действия и противодействия.

Рассмотрим коробку, помещенную на стол на земле. Нормальные силы являются внутренними силами системы стол-коробка и предотвращают падение коробки на землю.

Теперь рассмотрим тот же случай системы стол-ящик, но с другой ситуацией, когда мальчик толкает ящик сверху к столу. Теперь нормальные силы действуют между системой стол-ящик, а также системой ящик-мальчик. Теперь предположим, что коробка находится в равновесии, тогда

$$\vec{F_{B,b}}+m\vec{g}+\vec{F_{t,b}}=0$$

$\vec{F_{B,b}}$сила, приложенная мальчиком к ящику.$\vec{F_{t,b}}$сила, приложенная столом к ​​ящику.

Итак, я думаю, что это уравнение само по себе управляет всей динамикой коробки в равновесии. Я старался изо всех сил объяснить проблему, затронутую вами.

РЕДАКТИРОВАТЬ

Углубление в подробности означало бы переход от ньютоновской механики к квантовой механике, которая будет довольно сложной на начальном уровне. Поэтому я ограничил свое решение ньютоновской механикой.

Когда мальчик толкает коробку, он не прикладывает силы к столу, но для сохранения равновесия коробка толкает стол вниз, а для выполнения 3-го закона стол толкает коробку вверх. Таким образом, происходит взаимодействие между коробкой и столом.

Подробнее о таких понятиях, как центр масс, динамика твердого тела и законы Ньютона для системы частиц, читайте в статье. Это вряд ли займет 2-3 дня.

Надеюсь это поможет!

Это хороший вопрос, давайте разберемся пошагово, но в этом ответе будут использоваться только второй и третий закон Ньютона (поскольку закон - это то, что происходит, но нельзя полностью объяснить, почему это происходит), поэтому, если вы примете это, только кто-то может вам объяснить.

(Пожалуйста, сделайте диаграмму, когда будете читать дальше, чтобы понять этот ответ.)

Итак, теперь возьмите 2 слоистых 3 молекулы, если мы применим$80\,$N на первом слое, затем$80\,$N будет определяться нижним слоем, поскольку первый слой находится в равновесии, а затем используется третий закон Ньютона.$80\,$N будет действовать на второй слой первым слоем, так как он также находится в равновесии, тогда таблица должна давать$80\,$N в противоположном направлении, поэтому этот слой должен получать$80\,$N сила по таблице, поэтому мы говорим, что тело получает нормальную реакцию по таблице. И в случае баланса массы аналогичным образом вы можете взять равновесие каждого атома и продолжить и запомнить баланс, измеряющий нормальную реакцию, чтобы показать чтение.