Пример, противоречащий третьему закону Ньютона?

Пусть a, b — две заряженные частицы.

р а ( 0 ) знак равно 0
р б ( 0 ) знак равно р Дж ^
в а ( т ) знак равно в а я ^
в б ( т ) знак равно в б Дж ^

в котором оба в а а также в б << с .

затем

Е а б ( 0 ) знак равно д а 4 π ϵ р 2 Дж ^

Б а б ( 0 ) знак равно мю д а в а 4 π р 2 к ^

Е б а ( 0 ) знак равно д б 4 π ϵ р 2 Дж ^

Б б а ( 0 ) знак равно 0

Обратите внимание, что в а а также в б << с таким образом, a и b почти подчиняются закону Кулона. Более того, Дж я ( р ) знак равно д я дельта ( р р я ) в я следовательно, можно применить закон BS.

Следовательно

Ф а б ( 0 ) знак равно д б ( Е а б + в б × Б а б )
знак равно д а д б 4 π ϵ р 2 Дж ^ мю д а в а в б 4 π р б 2 я ^

Но

Ф б а ( 0 ) знак равно д а д б 4 π ϵ р 2 Дж ^

Следовательно

Ф а б Ф б а

Этот результат противоречит 3-му закону Ньютона!! Но я не могу найти ни одной ошибки... Меня это беспокоило.

ваше первое уравнение о r_a должно говорить r_a=r, потому что вы формулируете его для всех t (время), поскольку оно не может иметь никакой скорости. Вектор разности между r_a (который вы ошибочно называете r) и r_b должен быть в знаменателе силы между ними.
чтобы было ясно, r_a может быть 0 только в t=0 или в другое конкретное время, если он движется. И исправьте вышесказанное, r_a= r_i (не r), чтобы быть правильным. тогда r должно быть разностью векторов между r_i и r_j. Я думаю, вы игнорируете тот факт, что в движущихся системах для пространственного положения может быть задано только начальное значение в определенное время, t = 0.
Как указывает @MarkEichenlaub, есть некоторые проблемы с вашим анализом, но +1 --- хороший вопрос и, тем не менее, проницательная попытка!
@annav Ты прав. Я собираюсь исправить это.

Ответы (2)

Детали вашего анализа не совсем верны - не так выглядит, например, электрическое поле движущегося заряда. Вероятно, это потому, что вы еще не изучили все правила электромагнетизма. Тем не менее, дух вашего вопроса касается важного момента.

Заряды не сохраняют импульс и не подчиняются третьему закону Ньютона. Вы должны включить импульс электромагнитного поля, чтобы убедиться, что законы сохранения выполняются.

В разделе 8.2 Гриффитса «Введение в электродинамику» есть доступное обсуждение, если вы хотите немного больше математики.

Ах да, движущиеся заряды не подчиняются закону Кулона и Био-Савара... Поэтому я добавил условие, что они оба движутся с малой скоростью. Кроме того, большое спасибо за вашу книгу.
Хорошо, я прочитал раздел 8.2. Кажется, что взаимодействие в классической теории поля локализовано. Следовательно, силы, которые ощущают заряды, задаются ЭМ-полем, а не другими зарядами. Так что результата нет Ф а б Ф б а но Ф Ф а Ф Ф б таким образом, не нарушает 3-й закон.
Что ж, нам нужно включить ЭМ-поле, чтобы избежать этой проблемы, но, похоже, ЭМ-поле больше подчиняется релятивистской механике, чем ньютоновской. Так соблюдается ли третий закон в релятивистской механике? Кроме того, кажется, что такие величины, как «сила» и «ускорение», не столь ясны и важны в релятивистской механике...

Главное, с чего вам нужно начать, это определить ток отдельного электрона с помощью дельта-функции :

Дж ( р ) знак равно е дельта ( р р ( т ) ) р ˙ ( т ) ,

куда р ( т ) это положение частицы. Тогда все остальное (уравнения Максвелла, закон Био-Савара) должно работать.