作者mgtsai ()
看板Physics
标题Re: [问题] 关於牛顿第3定律 in electrodynamic
时间Sat May 17 08:02:22 2008
※ 引述《mantour (朱子)》之铭言:
: 但是这样你就要把电磁场当作受力体
: 而一般人根本没有在用这样的定义
: 而且要考虑电磁场的动量,直接用动量守恒就好了
: 我觉得这样的观念根本不实用
: 一般的牛顿第三定律,指的就是针对一般的 施力体--受力体的模式
说实话,如果只考量施力体--受力体的这种模式
而不把中间的场纳入系统中,还是无法形成够完整的图像
一般会说,在电磁场下第三定律不成立,是因为电磁场波动有时间延迟的效应
但若在静电或静磁场下则第三定律就会成立
例如,相等静止的两块磁铁A、B,周遭空间的磁场是静磁场
磁铁A对磁铁B的作用力,与磁铁B对磁铁A的反作用力
刚刚好大小相等方向相反,符合第三定律
若因两磁铁之间的受力关系是靠磁场交互作用,这样就得要抛弃第三定律
那未免有点因噎废食食了点
不过表面上看起来,在静电场或静磁场下,第三定律是成立的
但若仔细分析,其实整件事并非完全无条件的成立
这只要使用高中学过的 毕欧沙伐定律 (Biot-Savart law),即可解释
p.s. 我不晓得现在的高中物理会不会教毕欧沙伐定律,
但在我那个年代,毕欧沙伐定律是在高中就学到的
考虑两条通电流的长直导线A、B,彼此不相交奕不平行 (歪斜线)
从两条导线中,各取一小段微小导线 dL1 与 dL2
因於 dL1 上通有电流,所以可以依 Biot-Savart law
计算出於 dL2 处,电流通过 dL1 上所贡献的磁场为何
而又因 dL2 亦通有电流,所以,dL2 会因 dL1 所贡献的磁场而受力
此力,即是 dL1 对 dL2 所施于的作用力 F12
依同样的方式,亦可算出 dL2 对 dL1 所施于的作用力 F21 为何
表面上看起来,F12 与 F21 好像是大小相等方向相反
但仔细计算,却发现完全不是这麽一回事
(请各位自行动笔计算,只是三个向量之间的外积计算而已)
换句话说,即使在这个以高中物理就可以解释的例子下
牛顿第三定律又失效了
虽然 dL1 与 dL2 之间的受力关系不符第三定律
但如果考量一整条导线,神奇的事又发生了
若考处 dL1 与 导线B 之间的受力,发现,会遵守第三定律
而且,不限定导线B一定要是长直导线
任何形成封闭回路的导线,与 dL1 之间的受力关系,必定遵守第三定律
p.s. 长直导线某种层次而言被视为封闭回路,这可以利用复变的手法去处理
长直导线的两端於无穷远处连接
同样地,导线A 与 dL2 之间的受力关系,亦遵守第三定律
同样地,导线A 与 导线B 之间的受力关系,亦遵守第三定律
这里显示一件很神奇的事
就是,若把封闭回路的导线,切成一小段一小段 (例如把导线 B 切成一堆 dL2)
这样会破坏第三定律
但把这一大堆微小导线的施力/受力值积分起来,第三定律又起死回生了
* * * * * * * * * *
即使以 "施力体" 与 "受力体" 来处理第三定律
dL1 与 dL2 这两者,就是很标准的 "施力体" 与 "受力体"
而且,空间所布满的是静磁场,但结果是,dL1 与 dL2 却不满足第三定律
但我们又不能说,只要因为有电磁场存在,就把整个第三定律抛弃掉
不然,两块磁铁之间的受力关系,不会因为中间充满磁场,而不符合第三定律
问题来了,那在静磁场之下,牛顿第三定律到底成不成立?
回答成立又不太对,因为 dL1 与 dL2 的受力关系并不满足第三定律
回答不成立又不太对,因为两块磁铁的受力关系明明就符合第三定律
会有这样子的尴尬情况,就是因为只有考虑 "施力体" 与 "受力体"
而刻意忽略掉电磁场在这整件事所扮演的重要媒介
只要将电磁场纳入整个系统之中,问题反而可以单纯化:
就是牛顿第三运动定律必定成立
: 你这样说当然也没错
: 不过我想原po已经很不懂了
: 请不要让他再更头痛了
: 因此我主张以下说法:
: 在电磁学中
: 要把场的动量算进来,动量才会守恒
: 因此只考虑施力体和受力体的话,牛顿第三运动定律不成立
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