題:
如果重力消失了,牛頓第三定律是否會使所有被重力壓向地面的東西向上推?
Casimir Rönnlöf
2018-11-03 16:15:56 UTC
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如果引力消失了,牛頓第三定律會使引力壓向地面的所有東西都向上推嗎?

在我看來,[worldbuilding.se]問題似乎比物理問題更多。
引力突然消失還是在一個小時或一天之內消失是很重要的。
@DavidRicherby-這個問題在Wordbuilding中會很好,但是目標和答案在這裡是不同的。這裡的目標是了解牛頓第三定律。在造詞中,我們會考慮很多有趣的現象,例如我的答案註釋中概述的現象。
實際上,在Wordbuilding中已經提出了相關問題。https://worldbuilding.stackexchange.com/search?q=%5Bgravity%5D+消失
@DavidRicherby:不,這是一個不錯的物理問題。替代公式:法向力是否有滯後時間?
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@DavidZ是的,這就是我的想法(閱讀有趣的問題仍然很有趣),但是如果我再次遇到容易想到的問題,我想我現在轉到Quora。如果我曾經學習過物理學,將來可能會訪問這個站點。仍然感謝您的非常明確的信息。
這個問題可以很容易地用主流物理學格式來表述。想像一下,您在一艘擁有強大引擎的飛船中,其加速度為1克。您會感覺到人造重力,這與地球的重力沒有區別。然後,您決定關閉引擎。問題是:那會發生什麼?問題的這種現實表達也可以幫助我們回答問題。例如,發動機可以關閉多快?關閉動作後的軌跡取決於該軌跡。
十二 答案:
Pere
2018-11-03 20:43:10 UTC
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正如其他答案所解釋的那樣,牛頓第三定律不會推動您向上運動,因為一旦動作(重力)消失,反應就會消失。

但是,我們需要牢記,我們正坐在幾千公里的岩石上,這些岩石由於自身的重量而嚴重壓縮。如果重量突然消失,那塊岩石就會像彈簧一樣做出反應,並以極快的速度向太空投射自身和表面上的任何東西。實際上,即使是對地球當前狀態的彈性變形的最保守的估算,也都在幾公里的數量級,因此,我們可以期待很快的反彈。

評論不作進一步討論;此對話已[移至聊天](https://chat.stackexchange.com/rooms/85460/discussion-on-answer-by-pere-if-gravity-disappeared-would-newtons-third-ma)。
Luke Pritchett
2018-11-03 18:10:00 UTC
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是的,但是在幾乎所有情況下,這種推動都是不可察覺的。

當壁中的分子偏離其平衡位置時,就會產生來自表面的反作用力。他們被推得越厲害,他們被驅逐的越多,他們被驅逐得越多,他們被推回的越難。當您站在表面上而不會掉落時,這是因為您已將表面移位了足夠的程度,以使反作用力與您的體重相匹配。

作為一個極端的例子,想像一下站在蹦床上。較重的人會使蹦床表面的水槽比較輕的人低。在堅硬的表面上也是如此,但是基本上看不到位移。

如果您突然消除了重力,那麼從位移的表面產生的反作用力仍然存在,它將推動您離開,直到恢復表面的平衡狀態為止。

再次,想像一下站在舉重的蹦床上。當您丟掉重物時,蹦床將開始將您推高,直到您達到新的平衡。如果重物足夠重,它甚至可能將您帶入空中。

同一件事會在較硬的表面上發生,但是剩餘的反作用力作用在您身上的時間將很小,並且幾乎不會發現任何影響。

我試圖想像將重物放在蹦床上,然後扔掉,然後放到空中,我忍不住想不起來呢?
實際上,將您從蹦床上下沉需要很重的重量,但是即使重量很輕,當您將它們扔掉時,您仍會向上移動。找到一個蹦床並做實驗。
我在這個堆棧上創建了一個帳戶,只是為了投票給這個答案。這是對工作中力量的出色描述,並帶有一個完美的說明性示例,使其直觀易懂。而且,它正好解決了問問者實際上正在發芽的問題。
在較硬的表面上,一種基本的物理觀察方法是存儲的能量(“力*距離”)要小得多,因為力是相同的(您的體重),但距離卻小得多。(根據定義,幾乎看不到硬表面。)當然,力在整個距離上不是恆定的,但是Hookean彈簧存儲的能量$ kx ^ 2/2 $隨著k的增大和x的減小而減小,從而保持$ F = kx$常量。
它確實取決於表面的_compressible_程度。對於理想的不可壓縮表面,將沒有反作用力,但對於其他任何東西……
@djsmiley在類推時也遇到了同樣的問題。我認為更容易想像的是,您正站在巨大的彈弓(如狂歡節騎行)上,並以巨大的重物作為錨。一旦您從固定住物體的質量上分離下來,彈性就會恢復到平衡狀態,然後彈跳到空中。效果相同,但更容易想像到極端。
@Bilkokuya就是一個很好的例子!另一種方法是將一架Trampolin帶到ISS上-現在以1g的力將某人推入Trampolin中,然後放開,這與關閉重力的作用完全相同。
我將要製作幾乎相同的動物解剖學,但我想說一下蹦床是由一根繩子固定在其下方的重物上的。您“剪斷”了弦(因為現在地球的重量已經消失了)-哇,您正在飛向太空。我認為我的大腦對於“將”重物從蹦床上“扔”的想法有疑問...
@djsmiley2k我認為我們可以通過將蹦床向下拉來模擬它,就像在弓bo中拉弦一樣。當重力消失時,這可能類似於切斷固定蹦床的線或將觸發器扳到a上。
V.F.
2018-11-03 16:40:20 UTC
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您可以使用電磁鐵在現實生活中模擬此實驗。

例如,您可以用水平方向的電磁體固定垂直方向的鋼板,這樣在電磁體斷電時鋼板可以自由下落。

如果下降板具有水平速度分量並描述了拋物線,則可以得出法向力已將其推入的結論。如果板塊直落,則可以得出結論,沒有推動。

即使不進行這樣的實驗,您也可能會預測到板塊會直線下降。這是因為法向力是反作用力,並且它永遠不會超過引起電磁力或重力的作用力。因此,隨著所施加的力逐漸或突然消失,法向力隨之消失,因此不會有任何推動力。

正如另一個答案所暗示的那樣,材料的可壓縮性會產生影響-如果可壓縮,則係統在重力作用下將存儲能量。想像一下磁鐵和板之間的彈簧。磁鐵打開後,彈簧被壓縮,保持平衡。一旦磁鐵關閉,彈簧將膨脹,將板推開。
@Baldrickk有趣的一點。沒想到,地球會因自身的重量而儲存這麼多的勢能。如果您拿起一個巨大的固體物體並在其中製造一個空腔,該空腔在該物體的重量下不會塌陷,因為由於重量引起的應力會在周圍分佈。當然,地球不是很堅固。顯然,需要改進我的仿真模型:)
我也沒有想到,直到我讀了以上答案之一
Garf
2018-11-03 16:40:46 UTC
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不。反作用力存在的唯一原因是由於重力將您壓倒在地板上。

可能的一種可視化方法是,想像斜坡上與水平線成角度 $ \ theta $ span>的塊。

$ \ theta = 0 $ span>(即斜率是平坦的)時,該塊具有力 $ mg $ 向下,因此向上的反應是 $ R = mg $ span>。

隨著 $ \ theta $ span>穩定增長,向下的力仍然是 $ mg $ span>,但是現在反作用力(與坡度成直角的力)變為 $ R = mg \ cos \ theta $ span>。

想像一下,該表面具有很大的摩擦力,因此您可以獲得相當大的 $ \ theta $ span>,而滑塊不會滑落。當您最終確實達到足夠大的 $ \ theta $ span>時,塊將平行於坡度向下滑動。請注意,如果 $ R $ span>保留其 $ mg $ span>的值,則該塊現在將加速遠離斜坡,這不會發生。

抱歉,但是這個答案是錯誤的,因為1.這是對處於平衡狀態的力的描述,但突然消除重力將不會成為平衡狀態;並且2.它完全忽略了@Luke Pritchett指出的潛在現象。“反作用”力不是4種基本力之一,它只是方便的經驗法則,當塊已沉入材料中足以使電力抵消重力時。當重力消失時,它將反彈一點。
好的,您是對的,“反作用力”的確是磚塊與地板之間靜電相互作用的結果。但是,正如盧克·普里切特(Luke Pritchett)也說過的那樣,這些力量很小,而且只是重要的*因為*我們正在壓低它們。如果沒有重力,就不會向下推這些分子,因此也就沒有反作用力。我相信我的論點(至少從簡單的古典觀點來看)仍然有效。
OP需要對他的問題進行一些限定。重力消失多快?如果非常緩慢,答案可能為否。如果是立即,答案是肯定的。
Elio Fabri
2018-11-04 16:58:24 UTC
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$ \ def \ vB {\ vec B} \ def \ vR {\ vec R} \ def \ vW {\ vec W} $ span> 我希望反對“行動和反應”這一概念。確實可以追溯到牛頓,他說(Principia) Actioni 對抗行為和均衡 總是反對平等的反應。]

然而,他還在“相互矛盾的事”中增加了“硬性合龍”的作用[或者兩個物體相互之間的相互作用總是相等的,並且指向相反的部分。 ]

兩個措辭之間有一個重要區別。首先,存在不對稱性,它可以看作是時間上的(行動之前,反應之後)甚至因果關係(行動=原因,反應=結果)。相反,第二個是完全對稱的:兩個物體之間的相互作用,總是相等但相反。

不幸的是,通常用措詞(不僅是英語)盛行,而且也用於與物理學相距甚遠的環境。但是對稱形式要好得多,並且更接近於我們目前的現象觀察方式,在這種情況下,我們總是處於相互作用,並且沒有因果或時間上的不對稱性。


讓我用一個熟悉的例子來解釋所有這一切。有一張桌子或一塊水平表面的大理石塊。我手上有一塊磚,輕輕地將其放在表面上。它留在那裡-發生了什麼事?哪些力量以及他們是如何出生的?

分析重複了其他答案中已經說過的話。兩種相反的力作用在積木上:一個(重力)向下(重力),另一個 $ \ vR $ pan>跨度>向上(飛機的反應)。我知道由於第二定律它們是相反的:如果磚塊靜止不動,則作用在其上的淨力必須為零: $$ \ vR =-\ vW。\ tag1 $$ span>

然後第三定律說,必須有一個力 $ \ vB $ span>,該力將磚應用於表面: $$ \ vB =-\ vR。\ tag2 $$ span> 從(1)和(2)我們推導出 $$ \ vB = \ vW。$$ span> 換句話說:磚塊在等於其重量的力下施加到表面。重要的是要注意,這是真的,因為磚仍然是。如果我讓它掉落一定距離,則在碰撞期間我們將測量 $ | \ vB | \ gg | \ vW | $ span>,其中(2)仍然有效


到目前為止,我只回答了一個部分問題:那裡有哪些力量?我指出,我的分析指的是平衡狀態。它沒有說明以前發生了什麼,以及這些力量為何發展。

更深的答案需要仔細觀察桌子和磚的表面。它們是由原子組成的,但我們必須立即註意到,在原子尺度(以及更高的尺度)下,表面遠非光滑。它們充滿了各種不規則的凹坑,尖頭,划痕,波峰……,比單個原子要大得多。結果是磚和桌子之間的相遇最初引起了 表面上存在的原子的分數很小。

為了清楚地了解會發生什麼,將自己置於參考磚中,移動速度是磚塊 $ v $ span>的一半很有用。在此框架中,磚塊以 $ v / 2 $ span>的速度向下移動,工作台以相同的速度向上移動。請注意,這不是c.o.m.框架,但為我們提供了正在發生的交互作用的對稱視圖。

進場期間(最初由我的手引導,請不要忘記) 工作台與積木之間的距離減小,直到一些原子接觸為止。更準確地說:眾所周知,原子間力強烈依賴於距離。如果原子的中心相距超過納米的幾分之一,並且在更短的距離內變得非常強壯且排斥,則它們可以忽略不計。當然,力作用在彼此接近的兩個原子上,並且大小相等(牛頓第三定律)。

這些力的直接作用是將相互作用的原子從它們所屬的固體中的平衡位置移開。隨著接近的進行,相互作用原子的數量越來越大,其位移也越來越大。當接觸原子的數量足夠多時,在宏觀上,作用在工作台和磚上的合力將變得可觀。作用在桌子上的那個沒有作用,因為它固定在地面上。相反,對 磚與重力形成反差-然後我的手自動地 作為回應,它通過減小自身的力量來維持磚的緩慢向下運動。最終,當我的手不再需要時達到了一個點:桌子在磚上的作用力等於重力,甚至可以克服重力,從而減慢了磚的運動並將其停止。現在建立了最終平衡。

力強度是先前描述的那些。最終平衡的唯一附加特徵(儘管幾乎不明顯)是兩個物體的靜態變形。不只是桌子,也不是磚頭。每個身體變形的程度取決於其剛度:木製桌子比磚的產量高,大理石比大理石的產量低(我相信)。

Dohn Joe
2018-11-05 14:42:10 UTC
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現在正在發生類似的事情...

冰川後回彈給出了在最後一個冰河時期壓下土地的冰川融化之后土地向上移動的影響。

這是您在問題中描述的現象的間接化身。帶走東西,那就是壓縮東西,東西會放鬆。

Kvothe
2018-11-05 20:47:13 UTC
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我同意戴維的評論,這是世界建設的問題。但是我會說,將其作為一個真正的答案,需要科學並加以分類。牛頓第三定律不是獨立的事物,基本上是動量守恆將被打破。它意味著打破翻譯不變性。這可能意味著在微觀層面打破龐加萊不變性。即我們所知道的粒子已經不存在了,我們被一團糟。物理學會以其他仍然自洽的表示形式重新排列自己嗎?還是我們只剩下根本不一致的宇宙(很難理解這意味著什麼)?

基本上,如果您從現有物理學中更改一個小細節,則可能會導致混亂的局面。

P.S .:我仍然喜歡這個問題和其他答案,它們只關注此法則,而忽略了與其他科學領域可能存在的矛盾。但我認為仍然缺少這種答案。

Kaz
2018-11-06 09:39:06 UTC
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如果重力消失,地球將由於自轉而被撕裂,碎片會在自轉平面的各個方向飛散,就像您在弦上旋轉的物體會在弦斷裂時被擊落。

這個星球已經不是一個完美的球體了,但是已經被壓扁了。這是由於離心力。重力使它保持原樣為球形。沒有重力,它將怪異地擠壓並崩解。

您的壽命可能不足以見證其中的大部分。一旦重力消失,大氣層便會迅速減壓。沒有重力,就沒有氣壓。減壓可能會嚴重傷害您,並使您失去意識。

不過,讓我們思考一下一個沒有旋轉的行星,然後忘記大氣一秒鐘。重力在地球內部產生巨大的壓力。如果重力突然消失,則釋放壓力,就像釋放發條彈簧一樣。這將導致構造和火山活動,至少在一切開始完全破裂之前的短暫時間內。在失去重力的那一瞬間,整個行星將像橡皮球一樣突然膨脹,從各個方向壓縮並突然釋放。這種突然的膨脹將產生將表面上的所有物質彈出的效果,就像從內部踢出一樣。

user211277
2018-11-03 23:21:38 UTC
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在沒有重力的情況下,沒有東西被推上,因為沒有力將其推上去。每個固定對象將保持固定狀態,而其他所有對象則傾向於浮動,因為沒有東西將其拉下。

拉動重力開關時已經落下的東西會繼續掉下來,儘管它會停止加速……最終會撞擊……。儘管空氣動力強烈干擾,這可能會非常緩慢……
Acccumulation
2018-11-06 05:12:31 UTC
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我認為力對對立力之間有些混淆。假設您有一個人,一個地板和一個地球。讓我們將 $ F_1 $ span>稱為地球施加在人身上的力。該人還將在地球上施加力量。稱為 $ F_2 $ span>。該人將在地板上施加力。稱為 $ F_3 $ span>。地板在人身上施加力。稱為 $ F_4 $ span>。 $(F_1,F_2)$ span>和 $(F_3,F_4)$ span>是力對。 $ F_4 $ span>是對 $ F_1 $ span>的反作用力。對於兩個力對和兩個相反的力,有兩個方向相反的力,但是使用力對時,源體和受影響的體會互換。例如,對於 $ F_1 $ span>,源是地球,受影響的身體是人,對於 $ F_2 $ 來源是人,受影響的身體是地球。對於相反的力量,受影響的身體是相同的。

牛頓第三定律說,每一個力成對出現,但並沒有說每個力都有相反的力。如果那是真的,那什麼也不會動。如果要消除 $ F_1 $ span>,則 $ F_4 $ span>將保留下來,因此該人將是向上推。但是,這不是由於牛頓第三定律,而是因為 $ F_4 $ span>首先存在的原因是由於物理過程,其中牛頓第三定律是一個因素: $ F_1 $ span>將人推到地板上,這導致 $ F_3 $ span>和 $ F_4 $ span>與 $ F_3 $ span>一起作為力對的一部分。雖然 $ F_4 $ span>最終是由 $ F_1 $ span>引起的,但它不是 牛頓第三定律所說的 $ F_1 $ span>的“相等和相反的力”。那個力是 $ F_2 $ span>,地球對人的吸引力(由於地球質量大,該力引起的加速度非常小,所以通常會被忽略)。如果 $ F_1 $ span>要消失,則 $ F_2 $ span>也將消失。 $ F_4 $ span>將保留至少一會兒(一旦將人推到足夠高的位置, $ F_4 $ span >將會消失),因此 $ F_3 $ span>也將保留。即,該人將不再由於重力而被推入地板,但是他們仍將在地板上施加向下的力。想像一下,將彈簧壓在塊上:如果鬆開,則彈簧將推動塊,然後彈簧將朝另一個方向加速。

比第三定律更重要的是牛頓第二定律:如果一個人沒有在重力下(在地球的參照系中)經歷加速度,那麼作用在其上的淨力必須為零,因此必須存在其他力。比重力。如果重力消失後仍然存在該力,則淨力現在會向上。

AnoE
2018-11-06 05:58:31 UTC
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就像我們在Physics.SE中一樣,此答案側重於鄰近區域(例如,OP站在一塊堅硬的材料上)附近的直接基礎相互作用,而不是其他任何事物(例如,地球本身被壓縮等)春天並遭受自然分解)。

由於牛頓定律,您不是站在地球上。這些法則只是告訴您當有力作用在物體上時,物體會發生什麼,而根本沒有說明這些力來自何處。

您得益於四個基本交互作用中的兩個(當然,這在技術上得到了簡化,有關細節,請檢查鏈接;如果您真的有興趣,請聯繫此處的主要資源) -但原則適用):

  • 重力:你知道這一點。
  • 電磁:這不僅可以運行您的計算機,還可以防止靴子中的原子沉入地板的原子中。如您所知,即使中性帶電的原子也由帶負電的外殼和帶正電的核組成。當單個原子或分子靠近在一起時,第一個相互作用是在它們的外電子殼之間-隨著它們越來越靠近在一起,它們就會排斥。如果您不是大型強子對撞機,則此力會阻止原子非常有效地彼此靠近。隨著電子(殼)之間的距離越來越近,與重力相比,這種力變得非常大。
  • 您可能會忘記其他兩個,它們僅以較小的比例出現在核內。

這些相互作用導致我們知道的所有力量。其中兩個引起所有宏觀力(在原子之間)。另外兩個引起原子內的所有力。如果願意的話,前兩個解釋了原子如何相互作用。另外兩個給出了為什麼原子的亞原子部分完全粘合在一起的原因(而不是一切都只是夸克的湯)。

通常,重力將您和地球拉在一起,直到構成靴子最外層的原子接近地板的原子,從而增加了沿相反方向作用的電磁排斥力-直到這些物質抵消並移動停止。在這一點上,根據牛頓第一定律,這些力量是相等的但相反。

如果重力突然消失,那麼在這一刻,只有電磁力會停留在周圍。這不僅會推動您前進,而且根據牛頓第三定律,還會將地球推下。除了其他所有影響(從理論上講絕對沒有空氣等),可見的影響就是您在移動,根據第二定律,明顯地移動地球需要更多的能量,但是正如我們從理論上講的那樣, >這是第三定律所說的-你們倆都動了。部隊對所涉雙方都起作用。

這股力量有多大?正好與之前一樣大,可以抵消您因重力而被下拉的可能性。但是如前所述,電磁相互作用作用的距離非常短。原子彼此之間的距離(原子尺度)稍遠時,力就會有效地停止(儘管像重力一樣,原則上它具有無限的範圍,但會隨著距離的平方而下降)。從理論上講,半人馬座阿爾法在你在地球上時會拉你,但這種影響並不重要。當靴底的原子離開地板的最小距離時,情況也是如此。

如果您的身體和靴子理想地不可壓縮且絕對僵硬,則上一段將是結尾。但是顯然不是這樣。所有這些零件都很柔軟(想想你的肉等;所有靴子的材料都非常柔軟以保持舒適性)。同樣,所有這些行為也是由相同的電磁相互作用引起的。因此,所涉及的所有原子之間都有排斥鏈,在我們的自然狀態下(在重力作用下),它們都像彈簧一樣被壓縮。該彈簧在重力消失時會膨脹,因此將是可見的作用力(,再次嚴格地由電磁相互作用引起)。

所以,TL;博士:,牛頓第三定律 not 會讓你飛起來。 ,由於電磁相互作用,您和地球在技術上會分開,這是造成您在重力仍然存在時不與地球合併的原因。 ,您與地球之間的直接原子邊界僅起微不足道的作用,因為您身體和衣服中大部分黏糊糊的部分都能產生有效的彈簧,因此涉及大量的原子“層”。我無權計算實際作用的力量。顯然,它很小,但是您可以看到感覺工作中的彈簧動作(尤其是如果您穿著有彈性的跑步鞋...),您可以假定在其他元素(氣流,地球爆炸等)接管之前,它將使您至少移動一點點,可感知的位置。

難道您不僅僅因為它的快速旋轉就像一顆石頭從吊索上鬆開一樣立即與行星分離嗎?
是的,當然是@CramerTV。將會發生許多影響。但是我覺得OP的問題確實是關於直接的“站立,然後被'推'分開”問題-我特別忽略了所有副作用,例如地球旋轉,空氣,爆炸等。
Anders Gustafson
2018-11-06 15:37:30 UTC
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如果重力消失,那麼由重力影響的事物將不會被推高。但是,地球赤道相對於中心以大約465m / s的速度行進,如果沒有重力,其他力量無法將其保持在地球上的東西將趨於保持相同的切線速度,因此最終會逃離地球。



該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 4.0許可。
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