Fields y la Tercera Ley de Newton

Estoy estudiando física básica. Estoy usando el texto disponible en http://www.anselm.edu/internet/physics/cbphysics/downloadsI.html . Desarrolla la ley de la gravitación universal postulando la existencia de un vector en cada punto de la forma

gramo PAG = GRAMO metro i | r | i 3 r i ,

Dónde metro i y r i son la masa de y el vector de separación de PAG para todas las partículas que no están en el punto PAG .

Examina el efecto de una partícula sobre otra. Si el vector de separación es r entonces de la ecuación anterior, vemos que

gramo = GRAMO metro 1 | r | 3 r

y que cuando una partícula de masa metro 2 se coloca en el punto dado, la fuerza será

F = GRAMO metro 1 metro 2 | r | 3 r

Luego, los autores afirman que podemos repetir el desarrollo para ver el efecto de la segunda partícula en la primera o aplicar la tercera ley de Newton.

¿Cómo se aplica la tercera ley de Newton a través de un campo? Si es el campo el que ejerce la fuerza, entonces la tercera ley de Newton requeriría una fuerza sobre el campo y no el objeto que "genera" el campo, ¿correcto?

La tercera ley es solo sobre la conservación del impulso. Se sigue de la simetría traslacional de las leyes de la física y es válida para cualquier descripción, contenga o no campos. La descripción en términos de una fuerza, acción a distancia, tiene la misma fuerza con el signo opuesto actuando sobre ambos objetos. Si hay campos, los campos también pueden tener algo de impulso. En la teoría cuántica de campos, la fuerza proviene de partículas virtuales -cuantos virtuales de los campos- y nuevamente llevan el impulso correcto para que siempre se conserve. Así que la ley siempre se mantiene. ¿Responde "Cómo"?
Por cierto: todas las fuerzas cotidianas con las que está familiarizado, las que presumiblemente aceptan la tercera ley y que a menudo llamamos fuerzas de "contacto", son generadas por campos.

Respuestas (2)

En la física newtoniana, el campo no es realmente algo físico que tenga una existencia independiente. Particularmente en la gravedad newtoniana, la fuerza gravitacional es realmente una acción a distancia sin que nada actúe como mediador de la fuerza intermedia. El campo gramo definido aquí es simplemente por conveniencia matemática y no es el campo habitual del que habla en una teoría de campo clásica totalmente relativista.

Entonces, mientras no estés haciendo cálculos relativistas y haciendo preguntas como "¿La fuerza actúa instantáneamente? ¿En qué marco?", está perfectamente bien tratar las partículas como si obedecieran la Tercera Ley, con fuerzas iguales y opuestas entre ellas. que actúan a distancia, y utilizan el campo gramo sólo como una conveniencia.

Por supuesto, si desea una teoría relativista, debe introducir un campo físico real que pueda transportar cantidad de movimiento y energía en cada punto del espacio. Esto se hace en electrodinámica clásica y relatividad general, por ejemplo. Verás allí que las partículas no obedecen a una simple Tercera Ley de Newton ya que también hay que tener en cuenta la dinámica del campo. (No hay dinámica para el campo en sí mismo en la física newtoniana, porque como dije, el campo no es algo físico en la física newtoniana) Esto es lo que da origen a las ondas electromagnéticas y gravitatorias en esas dos teorías de campo, respectivamente.

Resumen: No tome el "campo" gramo en un sentido físico.

¿Puede una carga ejercer una fuerza sobre el campo electromagnético?
"Fuerza" siempre se define como algo que actúa sobre una partícula que se mueve en un campo. Entonces no tiene sentido hablar de "fuerza que actúa sobre un campo". Sin embargo, el campo puede poseer y transportar energía e impulso. La fuerza sobre las partículas mide cómo responden las partículas a esta transferencia de cantidad de movimiento y energía hacia ellas por parte del campo.

El campo de fuerza tiene sentido cuando es una fuerza externa en un movimiento de ecuación de masa de sonda. Es demasiado fuerte afirmar que el campo existe "en todas partes". De hecho, es una afirmación incorrecta.

Si tiene una fuente clásica de luz en un punto A, puede emitir una onda esférica que "existe" en todas partes en un R dado. Pero para una fuente cuántica de baja intensidad, esta onda no describe la amplitud de onda sino la amplitud de probabilidad . No todos los cuerpos de sonda colocados alrededor de una fuente cuántica pueden recibir un solo fotón.