Plik Trzecie prawo Newtona, nazywany również prawo akcji i reakcji stwierdza, że gdy jeden przedmiot wywiera siłę na inny, ten drugi również wywiera na pierwszy siłę o jednakowej wielkości i kierunku oraz w przeciwnym kierunku.
Izaak Newton przedstawił swoje trzy prawa w 1686 roku w swojej książce Philosophiae Naturalis Principia Mathematica o Matematyczne zasady filozofii przyrody.
Indeks artykułów
Matematyczne sformułowanie trzeciego prawa Newtona jest bardzo proste:
fa12 = -fadwadzieścia jeden
Jedna z sił jest nazywana akcja a drugi to reakcja. Należy jednak podkreślić wagę tego szczegółu: oba działają na różne obiekty. Robią to również jednocześnie, chociaż ta terminologia błędnie sugeruje, że akcja zachodzi przed, a reakcja po..
Ponieważ siły są wektorami, zaznaczono je pogrubioną czcionką. To równanie wskazuje, że mamy dwa obiekty: obiekt 1 i obiekt 2. Siła fa12 jest tym, który wywiera obiekt 1 na obiekt 2. Siła fadwadzieścia jeden jest wywierany przez obiekt 2 na obiekt 1. A znak (-) wskazuje, że są one przeciwne.
Uważnie obserwując trzecie prawo Newtona, można zauważyć ważną różnicę w przypadku dwóch pierwszych: podczas gdy odwołują się do jednego przedmiotu, trzecie prawo odnosi się do dwóch różnych obiektów.
A jeśli dobrze się zastanowisz, interakcje wymagają par obiektów.
Z tego powodu siły działania i reakcji nie znoszą się nawzajem ani nie równoważą, mimo że mają tę samą wielkość i kierunek, ale kierunek przeciwny: są przykładane do różnych ciał..
Oto bardzo codzienne zastosowanie interakcji związanej z trzecim prawem Newtona: pionowo spadającą kulą i Ziemią. Piłka upada na ziemię, ponieważ Ziemia wywiera siłę przyciągania, znaną jako grawitacja. Siła ta powoduje, że piłka spada ze stałym przyspieszeniem 9,8 m / sdwa.
Jednak mało kto myśli o tym, że piłka oddziałuje również na Ziemię w siłę przyciągającą. Oczywiście ziemia pozostaje niezmieniona, ponieważ jej masa jest znacznie większa niż masa kuli i dlatego doświadcza nieznacznego przyspieszenia.
Inną godną uwagi kwestią dotyczącą trzeciego prawa Newtona jest to, że kontakt między dwoma oddziałującymi obiektami nie jest konieczny. Wynika to z przytoczonego właśnie przykładu: piłka jeszcze nie weszła w kontakt z Ziemią, ale mimo to wywiera swój urok. I piłka na Ziemi też.
Siła taka jak grawitacja, która działa niewyraźnie niezależnie od tego, czy istnieje kontakt między przedmiotami, czy nie, nazywana jest „siłą działania na odległość”. Z drugiej strony siły takie jak tarcie i normalne wymagają, aby oddziałujące obiekty były w kontakcie, dlatego nazywa się je „siłami kontaktowymi”.
Wracając do pary obiektów piłka - Ziemia, wybierając indeksy P dla kuli i T dla ziemi i stosując drugie prawo Newtona do każdego uczestnika tego układu, otrzymujemy:
fawynikły = m.do
Trzecia ustawa stanowi, że:
mP.doP. = - mTdoT
doP. = 9,8 m / sdwa skierowane pionowo w dół. Ponieważ ruch ten odbywa się wzdłuż kierunku pionowego, można zrezygnować z zapisu wektorowego (pogrubienie); i wybierając kierunek w górę jako dodatni, a w dół jako ujemny, otrzymujemy:
doP. = 9,8 m / sdwa
mT ≈ 6 x 10 24 Kg
Niezależnie od masy kuli przyspieszenie Ziemi wynosi zero. Dlatego obserwuje się, że piłka spada w kierunku Ziemi, a nie odwrotnie..
Rakiety są dobrym przykładem zastosowania trzeciego prawa Newtona. Rakieta pokazana na obrazku na początku wznosi się dzięki napędowi gorących gazów z dużą prędkością.
Wielu uważa, że dzieje się tak, ponieważ gazy te w jakiś sposób „opierają się” na atmosferze lub na ziemi, aby wspierać i napędzać rakietę. To tak nie działa.
Tak jak rakieta wywiera siłę na gazy i wyrzuca je do tyłu, tak gazy wywierają siłę na rakietę, która ma ten sam moduł, ale przeciwny kierunek. Ta siła jest tym, co nadaje rakiecie przyspieszenie do góry.
Jeśli nie masz takiej rakiety pod ręką, istnieją inne sposoby sprawdzenia, czy Trzecie prawo Newtona zapewnia napęd. Można budować rakiety wodne, w których niezbędny ciąg jest zapewniany przez wodę wyrzucaną za pomocą sprężonego gazu..
Należy zauważyć, że uruchomienie rakiety wodnej jest czasochłonne i wymaga wielu środków ostrożności.
Bardziej przystępnym i natychmiastowym sposobem sprawdzenia wpływu trzeciego prawa Newtona jest założenie pary rolek i uderzenie o ścianę..
W większości przypadków zdolność do wywierania siły jest związana z obiektami w ruchu, ale prawda jest taka, że obiekty nieruchome również mogą wywierać siły. Łyżwiarz jest odpychany do tyłu dzięki sile, jaką wywiera na niego nieruchoma ściana.
Powierzchnie stykające się wywierają (normalne) siły kontaktu ze sobą. Kiedy książka spoczywa na poziomym stole, wywiera na nią pionową siłę zwaną normalną. Książka wywiera na stół siłę pionową o tej samej wartości liczbowej i przeciwnym kierunku.
Dzieci i dorośli mogą z łatwością doświadczyć trzeciego prawa Newtona i sprawdzić, czy siły działania i reakcji nie znoszą się nawzajem i są w stanie zapewnić ruchy..
Dwóch łyżwiarzy na lodzie lub na bardzo gładkiej powierzchni może napędzać się nawzajem i doświadczać ruchów w przeciwnym kierunku, niezależnie od tego, czy mają taką samą masę, czy nie, dzięki prawu akcji i reakcji.
Weźmy pod uwagę dwóch rolkarzy o zupełnie różnych masach. Znajdują się na środku lodowiska z znikomym tarciem i początkowo są w spoczynku. W danym momencie popychają się nawzajem, stosując stałą siłę dłońmi. Jak oboje będą się poruszać?
Należy zauważyć, że ponieważ jest to powierzchnia pozbawiona tarcia, jedynymi niezrównoważonymi siłami są siły, które rolkarze przykładają do siebie. Chociaż ciężar i normalne działanie na oba, siły te równoważą się, w przeciwnym razie łyżwiarze przyspieszyliby w kierunku pionowym.
Trzecie prawo Newtona stanowi, że:
fa12 = -fadwadzieścia jeden
Oznacza to, że siła wywierana przez łyżwiarza 1 na 2 jest równa pod względem wielkości do siły wywieranej przez 2 na 1, z tym samym kierunkiem i w przeciwnym kierunku. Zwróć uwagę, że siły te są przykładane do różnych obiektów w taki sam sposób, jak siły zostały przyłożone do piłki i Ziemi w poprzednim przykładzie koncepcyjnym..
m1 do1 = -mdwa dodwa
Ponieważ siły są przeciwne, przyspieszenia, które wywołują, będą również przeciwne, ale ich wielkości będą różne, ponieważ każdy łyżwiarz ma inną masę. Spójrzmy na przyspieszenie uzyskane przez pierwszego rolkarza:
Więc ruch, który ma miejsce później, to rozdzielenie obu rolkarzy w przeciwnych kierunkach. Zasadniczo łyżwiarze odpoczywali na środku toru. Każda z nich wywiera na drugą siłę, która zapewnia przyspieszenie tak długo, jak długo ręce są w kontakcie i pchnięcie trwa.
Następnie łyżwiarze oddalają się od siebie równomiernym ruchem prostoliniowym, ponieważ niezrównoważone siły już nie działają. Prędkość każdego łyżwiarza będzie inna, jeśli ich masy też są.
Aby rozwiązać problemy, w których trzeba zastosować prawa Newtona, konieczne jest staranne narysowanie sił działających na obiekt. Ten rysunek jest nazywany „diagramem swobodnego ciała” lub „diagramem izolowanego ciała”. Na tym schemacie nie należy przedstawiać sił wywieranych przez ciało na inne obiekty..
Jeśli problem dotyczy więcej niż jednego obiektu, konieczne jest narysowanie diagramu swobodnego ciała dla każdego z obiektów, pamiętając, że pary akcja-reakcja oddziałują na różne ciała..
1- Zawodnicy z poprzedniej sekcji mają odpowiednie masy m1 = 50 kg imdwa = 80 kg. Popychają się ze stałą siłą 200 N. Pchnięcie trwa 0,40 sekundy. Odnaleźć:
a) Przyspieszenie, które każdy z zawodników uzyskuje dzięki ciągowi.
b) Prędkość każdego z nich, gdy się rozdzielają
a) Przyjmij jako dodatni kierunek poziomy ten, który biegnie od lewej do prawej. Stosując drugie prawo Newtona z wartościami podanymi w instrukcji, otrzymujemy:
fadwadzieścia jeden = m1do1
Skąd:
Dla drugiego zawodnika:
b) Aby obliczyć prędkość, którą przenoszą właśnie podczas rozdzielania, stosuje się równania kinematyczne równomiernie przyspieszonego ruchu prostoliniowego:
Prędkość początkowa wynosi 0, ponieważ znajdowali się w spoczynku w środku toru:
vfa = o godz
vf1 = a1t = -4 m / sdwa . 0,40 s = -1,6 m / s
vf2 = adwat = +2,5 m / sdwa . 0,40 s = +1 m / s
Zgodnie z oczekiwaniami osoba 1, będąc lżejszą, uzyskuje większe przyspieszenie, a tym samym większą prędkość. Teraz zwróć uwagę na następujące informacje dotyczące iloczynu masy i prędkości każdego zawodnika:
m1 v1 = 50 kg. (-1,6 m / s) = - 80 kg. M / s
mdwa vdwa = 80 kg. 1 m / s = +80 kg. M / s
Suma obu iloczynów wynosi 0. Iloczyn masy i prędkości nazywamy pędem P. Jest to wektor o tym samym kierunku i zwrocie prędkości. Gdy łyżwiarze odpoczywali, a ich ręce stykały się z nimi, można było przypuszczać, że tworzyli ten sam obiekt, którego pęd był następujący:
P.lub = (m1 +mdwa) vlub = 0
Po zakończeniu pchnięcia wielkość ruchu systemu do jazdy na rolkach pozostaje równa 0. W związku z tym wielkość ruchu zostaje zachowana.
Chodzenie to jedna z najbardziej codziennych czynności, jakie można wykonać. Jeśli uważnie obserwujemy, czynność chodzenia wymaga dociskania stopy do podłoża, tak aby odwracała równą i przeciwną siłę na stopę chodzika..
To jest właśnie ta siła, która pozwala ludziom chodzić. W locie ptaki wywierają siłę na powietrze, a powietrze popycha skrzydła, tak że ptak leci do przodu.
W samochodzie koła wywierają siły na chodnik. Dzięki reakcji nawierzchni wywiera siły na opony, które pchają samochód do przodu.
W sporcie siły akcji i reakcji są liczne i mają bardzo aktywny udział.
Na przykład zobaczmy sportowca ze stopą opartą na klocku startowym. Blok zapewnia normalną siłę w reakcji na nacisk, jaki wywiera na niego sportowiec. Rezultatem tej normalności i ciężaru biegacza jest siła pozioma, która pozwala atlecie poruszać się do przodu..
Innym przykładem, gdzie występuje trzecie prawo Newtona, jest sytuacja, w której strażacy trzymają węże strażackie. Koniec tych dużych węży ma uchwyt na dyszy, który strażak musi trzymać, gdy wypływa strumień wody, aby uniknąć odrzutu, który występuje, gdy woda jest w pośpiechu.
Z tego samego powodu wygodnie jest przywiązać łodzie do doku przed ich opuszczeniem, ponieważ pchając się, aby dotrzeć do doku, na łódź jest dostarczana siła, która odsuwa ją od niej..
Jeszcze bez komentarzy