Newtonův třetí zákon: koncept, příklady a cvičení

Newtonův třetí zákon, nazývaný také Akce a reakce, spojuje síly interakce mezi dvěma těly.

Když objekt A vyvíjí sílu na jiný objekt B, bude tento další objekt B působit na objekt A silou stejné intenzity, stejného směru a opačného směru.

Protože síly působí na různá tělesa, nevyvažují se.

Příklady:

• Při výstřelu je střelec odpálen od střely palebnou reakční silou.
• Při srážce mezi automobilem a nákladním vozem dostávají obě síly síly stejné intenzity a opačného směru. Zjistili jsme však, že působení těchto sil při deformaci vozidel je odlišné. Vůz je obvykle mnohem „rozdrcenější“ než nákladní vůz. Tato skutečnost nastává kvůli rozdílu ve struktuře vozidel, a nikoli kvůli rozdílu v intenzitě těchto sil.
• Země vyvíjí přitažlivou sílu na všechna tělesa poblíž svého povrchu. Podle 3. Newtonova zákona působí těla také přitažlivou silou na Zemi. Kvůli rozdílu v hmotnosti však zjistíme, že posunutí těla je mnohem výraznější než posunutí Země.
• Kosmické lodě používají k pohybu princip akce a reakce. Při vypouštění spalin jsou poháněny v opačném směru od východů těchto plynů.

Lodě se pohybují vytlačováním spalin

Aplikace 3. Newtonova zákona

Mnoho situací při studiu dynamiky představuje interakce mezi dvěma nebo více těly. K popisu těchto situací použijeme Zákon akce a reakce.

Působením v různých tělesech se síly zapojené do těchto interakcí navzájem nevyrušují.

Protože síla je vektorová veličina, musíme nejprve vektorově analyzovat všechny síly působící na každé tělo, které tvoří systém, a označit dvojice akce a reakce.

Po této analýze jsme vytvořili rovnice pro každé zapojené tělo s použitím Newtonova druhého zákona.

Příklad:

Dva bloky A a B s hmotností 10 kg a 5 kg jsou podepřeny na dokonale hladkém vodorovném povrchu, jak je znázorněno na obrázku níže. Na blok A působí konstantní a horizontální síla o intenzitě 30N. Určit:

a) zrychlení získané systémem
b) intenzita síly, kterou blok A působí na blok B

Nejprve si určíme síly působící na každý blok. K tomu jsme izolovali bloky a identifikovali síly, jak je znázorněno na obrázcích níže:

Bytost:

F_AB: silový blok A působí na blok B
F_BA: silový blok B působí na blok A
N: normální síla, tj. Kontaktní síla mezi blokem a povrchem
P: silová hmotnost

Bloky se nepohybují svisle, takže čistá síla v tomto směru se rovná nule. Normální hmotnost a síla se proto navzájem ruší.

Na vodorovné ploše bloky ukazují pohyb. Aplikujme tedy Newtonův 2. zákon (F_R = m. a) a napište rovnice pro každý blok:

Blok A:

F - f_BA = m_THE. The

Blok B:

F_AB = m_B. The

Když dáme tyto dvě rovnice dohromady, najdeme systémovou rovnici:

F - f_BA+ f_AB= (m_THE. a) + (m_B. The)

Jako intenzita f_AB se rovná intenzitě f_BA, protože jedna je reakcí na druhou, můžeme rovnici zjednodušit:

F = (m_THE + m_B). The

Nahrazení daných hodnot:

30 = (10 + 5). The

Nyní můžeme najít hodnotu síly, kterou blok A vyvíjí na blok B. Pomocí rovnice bloku B máme:

F_AB = m_B. The
F_AB = 5. 2 = 10 N.

Newtonovy tři zákony

fyzik a matematik Isaac Newton (1643-1727) formuloval základní zákony mechaniky, kde popisuje pohyby a jejich příčiny. Tyto tři zákony byly publikovány v roce 1687 v práci „Matematické principy přírodní filozofie“.

Třetí zákon spolu se dvěma dalšími zákony (1. zákon a 2. zákon) tvoří základy klasické mechaniky.

Newtonův první zákon

THE Newtonův první zákon, nazývaný také zákon setrvačnosti, uvádí, že „tělo v klidu zůstane v klidu a tělo v pohybu zůstane v pohybu, pokud není ovlivněno vnější silou".

Stručně řečeno, Newtonův první zákon poukazuje na to, že ke změně stavu klidu nebo pohybu těla je zapotřebí síla.

Přečtěte si také o Galileo Galilei.

Newtonův druhý zákon

THE Newtonův druhý zákon stanoví, že zrychlení získané tělesem je přímo úměrné výsledku sil působících na něj.

Vyjadřuje se matematicky:

Chcete-li se dozvědět více, přečtěte si také:

• Newtonovy zákony
• Gravitace
• Fyzikální vzorce

Vyřešená cvičení

1) UFRJ-1999

Blok 1 o hmotnosti 4 kg a blok 2 o hmotnosti 1 kg, zobrazené na obrázku, jsou postaveny vedle sebe a podepřeny na rovném vodorovném povrchu. Zrychlují se silou horizontální, s modulem rovným 10 N, aplikované na blok 1 a začaly klouzat po povrchu se zanedbatelným třením.

a) Určete směr a směr síly F₁₂ cvičení bloku 1 na bloku 2 a vypočítat jeho modul.
b) Určete směr a směr síly F₂₁ blok 2 na blok 1 a vypočítat jeho modul.

Viz odpověď

a) Horizontální směr, zleva doprava, modul f₁₂ = 2 N.
b) Vodorovný směr, směr zprava doleva, modul f₂₁ = 2 N.

2) UFMS-2003

Dva bloky A a B jsou umístěny na rovný vodorovný stůl bez tření, jak je znázorněno níže. Horizontální síla intenzity F působí na jeden z bloků ve dvou situacích (I a II). Protože hmotnost A je větší než hmotnost B, je správné říci, že:

a) zrychlení bloku A je menší než zrychlení B v situaci I.
b) zrychlení bloků je větší v situaci II.
c) kontaktní síla mezi bloky je větší v situaci I.
d) zrychlení bloků je v obou situacích stejné.
e) kontaktní síla mezi bloky je v obou situacích stejná.

Viz odpověď

Alternativa d: Zrychlení bloků je v obou situacích stejné.