Newtons drittes Gesetz: Konzept, Beispiele und Übungen

Das dritte Newtonsche Gesetz, auch Aktion und Reaktion genannt, bezieht sich auf die Wechselwirkungskräfte zwischen zwei Körpern.

Wenn ein Objekt A eine Kraft auf ein anderes Objekt B ausübt, übt dieses andere Objekt B eine Kraft gleicher Intensität, gleicher Richtung und entgegengesetzter Richtung auf Objekt A aus.

Da Kräfte auf verschiedene Körper ausgeübt werden, gleichen sie sich nicht aus.

Beispiele:

• Beim Abfeuern eines Schusses wird ein Schütze durch eine Schussreaktionskraft von der Kugel weggeschleudert.
• Bei einer Kollision zwischen einem Pkw und einem Lkw wirken Kräfte gleicher Stärke und entgegengesetzter Richtung auf beide ein. Wir haben jedoch festgestellt, dass die Wirkung dieser Kräfte bei der Verformung von Fahrzeugen unterschiedlich ist. Normalerweise ist das Auto viel "zerdrückter" als der LKW. Diese Tatsache liegt an der unterschiedlichen Struktur der Fahrzeuge und nicht an der unterschiedlichen Intensität dieser Kräfte.
• Die Erde übt auf alle Körper in der Nähe ihrer Oberfläche eine Anziehungskraft aus. Nach dem 3. Newtonschen Gesetz üben Körper auch eine Anziehungskraft auf die Erde aus. Aufgrund des Massenunterschieds stellen wir jedoch fest, dass die Verschiebung der Körper viel größer ist als die der Erde.
• Raumschiffe nutzen das Prinzip von Aktion und Reaktion, um sich zu bewegen. Beim Ausstoßen von Verbrennungsgasen werden sie von den Ausgängen dieser Gase in die entgegengesetzte Richtung getrieben.

Die Schiffe bewegen sich, indem sie Verbrennungsgase ausstoßen

Anwendung des 3. Newtonschen Gesetzes

Viele Situationen im Studium der Dynamik zeigen Interaktionen zwischen zwei oder mehr Körpern. Um diese Situationen zu beschreiben, wenden wir das Gesetz von Aktion und Reaktion an.

Durch die Wirkung in verschiedenen Körpern heben sich die an diesen Wechselwirkungen beteiligten Kräfte nicht gegenseitig auf.

Da die Kraft eine Vektorgröße ist, müssen wir zunächst alle Kräfte, die auf jeden Körper des Systems wirken, vektoriell analysieren und die Aktions- und Reaktionspaare markieren.

Nach dieser Analyse stellten wir die Gleichungen für jeden beteiligten Körper unter Anwendung des 2. Newtonschen Gesetzes auf.

Beispiel:

Zwei Blöcke A und B mit einer Masse von 10 kg bzw. 5 kg werden auf einer perfekt glatten horizontalen Fläche getragen, wie in der Abbildung unten gezeigt. Auf Block A wirkt eine konstante horizontale Kraft von 30 N. Bestimmen:

a) die vom System erfasste Beschleunigung
b) die Stärke der Kraft, die Block A auf Block B ausübt

Lassen Sie uns zunächst die Kräfte identifizieren, die auf jeden Block wirken. Dazu haben wir die Blöcke isoliert und die Kräfte identifiziert, wie in den folgenden Abbildungen dargestellt:

Sein:

f_AB: Kraftblock A übt auf Block B aus
f_BA: Kraftblock B übt auf Block A aus
N: Normalkraft, d. h. die Kontaktkraft zwischen Block und Oberfläche
P: Stärke Gewicht

Die Blöcke bewegen sich nicht vertikal, daher ist die Nettokraft in dieser Richtung gleich Null. Daher heben sich Normalgewicht und Kraft auf.

Auf der Horizontalen zeigen die Blöcke Bewegung. Wenden wir also das 2. Newtonsche Gesetz (F_R = m. a) und schreibe die Gleichungen für jeden Block:

Block A:

F - f_BA = m_DAS. Das

Block B:

f_AB = m_B. Das

Setzen wir diese beiden Gleichungen zusammen, erhalten wir die Systemgleichung:

F - f_BA+ f_AB= (m_DAS. a) + (m_B. Das)

Da die Intensität von f_AB gleich der Intensität von f_BA, da das eine die Reaktion auf das andere ist, können wir die Gleichung vereinfachen:

F = (m_DAS + m_B). Das

Ersetzen der angegebenen Werte:

30 = (10 + 5). Das

Jetzt können wir den Wert der Kraft ermitteln, die Block A auf Block B ausübt. Mit der Gleichung von Block B haben wir:

f_AB = m_B. Das
f_AB = 5. 2 = 10 N

Newtons drei Gesetze

der Physiker und Mathematiker Isaac Newton (1643-1727) formulierte die Grundgesetze der Mechanik, in denen er die Bewegungen und deren Ursachen beschreibt. Die drei Gesetze wurden 1687 in dem Werk "Mathematical Principles of Natural Philosophy" veröffentlicht.

Der 3. Hauptsatz bildet zusammen mit zwei weiteren Gesetzen (1. Hauptsatz und 2. Hauptsatz) die Grundlage der Klassischen Mechanik.

Newtons erstes Gesetz

DAS Newtons erstes Gesetz, auch Trägheitsgesetz genannt, besagt, dass "ein ruhender Körper bleibt in Ruhe und ein bewegter Körper bleibt in Bewegung, es sei denn, er wird durch eine äußere Kraft beeinflusst".

Zusammenfassend weist Newtons Erstes Gesetz darauf hin, dass es der Wirkung einer Kraft bedarf, um den Ruhe- oder Bewegungszustand eines Körpers zu ändern.

Lesen Sie auch über Galileo Galilei.

Newtons zweites Gesetz

DAS Newtons 2. Gesetz stellt fest, dass die von einem Körper aufgenommene Beschleunigung direkt proportional zur Resultierenden der auf ihn wirkenden Kräfte ist.

Es wird mathematisch ausgedrückt durch:

Um mehr zu erfahren, lesen Sie auch:

• Newtonsche Gesetze
• Schwere
• Physikalische Formeln

Gelöste Übungen

1) UFRJ-1999

Block 1 von 4 kg und Block 2 von 1 kg, wie in der Abbildung gezeigt, werden nebeneinander gestellt und auf einer ebenen, horizontalen Fläche abgestützt. Sie werden gewaltsam beschleunigt horizontal, mit einem Modul von 10 N, auf Block 1 aufgebracht und beginnen mit vernachlässigbarer Reibung auf der Oberfläche zu gleiten.

a) Bestimmen Sie Richtung und Richtung der Kraft F₁₂ von Block 1 auf Block 2 ausgeübt und seinen Modul berechnen.
b) Bestimmen Sie die Richtung und Richtung der Kraft F₂₁ von Block 2 auf Block 1 ausgeübt und seinen Modul berechnen.

Siehe Antwort

a) Horizontale Richtung, Richtung von links nach rechts, Modul f₁₂ = 2 N
b) Horizontale Richtung, von rechts nach links, Modul f₂₁ = 2 N

2) UFMS-2003

Zwei Blöcke A und B werden auf einem flachen, horizontalen und reibungsfreien Tisch platziert, wie unten gezeigt. Eine horizontale Kraft der Intensität F wird in zwei Situationen (I und II) auf einen der Blöcke ausgeübt. Da die Masse von A größer ist als die von B, gilt:

a) die Beschleunigung von Block A ist kleiner als die von B in Situation I.
b) die Beschleunigung der Blöcke ist in Situation II größer.
c) die Kontaktkraft zwischen den Blöcken ist in Situation I größer.
d) die Beschleunigung der Blöcke ist in beiden Situationen gleich.
e) die Kontaktkraft zwischen den Blöcken ist in beiden Situationen gleich.

Siehe Antwort

Alternative d: Die Beschleunigung der Blöcke ist in beiden Situationen gleich.