Newtonin kolmas laki: käsite, esimerkkejä ja harjoituksia

Newtonin kolmas laki, jota kutsutaan myös toiminnaksi ja reaktioksi, kuvaa kahden kehon välisen vuorovaikutuksen voimia.

Kun esine A kohdistaa voiman toiseen esineeseen B, tämä toinen esine B kohdistaa voiman, jonka intensiteetti, suunta ja vastakkainen suunta on esineeseen A.

Kun voimia kohdistetaan eri kappaleisiin, ne eivät tasapainoa.

Esimerkkejä:

• Ammuessaan ampuja ammutaan ampuma-asennosta poispäin luodista.
• Auton ja kuorma-auton törmäyksessä molemmat vastaanottavat saman voimakkuuden ja vastakkaisen suunnan voimien vaikutuksen. Huomasimme kuitenkin, että näiden voimien vaikutus ajoneuvojen muodonmuutoksiin on erilainen. Yleensä auto on paljon "murskattu" kuin kuorma-auto. Tämä tosiasia johtuu ajoneuvojen rakenteen eroista eikä näiden voimien voimakkuuden eroista.
• Maapallolla on houkutteleva voima kaikkiin kehon lähellä sen pintaa. Newtonin kolmannen lain mukaan ruumiilla on myös houkutteleva voima maapallolla. Massaerojen vuoksi havaitsemme kuitenkin, että ruumiiden kärsimä siirtymä on paljon huomattavampi kuin maapallon kärsimä.
• Avaruusalukset käyttävät toiminnan ja reaktion periaatetta liikkumiseen. Polttokaasuja poistettaessa niitä ajetaan päinvastaiseen suuntaan kuin näiden kaasujen ulostulot.

Alukset liikkuvat poistamalla polttokaasuja

Newtonin kolmannen lain soveltaminen

Monet dynamiikkaa tutkivat tilanteet esittävät kahden tai useamman kehon välistä vuorovaikutusta. Näiden tilanteiden kuvaamiseksi käytämme toiminnan ja reaktion lakia.

Toimimalla eri elimissä näihin vuorovaikutuksiin osallistuvat voimat eivät peruuta toisiaan.

Koska voima on vektorimäärä, meidän on ensin analysoitava vektorisesti kaikki voimat, jotka vaikuttavat kuhunkin järjestelmän muodostavaan kappaleeseen merkitsemällä toiminta- ja reaktiopareja.

Tämän analyysin jälkeen määritimme yhtälöt jokaiselle mukana olevalle elimelle soveltamalla Newtonin 2. lakia.

Esimerkki:

Kaksi lohkoa A ja B, joiden massa on vastaavasti 10 kg ja 5 kg, tuetaan täysin sileälle vaakasuoralle pinnalle, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty. Vakio ja vaakasuora voimakkuus 30N vaikuttaa lohkoon A. Määritä:

a) järjestelmän saavuttama kiihtyvyys
b) lohkon A lohkoon B kohdistaman voiman voimakkuus

Ensin tunnistetaan kuhunkin lohkoon vaikuttavat voimat. Tätä varten eristimme lohkot ja tunnistimme voimat, kuten alla olevissa kuvissa on esitetty:

Oleminen:

f_AB: voimalohko A kohdistuu lohkoon B
f_BA: pakkolohko B kohdistuu lohkoon A
N: normaali voima, toisin sanoen kosketusvoima lohkon ja pinnan välillä
P: lujuuspaino

Lohkot eivät liiku pystysuunnassa, joten nettovoima tässä suunnassa on nolla. Siksi normaali paino ja vahvuus estävät toisiaan.

Vaakatasossa lohkot osoittavat liikettä. Joten sovelletaan Newtonin 2. lakia (F_R = m. a) ja kirjoita kunkin lohkon yhtälöt:

Lohko A:

F - f_BA = m_THE.

Lohko B:

f_AB = m_B.

Yhdistämällä nämä kaksi yhtälöä löydämme järjestelmän yhtälön:

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

Koska f: n intensiteetti_AB on yhtä suuri kuin f: n intensiteetti_BA, koska yksi on reaktio toiseen, voimme yksinkertaistaa yhtälöä:

F = (m_THE + m_B).

Annettujen arvojen korvaaminen:

30 = (10 + 5).

Nyt voimme löytää sen voiman arvon, jonka lohko A kohdistaa lohkoon B. Lohko B-yhtälöä käyttämällä meillä on:

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

Newtonin kolme lakia

fyysikko ja matemaatikko Isaac Newton (1643-1727) muotoili mekaniikan peruslaki, jossa hän kuvaa liikkeet ja niiden syyt. Kolme lakia julkaistiin vuonna 1687 teoksessa "Luonnonfilosofian matemaattiset periaatteet".

Kolmas laki yhdessä kahden muun lain (ensimmäinen laki ja toinen laki) muodostavat klassisen mekaniikan perustan.

Newtonin ensimmäinen laki

THE Newtonin ensimmäinen laki, jota kutsutaan myös hitauslaiksi, todetaan, että "levossa oleva keho pysyy levossa ja liikkuva keho pysyy liikkeessä, ellei siihen vaikuta ulkoinen voima".

Yhteenvetona voidaan todeta, että Newtonin ensimmäinen laki huomauttaa, että se käyttää voiman toimintaa kehon lepotilan tai liikkeen muuttamiseksi.

Lue myös Galileo Galilei.

Newtonin toinen laki

THE Newtonin toinen laki toteaa, että kehon saavuttama kiihtyvyys on suoraan verrannollinen siihen vaikuttavien voimien tulokseen.

Se ilmaistaan ​​matemaattisesti:

Jos haluat lisätietoja, lue myös:

• Newtonin lait
• Painovoima
• Fysiikan kaavat

Ratkaistut harjoitukset

1) UFRJ-1999

Lohko 1, 4 kg ja lohko 2, 1 kg, esitetään kuvassa, on asetettu vierekkäin ja tuettu tasaiselle, vaakasuoralle pinnalle. Niitä kiihdytetään voimalla vaakasuorassa, moduuli yhtä suuri kuin 10 N, kohdistetaan lohkoon 1 ja ne alkavat liukua pinnalla merkityksettömällä kitkalla.

a) Määritä voiman F suunta ja suunta₁₂ lasketaan sen moduuli.
b) Määritä voiman F suunta ja suunta₂₁ Lohko 2 käyttää lohkoon 1 ja laske sen moduuli.

Katso Vastaus

a) Vaakasuunta vasemmalta oikealle, moduuli f₁₂ = 2 N
b) Vaakasuunta, oikea vasemmalle, moduuli f₂₁ = 2 N

2) UFMS-2003

Kaksi lohkoa A ja B sijoitetaan tasaiselle, vaakasuoralle ja kitkattomalle pöydälle alla olevan kuvan mukaisesti. Vaakatason voimakkuus F kohdistuu yhteen lohkosta kahdessa tilanteessa (I ja II). Koska A: n massa on suurempi kuin B: n massa, on oikein sanoa, että:

a) lohkon A kiihtyvyys on pienempi kuin B: n kiihtyvyys tilanteessa I
b) lohkojen kiihtyvyys on suurempi tilanteessa II.
c) lohkojen välinen kosketusvoima on suurempi tilanteessa I
d) lohkojen kiihtyvyys on sama molemmissa tilanteissa.
e) lohkojen välinen kosketusvoima on sama molemmissa tilanteissa.

Katso Vastaus

Vaihtoehto d: Lohkojen kiihtyvyys on sama molemmissa tilanteissa.