החוק השלישי של ניוטון: מושג, דוגמאות ותרגילים

החוק השלישי של ניוטון, הנקרא גם פעולה ותגובה, מתייחס לכוחות האינטראקציה בין שני גופים.

כאשר אובייקט A מפעיל כוח על אובייקט אחר B, אובייקט אחר זה B יפעיל כוח באותו העוצמה, אותו כיוון וכיוון הפוך על האובייקט A.

כאשר כוחות מופעלים על גופים שונים, הם אינם מאזנים.

דוגמאות:

• בעת ירי יורה, היורה מונע מהכדור על ידי כוח תגובת ירי.
• בהתנגשות בין מכונית למשאית, שניהם מקבלים פעולת כוחות באותה עוצמה ובכיוון ההפוך. עם זאת, מצאנו שפעולת הכוחות הללו בעיוות הרכבים שונה. בדרך כלל המכונית הרבה יותר "מרוסקת" מהמשאית. עובדה זו מתרחשת בשל ההבדל במבנה הרכבים ולא מההבדל בעוצמת הכוחות הללו.
• כדור הארץ מפעיל כוח מושך על כל הגופים הסמוכים לפניו. על פי החוק השלישי של ניוטון, גופים מפעילים גם כוח מושך על כדור הארץ. עם זאת, בשל ההבדל במסה, אנו מגלים כי העקירה שסובלים מגופים היא הרבה יותר משמעותית מזו שסבל כדור הארץ.
• חלליות משתמשות בעקרון הפעולה והתגובה כדי לנוע. בעת פליטת גזי בעירה הם מונעים בכיוון ההפוך מיציאות הגזים הללו.

האוניות נעות על ידי פליטת גזי בעירה

יישום החוק השלישי של ניוטון

מצבים רבים בחקר הדינמיקה מציגים אינטראקציות בין שניים או יותר גופים. כדי לתאר מצבים אלה אנו מיישמים את חוק הפעולה והתגובה.

על ידי פעולה בגופים שונים, הכוחות המעורבים באינטראקציות אלה אינם מבטלים זה את זה.

מכיוון שהכוח הוא כמות וקטורית, עלינו לנתח תחילה את כל הכוחות הפועלים על כל גוף המרכיב את המערכת, ולסמן את זוגות הפעולה והתגובה.

לאחר ניתוח זה, קבענו את המשוואות לכל גוף מעורב, תוך יישום החוק השני של ניוטון.

דוגמא:

שני בלוקים A ו- B, עם מסות השוות בהתאמה ל- 10 ק"ג ו- 5 ק"ג, נתמכים על משטח אופקי חלק לחלוטין, כפי שמוצג באיור להלן. כוח קבוע ואופקי בעוצמה 30N פועל על בלוק A. לקבוע:

א) התאוצה שנרכשה על ידי המערכת
ב) עוצמת הכוח שחסום A מפעיל על בלוק B

ראשית, בואו לזהות את הכוחות הפועלים על כל בלוק. לשם כך, בידדנו את הגושים וזיהינו את הכוחות, כפי שמוצג באיורים הבאים:

להיות:

f_א.ב.: כוח בלוק A מפעיל על בלוק B
f_{תוֹאַר רִאשׁוֹן}: בלוק כוח B מפעיל על בלוק A
N: כוח רגיל, כלומר כוח המגע בין הבלוק לפני השטח
P: משקל כוח

הבלוקים אינם נעים אנכית, כך שכוח הרשת בכיוון זה שווה לאפס. לכן, משקל וכוח תקינים מבטלים זה את זה.

על האופקי, הבלוקים מראים תנועה. אז בואו נשתמש בחוק השני של ניוטון (F_ר = מ ' א) וכתוב את המשוואות לכל בלוק:

חסום A:

F - f_{תוֹאַר רִאשׁוֹן} = מ '_ה. ה

בלוק B:

f_א.ב. = מ '_ב. ה

אם מחברים את שתי המשוואות הללו, אנו מוצאים את משוואת המערכת:

F - f_{תוֹאַר רִאשׁוֹן}+ f_א.ב.= (מ '_ה. א) + (מ_ב. ה)

כעוצמת f_א.ב. שווה לעוצמת f_{תוֹאַר רִאשׁוֹן}מכיוון שאחד הוא התגובה לאחר, אנו יכולים לפשט את המשוואה:

F = (מ '_ה + מ '_ב). ה

החלפת הערכים הנתונים:

30 = (10 + 5). ה

כעת, אנו יכולים למצוא את ערך הכוח שמפעיל בלוק A בגוש B. באמצעות משוואת בלוק B יש לנו:

f_א.ב. = מ '_ב. ה
f_א.ב. = 5. 2 = 10 נ '

שלושת החוקים של ניוטון

הפיזיקאי והמתמטיקאי אייזק ניוטון (1643-1727) ניסח את החוקים הבסיסיים של המכניקה, שם הוא מתאר את התנועות ואת הסיבות שלהן. שלושת החוקים פורסמו בשנת 1687, בעבודה "עקרונות מתמטיים של הפילוסופיה הטבעית".

החוק השלישי, יחד עם שני חוקים אחרים (החוק הראשון והחוק השני) מהווים את היסודות של מכניקה קלאסית.

החוק הראשון של ניוטון

ה החוק הראשון של ניוטון, המכונה גם חוק האינרציה, קובע כי "גוף במנוחה יישאר במנוחה וגוף בתנועה יישאר בתנועה אלא אם כן הוא מושפע מכוח חיצוני".

לסיכום, החוק הראשון של ניוטון מציין כי הוא נוקט בפעולה של כוח לשינוי מצב המנוחה או התנועה של הגוף.

קרא גם על גלילאו גליליי.

החוק השני של ניוטון

ה החוק השני של ניוטון קובע כי התאוצה שנרכשה על ידי גוף פרופורציונלית ישירה לתוצאה של הכוחות הפועלים עליה.

זה בא לידי ביטוי מתמטי על ידי:

למידע נוסף, קרא גם:

• חוקי ניוטון
• כוח משיכה
• נוסחאות פיזיקה

תרגילים נפתרו

1) UFRJ-1999

גוש 1, של 4 ק"ג, וגוש 2, של 1 ק"ג, המוצג באיור, מוצבים זה לצד זה ותומכים על משטח שטוח ואופקי. הם מואצים בכוח אופקי, עם מודול שווה ל- 10 N, מוחל על בלוק 1 ומתחיל להחליק על פני השטח בחיכוך זניח.

א) קבע את כיוון הכוח F וכיוון₁₂ מומש על ידי בלוק 1 בגוש 2 וחשב את המודול שלו.
ב) קבע את כיוון וכיוון הכוח F₂₁ המופעל על ידי בלוק 2 בגוש 1 וחשב את המודול שלו.

ראה תשובה

א) כיוון אופקי, כיוון שמאל לימין, מודול ו₁₂ = 2 נ '
ב) כיוון אופקי, כיוון מימין לשמאל, מודול ו₂₁ = 2 נ '

2) UFMS-2003

שני בלוקים A ו- B מונחים על שולחן שטוח, אופקי וללא חיכוך, כמוצג להלן. כוח אופקי של עוצמה F מוחל על אחד הגושים בשני מצבים (I ו- II). מכיוון שמסת A גדולה מזו של B, נכון לקבוע כי:

א) התאוצה של גוש A קטנה מזו של B במצב I.
ב) האצת הגושים גדולה יותר במצב II.
ג) כוח המגע בין הבלוקים גדול יותר במצב I.
ד) האצת הגושים זהה בשני המצבים.
ה) כוח המגע בין הבלוקים זהה בשני המצבים.

ראה תשובה

חלופה ד: האצת הגושים זהה בשני המצבים.