Trzecie prawo Newtona: koncepcja, przykłady i ćwiczenia

Trzecie prawo Newtona, zwane także akcją i reakcją, wiąże siły interakcji między dwoma ciałami.

Kiedy obiekt A wywiera siłę na inny obiekt B, ten inny obiekt B będzie wywierał na obiekt A siłę o tym samym natężeniu, w tym samym kierunku i w przeciwnym kierunku.

Ponieważ siły są przykładane do różnych ciał, nie równoważą się.

Przykłady:

• Podczas oddawania strzału strzelec jest odpychany od pocisku przez siłę reakcji strzału.
• W zderzeniu samochodu osobowego z ciężarówką obydwa otrzymują działanie sił o tym samym natężeniu i przeciwnym kierunku. Stwierdziliśmy jednak, że oddziaływanie tych sił na deformację pojazdów jest inne. Zazwyczaj samochód jest znacznie bardziej „zgnieciony” niż ciężarówka. Fakt ten wynika z różnicy w budowie pojazdów, a nie z różnicy w natężeniu tych sił.
• Ziemia wywiera przyciągającą siłę na wszystkie ciała w pobliżu swojej powierzchni. Zgodnie z trzecim prawem Newtona ciała również wywierają na Ziemię przyciągającą siłę. Jednak ze względu na różnicę w masie stwierdzamy, że przemieszczenie, którego doświadczają ciała, jest znacznie większe niż to, którego doświadcza Ziemia.
• Statki kosmiczne wykorzystują zasadę akcji i reakcji do poruszania się. Podczas wyrzucania gazów spalinowych są one kierowane w kierunku przeciwnym do wylotów tych gazów.

Statki poruszają się wyrzucając gazy spalinowe

Zastosowanie trzeciego prawa Newtona

Wiele sytuacji w badaniach dynamiki przedstawia interakcje między dwoma lub więcej ciałami. Aby opisać te sytuacje, stosujemy prawo akcji i reakcji.

Działając w różnych ciałach, siły zaangażowane w te interakcje nie znoszą się nawzajem.

Ponieważ siła jest wielkością wektorową, musimy najpierw przeanalizować wektorowo wszystkie siły działające na każde ciało tworzące układ, zaznaczając pary akcji i reakcji.

Po tej analizie ustaliliśmy równania dla każdego zaangażowanego ciała, stosując drugie prawo Newtona.

Przykład:

Dwa bloki A i B o masach odpowiednio 10 kg i 5 kg są wsparte na idealnie gładkiej poziomej powierzchni, jak pokazano na poniższym rysunku. Na blok A działa stała i pozioma siła o natężeniu 30N. Określać:

a) przyspieszenie uzyskane przez system
b) intensywność siły, jaką blok A wywiera na blok B

Najpierw zidentyfikujmy siły działające na każdy blok. Aby to zrobić, wyizolowaliśmy bloki i zidentyfikowaliśmy siły, jak pokazano na poniższych rysunkach:

Istota:

fa_AB: siła blok A wywiera na blok B
fa_BA: siła blok B wywiera na blok A
N: siła normalna, czyli siła styku między blokiem a powierzchnią
P: siła waga

Bloki nie poruszają się w pionie, więc siła wypadkowa w tym kierunku jest równa zeru. Dlatego normalna waga i siła wzajemnie się znoszą.

W poziomie klocki pokazują ruch. Zastosujmy więc drugie prawo Newtona (F_R = m. a) i napisz równania dla każdego bloku:

Blok A:

F - f_BA = m_TEN.

Blok B:

fa_AB = m_b.

Łącząc te dwa równania, znajdujemy równanie systemowe:

F - f_BA+ f_AB= (m_TEN. a) + (m_b. )

Jako intensywność f_AB równa się intensywności f_BA, ponieważ jedno jest reakcją na drugie, możemy uprościć równanie:

F = (m_TEN + m_b).

Zastępując podane wartości:

30 = (10 + 5).

Teraz możemy znaleźć wartość siły, jaką blok A wywiera na blok B. Korzystając z równania bloku B, mamy:

fa_AB = m_b.
fa_AB = 5. 2 = 10 N

Trzy prawa Newtona

fizyk i matematyk Izaak Newton (1643-1727) sformułował podstawowe prawa mechaniki, w których opisuje ruchy i ich przyczyny. Trzy prawa zostały opublikowane w 1687 r. w dziele „Matematyczne zasady filozofii naturalnej”.

Trzecie prawo wraz z dwoma innymi prawami (pierwszym i drugim) tworzą podstawy mechaniki klasycznej.

Pierwsze prawo Newtona

TEN Pierwsze prawo Newtona, zwane także prawem bezwładności, stwierdza, że ​​„ciało w spoczynku pozostanie w spoczynku, a ciało w ruchu pozostanie w ruchu, o ile nie będzie na nie oddziaływać siła zewnętrzna".

Podsumowując, pierwsze prawo Newtona wskazuje, że zmiana stanu spoczynku lub ruchu ciała wymaga działania siły.

Przeczytaj także o Galileo Galilei.

Drugie prawo Newtona

TEN Drugie prawo Newtona ustala, że ​​przyspieszenie uzyskane przez ciało jest wprost proporcjonalne do wypadkowej sił działających na nie.

Wyraża się to matematycznie przez:

Aby dowiedzieć się więcej, przeczytaj także:

• Prawa Newtona
• Powaga
• Wzory fizyki

Rozwiązane ćwiczenia

1) UFRJ-1999

Blok 1 o wadze 4 kg i blok 2 o wadze 1 kg, pokazane na rysunku, są ustawione obok siebie i wsparte na płaskiej, poziomej powierzchni. Są przyspieszane siłą poziomo, z modułem równym 10 N, przyłożone do bloku 1 i zaczynają ślizgać się po powierzchni z nieznacznym tarciem.

a) Określ kierunek i kierunek siły F₁₂ ćwiczony przez blok 1 na bloku 2 i obliczyć jego moduł.
b) Określ kierunek i kierunek siły F₂₁ wywierany przez blok 2 na blok 1 i obliczyć jego moduł.

Zobacz odpowiedź

a) Kierunek poziomy, kierunek od lewej do prawej, moduł f₁₂ = 2 N
b) Kierunek poziomy, kierunek od prawej do lewej, moduł f₂₁ = 2 N

2) UFMS-2003

Dwa bloki A i B są umieszczone na płaskim, poziomym i pozbawionym tarcia stole, jak pokazano poniżej. Siła pozioma o natężeniu F jest przyłożona do jednego z bloków w dwóch sytuacjach (I i II). Ponieważ masa A jest większa niż masa B, słuszne jest stwierdzenie, że:

a) przyspieszenie bloku A jest mniejsze niż przyspieszenie B w sytuacji I.
b) przyspieszenie bloków jest większe w sytuacji II.
c) siła styku między klockami jest większa w sytuacji I.
d) przyspieszenie bloków jest takie samo w obu sytuacjach.
e) siła styku między klockami jest taka sama w obu sytuacjach.

Zobacz odpowiedź

Alternatywa d: Przyspieszenie bloków jest takie samo w obu sytuacjach.