A treia lege a lui Newton: concept, exemple și exerciții

A treia lege a lui Newton, numită și Acțiune și reacție, raportează forțele de interacțiune dintre două corpuri.

Când un obiect A exercită o forță asupra unui alt obiect B, acest alt obiect B va exercita o forță de aceeași intensitate, aceeași direcție și direcție opusă asupra obiectului A.

Deoarece forțele sunt aplicate diferitelor corpuri, acestea nu se echilibrează.

Exemple:

• Când trage un foc, un trăgător este propulsat departe de glonț de o forță de reacție de tragere.
• Într-o coliziune între o mașină și un camion, ambele primesc acțiunea forțelor de aceeași intensitate și direcție opusă. Cu toate acestea, am constatat că acțiunea acestor forțe în deformarea vehiculelor este diferită. De obicei, mașina este mult mai „zdrobită” decât camionul. Acest fapt apare din cauza diferenței în structura vehiculelor și nu din cauza diferenței de intensitate a acestor forțe.
• Pământul exercită o forță atractivă asupra tuturor corpurilor din apropierea suprafeței sale. Conform celei de-a treia legi a lui Newton, corpurile exercită și o forță atractivă pe Pământ. Cu toate acestea, datorită diferenței de masă, constatăm că deplasarea suferită de corpuri este mult mai considerabilă decât cea suferită de Pământ.
• Navele spațiale folosesc principiul acțiunii și reacției pentru a se mișca. La evacuarea gazelor de ardere, acestea sunt conduse în direcția opusă ieșirilor acestor gaze.

Navele se mișcă prin evacuarea gazelor de ardere

Aplicarea celei de-a treia legi a lui Newton

Multe situații din studiul dinamicii prezintă interacțiuni între două sau mai multe corpuri. Pentru a descrie aceste situații, aplicăm Legea acțiunii și a reacției.

Acționând în diferite corpuri, forțele implicate în aceste interacțiuni nu se anulează reciproc.

Deoarece forța este o cantitate vectorială, trebuie mai întâi să analizăm vectorial toate forțele care acționează asupra fiecărui corp care alcătuiește sistemul, marcând perechile de acțiune și reacție.

După această analiză, am stabilit ecuațiile pentru fiecare corp implicat, aplicând a doua lege a lui Newton.

Exemplu:

Două blocuri A și B, cu mase egale respectiv 10 kg și 5 kg, sunt sprijinite pe o suprafață orizontală perfect netedă, așa cum se arată în figura de mai jos. O forță constantă și orizontală de intensitate 30N acționează asupra blocului A. A determina:

a) accelerația dobândită de sistem
b) intensitatea forței pe care blocul A o exercită asupra blocului B

În primul rând, să identificăm forțele care acționează asupra fiecărui bloc. Pentru a face acest lucru, am izolat blocurile și am identificat forțele, așa cum se arată în figurile de mai jos:

Fiind:

f_AB: blocul de forță A exercită asupra blocului B
f_BA: blocul de forță B exercită asupra blocului A
N: forța normală, adică forța de contact dintre bloc și suprafață
P: greutate de rezistență

Blocurile nu se mișcă vertical, deci forța netă în această direcție este zero. Prin urmare, greutatea și puterea normale se anulează reciproc.

Pe orizontală, blocurile arată mișcare. Deci, să aplicăm a doua lege a lui Newton (F_R = m. a) și scrieți ecuațiile pentru fiecare bloc:

Blocul A:

F - f_BA = m_THE.

Blocul B:

f_AB = m_B.

Punând împreună aceste două ecuații, găsim ecuația sistemului:

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

Ca intensitate a f_AB este egală cu intensitatea lui f_BA, deoarece una este reacția la cealaltă, putem simplifica ecuația:

F = (m_THE + m_B).

Înlocuirea valorilor date:

30 = (10 + 5).

Acum, putem găsi valoarea forței pe care blocul A o exercită asupra blocului B. Folosind ecuația blocului B, avem:

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

Cele trei legi ale lui Newton

fizicianul și matematicianul Isaac Newton (1643-1727) a formulat legile de bază ale mecanicii, unde descrie mișcările și cauzele acestora. Cele trei legi au fost publicate în 1687, în lucrarea „Principiile matematice ale filosofiei naturale”.

A treia lege, împreună cu alte două legi (prima lege și a doua lege) formează bazele mecanicii clasice.

Prima lege a lui Newton

THE Prima lege a lui Newton, numită și Legea inerției, afirmă că „un corp în repaus va rămâne în repaus și un corp în mișcare va rămâne în mișcare dacă nu este influențat de o forță externă".

În rezumat, Prima lege a lui Newton subliniază că este nevoie de acțiunea unei forțe pentru a schimba starea de repaus sau mișcare a unui corp.

Citește și despre Galileo Galilei.

A doua lege a lui Newton

THE A doua lege a lui Newton stabilește că accelerația dobândită de un corp este direct proporțională cu rezultanta forțelor care acționează asupra acestuia.

Se exprimă matematic prin:

Pentru a afla mai multe, citiți și:

• Legile lui Newton
• Gravitatie
• Formule de fizică

Exerciții rezolvate

1) UFRJ-1999

Blocul 1, de 4 kg, și blocul 2, de 1 kg, prezentate în figură, sunt juxtapuse și susținute pe o suprafață plană orizontală. Acestea sunt accelerate de forță orizontal, cu un modul egal cu 10 N, aplicat la blocul 1 și începe să alunece pe suprafață cu frecare neglijabilă.

a) Determinați direcția și direcția forței F₁₂ exercitat de blocul 1 pe blocul 2 și calculați modulul acestuia.
b) Determinați direcția și direcția forței F₂₁ exercitat de blocul 2 pe blocul 1 și calculați modulul acestuia.

Vezi Răspuns

a) Direcție orizontală, de la stânga la dreapta, modulul f₁₂ = 2 N
b) Direcție orizontală, de la dreapta la stânga, modulul f₂₁ = 2 N

2) UFMS-2003

Două blocuri A și B sunt așezate pe o masă plană, orizontală și fără frecare, așa cum se arată mai jos. O forță orizontală de intensitate F se aplică unuia dintre blocuri în două situații (I și II). Deoarece masa lui A este mai mare decât cea a lui B, este corect să afirmăm că:

a) accelerația blocului A este mai mică decât cea a lui B în situația I.
b) accelerația blocurilor este mai mare în situația II.
c) forța de contact dintre blocuri este mai mare în situația I.
d) accelerația blocurilor este aceeași în ambele situații.
e) forța de contact dintre blocuri este aceeași în ambele situații.

Vezi Răspuns

Alternativa d: Accelerația blocurilor este aceeași în ambele situații.