3 закон ньютона это: Что такое третий закон Ньютона? (статья) - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

Третий закон Ньютона – Основные законы Ньютона

Поставим опыт

Предложим первокласснику и десятикласснику посоревноваться в перетягивании каната, стоя на скейтбордах: тогда трением между колесами и полом можно пренебречь (схема опыта показана на рисунке 13.6).

Мы увидим, что оба соперника движутся с ускорением. Значит, на каждого из них действу другого. Ускорения соперников направлено противоположно, причем ускорение первоклассника намного больше ускорения десятиклассника.

Точные опыты, подобные описанном выше, показывают, что модули ускорений обратно пропорциональны массам тел:

a1/a2 = m2/m1.

Поскольку ускорения направлены противоположно,

Согласно второму закону Ньютона m11 = 1 и m22 = 2, где 1 – сила, действующая на первое тело со стороны второго, а 2 – сила, действующая на второе тело со стороны первого.

Из соотношения (5) следует, что 1 = –2. Это и есть третий закон Ньютона.

Тела взаимодействуют друг с другом с силами, равными по модулю и противоположными по направлению.

Свойстве сил, с которыми тела взаимодействуют друг с другом:
– эти силы обусловлены одним и тем же взаимодействием и поэтому имеют одну и ту же физическую природу;
– эти силы направлены вдоль одной прямой;
– эти силы приложены к разным телам и поэтому не могут уравновешивать друг друга.

Примеры проявления третьего закона Ньютона

Когда камень падает на Землю, на него действует сила тяжести 1 со стороны Земли, а на Землю – сила 2 притяжения со стороны камня (рис. 13.7, для наглядности масштаб не соблюден). Обе эти силы относятся к силам всемирного тяготения.

? 8. Согласно третьему закону Ньютона F1 = F2. Почему же ускорение камня заметно, а ускорение Земли – нет?

Когда камень лежит на Земле, на него кроме силы тяжести, которую будем обозначать теперь т, действует еще направленная вверх сила давления со стороны опоры (рис. 13.8, а). Она направлена перпендикулярно поверхности опоры, поэтому ее называют силой нормальной реакции (перпендикуляр называют часто нормалью). (Когда тело можно считать материальной точкой, все действующие на него силы желательно изображать на чертежах приложенными в одной точке.)

Когда камень покоится, его ускорение равно нулю. Значит, согласно второму закону Ньютона равнодействующая приложенных к камню сил и т, равна нулю (будем говорить, что в таком случае силы уравновешивают друг друга):

Отсюда следует:

Опора давит на камень силой , направленной вверх, а камень, по третьему закону Ньютона, давит на опору силан , направленной вниз (рис. 13.8, 6). Обе эти силы – силы упругости.

Силу, с которой тело вследствие действия на него силы тяжести давит на горизонтальную опору или растягивает вертикальный поднес, называют весом тела.

Итак, – это вес камня. По третьему закону Ньютона

Из формул (8) и (9) следует:

Итак, вес покоящегося тела равен действующей на это тело силе тяжести. Однако несмотря на это вес и сила тяжести существенно отличаются друг от друга:
– эти силы приложены к разным телам: вес действует на опору или поднес, а сила тяжести – на само тело;
– эти силы имеют разную физическую природу: вес – это сила упругости, а сила тяжести – проявление сил всемирного тяготения.

1.2.2. Второй и третий законы ньютона

1.20 Основной закон динамики________________________________________________________

Общая формулировка второго закона Ньютона_____________________________________________________________

Скорость изменения импульса материальной точки (тела) равна действующей на нее(него) силе.

Записанное уравнение называют еще уравнением движения материальной точки.

Еще одна формулировка второго закона Ньютона__________________________________________________________

или

Ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), пропорционально вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки (тела).

Единица силы________________________________________________________________________________________

1 Н = 1 (кг • м)/с²

1 ньютон — сила, которая массе в 1 кг сообщает ускорение 1м/с

2 в направлении действия силы.

♦ Второй закон Ньютона справедлив только в инерциальных системах отсчета 1.18.

1.21 1.21 Принцип независимости действия сил______________________________________

Формулировка принципа независимости действия сил______________________________________________________

Если на материальную точку действует одновременно несколько сил, то каждая из этих сил сообщает материальной точке ускорение, согласно второму закону Ньютона, как будто других сил нет.

Ускорение, приобретаемое точкой под действием нескольких сил___________________________________________

-результирующая сила. Силаможет быть разложена на две составляющие —

тангенциальную () и нормальную (см.

рисунок).

Тангенциальная и нормальная составляющие силы_________________________________________________________

Разложение силы на составляющие приводит к существенному упрощению решения задач. Например, на рисунке действующая силаF = та разложена на два компонента: тангенциальную силу F_T (направлена по касательной к траектории) и нормальную силу F_n (направлена по нормали к центру кривизны).

♦ Если на материальную точку действует одновременно несколько

сил, то, согласно принципу независимости действия сил, под F

во втором законе Ньютона понимают результирующую силу.

1.22 Третий закон Ньютона_______

Формулировка третьего закона Ньютона____________

Всякое действие материальных точек (тел) друг на друга имеет характер взаимодействия; силы, с которыми действуют друг на друга материальные точки, всегда равны по модулю, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки.

[F₁₂ — сила, действующая на первую материальную точку со стороны второй; F₂₁ — сила, действующая на вторую материальную точку со стороны первой]

Силы в третьем законе Ньютона________________________________________________________________

Эти силы приложены к разным материальным точкам (телам), всегда действуют парами и являются силами одной природы.

♦ Третий закон Ньютона позволяет осуществить переход от динамики отдельной

материальной точки к динамике системы материальных точек. Это следует из того, что и для системы материальных точек взаимодействие сводится к силам парного взаимодействия между материальными точками.

4.4 Третий закон движения Ньютона: симметрия сил – College Physics 2e

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Поймите третий закон движения Ньютона.
Применить третий закон Ньютона для определения систем и решения задач движения.

Бейсбольный питчер Мариано Ривера пользовался таким уважением, что в год его выхода на пенсию команды соперников устраивали прощальные презентации, когда он играл на их стадионах. Миннесотские близнецы преподнесли уникальный подарок: стул из сломанных летучих мышей. Любая подача может сломать биту, но с фирменной подачей Риверы, известной как каттер, мяч и бита часто сталкивались в точке, которая разбивала твердую древесину. Как правило, мы думаем о нападающем в бейсболе или софтболе, оказывающем силу на входящий мяч, а бейсбольные аналитики сосредотачиваются на результирующей «скорости выхода» как на ключевой статистике. Но сила мяча может нанести ущерб. Именно это и происходит всякий раз, когда одно тело действует с силой на другое — на первое тоже действует сила (равная по величине и противоположная по направлению). Многочисленные распространенные переживания, такие как ушиб пальца ноги или отталкивание от пола во время прыжка, подтверждают это.

Это точно сформулировано в третьем законе движения Ньютона.

Третий закон Ньютона

Всякий раз, когда одно тело воздействует на другое тело, на первое тело действует сила, равная по величине и противоположная по направлению силе, которую оно оказывает.

Этот закон представляет определенную симметрию в природе : Силы всегда возникают парами, и одно тело не может воздействовать силой на другое, не испытывая на себе силы. Иногда мы в общих чертах называем этот закон «действием-противодействием», где прилагаемая сила является действием, а сила, воспринимаемая как следствие, является противодействием. Третий закон Ньютона имеет практическое применение при анализе происхождения сил и понимании того, какие силы являются внешними по отношению к системе.

Мы легко можем увидеть третий закон Ньютона в действии, взглянув на то, как люди передвигаются. Рассмотрим пловца, отталкивающегося от края бассейна, как показано на рис. 4.9. Она упирается ногами в стенку бассейна и ускоряется в направлении , противоположном направлению ее толчка в направлении

. Стена воздействовала на пловца равной и противоположной силой. Вы можете подумать, что две равные и противоположные силы нейтрализуют друг друга, но это не так , потому что они действуют на разные системы . В этом случае есть две системы, которые мы могли бы исследовать: пловец или стена. Если в качестве интересующей системы выбрать пловца, как на рисунке, то Fстенка на ногах Fстенка на ногах является внешней силой, действующей на эту систему и влияющей на ее движение. Пловец движется в направлении Fстен на ногах Fстен на ногах. Напротив, сила Ffeet on wallFfeet on wall действует на стену, а не на нашу интересующую систему. Таким образом, Fноги на стенеFноги на стене не влияют непосредственно на движение системы и не отменяют Fстену на ногахFстену на ногах. Обратите внимание, что пловец отталкивается в направлении, противоположном тому, в котором он хочет двигаться.

Таким образом, реакция на ее толчок идет в желаемом направлении.

Рисунок 4.9 Когда пловец прикладывает силу F ног к стене, F ног к стене на стене, он ускоряется в направлении, противоположном направлению его толчка. Это означает, что результирующая внешняя сила, действующая на нее, направлена в направлении, противоположном Ffeet on wallFfeet on wall. Это противодействие возникает потому, что в соответствии с третьим законом движения Ньютона стена действует на нее с силой Fстена на ногиFстена на ноги, равной по величине, но в направлении, противоположном тому, которое она прикладывает к ней. Линия вокруг пловца указывает интересующую систему. Заметим, что Fноги на стенеFноги на стене не действуют на эту систему (пловца) и, таким образом, не отменяют Fстену на ногахFстену на ногах. Таким образом, диаграмма свободного тела показывает только Fwall на ногах Fwall на ногах, ww — силу гравитации и BFBF — выталкивающую силу воды, поддерживающую вес пловца. Вертикальные силы ww и BFBF сокращаются, так как нет вертикального движения.

Другие примеры третьего закона Ньютона найти несложно. Когда профессор идет перед доской, она оказывает давление на пол назад. Пол оказывает на профессора реактивную силу, которая заставляет ее двигаться вперед с ускорением. Точно так же автомобиль ускоряется, потому что земля давит на ведущие колеса вперед в ответ на то, что ведущие колеса толкают землю назад. Вы можете увидеть следы отталкивания колес назад, когда шины пробуксовывают на гравийной дороге и отбрасывают камни назад. В другом примере ракеты движутся вперед, выбрасывая газ назад с большой скоростью. Это означает, что ракета оказывает большую обратную силу на газ в камере сгорания ракеты, и поэтому газ оказывает большую реактивную силу на ракету вперед. Эта сила реакции называется тягой. Это распространенное заблуждение, что ракеты движутся сами по себе, отталкиваясь от земли или воздуха позади себя. На самом деле они лучше работают в вакууме, где они легче удаляют выхлопные газы. Точно так же вертолеты создают подъемную силу, толкая воздух вниз, тем самым испытывая восходящую силу реакции.

Птицы и самолеты также летают, воздействуя на воздух в направлении, противоположном тому, в котором они нуждаются. Например, крылья птицы толкают воздух вниз и назад, чтобы подняться и двигаться вперед. Осьминог передвигается в воде, выбрасывая воду через воронку из своего тела, подобно водному мотоциклу. Боксеры и бойцы других единоборств испытывают силы реакции, когда наносят удары, иногда ломая себе руку, ударяя по корпусу соперника.

Пример 4.3

Приступая к работе: выбор правильной системы

Профессор физики толкает тележку с демонстрационным оборудованием в лекционный зал, как показано на рис. 4.10. Ее масса 65,0 кг, тележки 12,0 кг, оборудования 7,0 кг. Вычислите ускорение, возникающее, когда профессор прикладывает к полу обратную силу 150 Н. Все силы, противодействующие движению, такие как трение о колеса тележки и сопротивление воздуха, составляют в сумме 24,0 Н.

Рисунок 4.10 Профессор толкает тележку с демонстрационным оборудованием. Длины стрелок пропорциональны величине сил (за исключением ff, так как он слишком мал, чтобы рисовать в масштабе). В каждом примере задаются разные вопросы; таким образом, система интересов должна быть определена по-разному для каждого. Система 1 подходит для этого примера, так как она запрашивает ускорение всей группы объектов. Только FfloorFfloor и ff являются внешними силами, действующими на Систему 1 вдоль линии движения. Все остальные силы либо отменяют, либо воздействуют на внешний мир. Система 2 выбрана для примера 4.4 так, чтобы FprofFprof была внешней силой и входила во второй закон Ньютона. Обратите внимание, что диаграммы свободного тела, которые позволяют нам применить второй закон Ньютона, зависят от выбранной системы.

Стратегия

Поскольку они ускоряются как единое целое, мы определяем систему как профессора, тележку и оборудование. Это Система 1 на рис. 4.10. Профессор толкает назад с силой FfootFfoot, равной 150 Н. Согласно третьему закону Ньютона, пол оказывает на Систему 1 поступательную силу реакции FfloorFfloor, равную 150 Н. направление. Таким образом, задача является одномерной в горизонтальном направлении. Как уже отмечалось, ff противостоит движению и, таким образом, находится в направлении, противоположном FfloorFfloor. Обратите внимание, что мы не включаем силы FprofFprof или FcartFcart, потому что это внутренние силы, и мы не включаем FfootFfoot, потому что они действуют на пол, а не на систему. На Систему 1 не действуют другие значительные силы. Если из всей этой информации можно найти чистую внешнюю силу, мы можем использовать второй закон Ньютона, чтобы найти требуемое ускорение. См. диаграмму свободного тела на рисунке.

Решение

Второй закон Ньютона определяется выражением

a=Fnetm.a=Fnetm.

4.18

Суммарная внешняя сила, действующая на Систему 1, выведена из рис. 4.10 и приведенных выше рассуждений:

N=126 N.

4,19

Масса Системы 1 равна

m=(65,0 + 12,0 + 7,0) кг = 84 кг. m=(65,0 + 12,0 + 7,0) кг = 84 кг.

4,20

Эти значения FnetFnet и mm дают ускорение

a=Fnetm,a=126 N84 кг= 1,5 м/с2.a=Fnetm,a=126 N84 кг= 1,5 м/с2.

4.21

Обсуждение

Ни одна из сил между компонентами Системы 1, например, между руками профессора и тележкой, не вносит вклад в результирующую внешнюю силу, поскольку они являются внутренними по отношению к Системе 1. обратите внимание, что силы между компонентами системы сокращаются, потому что они равны по величине и противоположны по направлению. Например, сила, приложенная профессором к тележке, приводит к тому, что на нее действует равная и противоположная сила. В этом случае обе силы действуют на одну и ту же систему и, следовательно, сокращаются. При этом внутренние силы (между компонентами системы) сокращаются. Выбор Системы 1 имел решающее значение для решения этой проблемы.

Пример 4.4

Сила, действующая на тележку — выбор новой системы

Рассчитайте силу, которую профессор оказывает на тележку на рис. 4.10, используя при необходимости данные из предыдущего примера.