Силы о которых говорится в третьем законе ньютона: Объясните, почему силы, о которых говорится в третьем законе Ньютона, не уравновешивают друг друга.

Третий закон Ньютона, теория и онлайн калькуляторы

Третий закон Ньютона, теория и онлайн калькуляторы

Пояснения к третьему закону Ньютона

В механике все силы обладают одним общим свойством: любое действие одного тела на другое является взаимодействием. То есть если первое тело сообщает второму ускорение, то второе тело тоже сообщает первому телу ускорение. Так, ударив ногой по камню, вы тотчас почувствуете обратное действие на свою ногу. Толкнув рукой кого – то нельзя не почувствовать обратного действия на руку. Все это проявление закона взаимодействия тел.

Следует заметить, что действия тел друг на друга носят характер взаимодействия не только тогда, когда осуществляется непосредственный контакт тел. Если положить на гладкую горизонтальную опору два магнита навстречу разными полюсами, то можно заметить, что они движутся навстречу друг другу.

Существенные изменения скоростей тел в результате их взаимодействия возможны только тогда, когда массы этих тел отличаются не много. 2}$. При этом это тело тоже притягивает Землю, но ускорение планеты, которое возникает в таком случае столь мало, что его невозможно обнаружить.

Формулировка третьего закона Ньютона

Силы взаимодействия тел равны по величине, направлены вдоль одной прямой и имеют противоположные направления.

То есть, если тело 1 действует на тело 2 с силой ${\overline{F}}_{12}$, то в этот же момент тело 2 действует на тело 1 с силой ${\overline{F}}_{21}$, при этом:

\[{\overline{F}}_{12}=-{\overline{F}}_{21}\left(1\right).\]

Формулировка самого Ньютона этого закона была такова: Действию всегда есть равное и противоположное противодействие.

Вспомнив второй закон Ньютона выражение (1) можно представить как:

\[m_1{\overline{a}}_1=m_2{\overline{a}}_2\left(2\right),\]

где $m_1$ – масса первого тела; ${\overline{a}}_1$ – ускорение первого тела; $m_2$ – масса второго тела; ${\overline{a}}_2$ – ускорение второго тела. Из формулы (2) следует:

\[\frac{a_1}{a_2}=\frac{m_2}{m_1}=const\ \left(3\right).\]

Уравнение (3) означает, что отношение величин ускорений двух действующих друг на друга тел равно обратному отношению их масс, при этом оно не зависит от вида сил взаимодействия тел.

Силы, о которых говорится в третьем законе Ньютона, приложены к разным телам (не к одному телу!), следовательно, не способны уравновешивать друг друга.

Значение третьего закона Ньютона состоит в том, что он дает возможность доказывать некоторые важные теоремы динамики и существенно упрощает исследование движения тел в том случае, когда их нельзя принимать за материальные точки.

Примеры задач на третий закон Ньютона

Пример 1

Задание. Каков вес груза ($P$), подвешенного вертикально на нерастяжимой невесомой нити, если масса груза равна $m$. Груз поднимают вверх с ускорением равным $a$?

Решение. Сделаем рисунок.

Вес тела ($\overline{P}$) – это сила, с которой груз действует на нить, на которой он подвешен. Соответственно – это сила, приложенная к нити. Если груз действует на нить, значит и нить действует на груз, это действие проявляется в виде силы натяжения нити (сила реакции опоры) ($\overline{N}$). Сила $\overline{N}$ приложена к грузу. В соответствии с третьим законом Ньютона:

\[\overline{P}=-\overline{N}\ \left(1.1\right).\]

Значит, можно рассмотреть силы, действующие на груз, воспользоваться вторым законом Ньютона, найти величину силы натяжения нити и применив (1.1) узнать вес тела.

Из рис.1 и второго закона Ньютона следует:

\[m\overline{g}+\overline{N}=m\overline{a}\left(1.2\right).\]

В проекции на ось Y выражение (1.2) имеет вид:

\[N-mg=ma\ \left(1.3\right).\]

Выразим модуль силы $N$ из (1.3):

\[N=m\left(a+g\right)\left(1.

2=2gl\left(1-{cos \alpha \ }\right)\to N=m\left(a_n+g\right)=m\left(\frac{2gl\left(1-{cos \alpha \ }\right)}{l}+g\right)=mg\left(3-{{\rm 2\ cos} \alpha \ }\right)\left(2.5\right).\]

Вес шарика в точке А по третьему закону Ньютона равен:

\[\overline{P}=-\overline{N}\left(2.6\right),\]

получаем:

\[P=mg\left(3-{{\rm 2\ cos} \alpha \ }\right).\]

Ответ. $P=mg\left(3-{{\rm 2\ cos} \alpha \ }\right)$

Читать дальше: ускорение.

236

проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности

Мы помогли уже 4 396 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!

Третий закон Ньютона | 9 класс | Физика

Содержание

На предыдущих уроках вы познакомились с двумя законами Ньютона. Первый закон гласит о том, что в инерциальных системах отсчета тело будет двигаться равномерно и прямолинейно или покоиться, если на него не действуют другие тела или эти действия компенсируются. Второй закон Ньютона устанавливает связь между массой тела, его ускорением, и силой, действующей на это тело: $\vec a = \frac{\vec F}{m}$.

На данном уроке мы вспомним некоторые факты о взаимодействии тел, проведем несколько простых и интересных опытов, которые помогут нам подойти к цели занятия — формулировке третьего закона Ньютона.

Обоюдное действие тел друг на друга

Вы уже знаете, что одностороннего воздействия не бывает: ситуация, что только одно тело действует на другое попросту невозможна. Тела всегда взаимодействуют друг с другом.

Например, мы забиваем молотком гвоздь (рисунок 1). Во время удара по шляпке гвоздя не только молоток действует на гвоздь, но и сам гвоздь оказывает действие на молоток. Можно сказать, что гвоздь оказывает некое сопротивление. По этой причине молоток и останавливается.

Рисунок 1. Действие тел друг на друга при взаимодействии

Или мы можем вспомнить опыт с двумя тележками. К одной из них прикреплена упругая металлическая пластина, которую мы предварительно согнули и зафиксировали. Вплотную к ней поставим вторую тележку (рисунок 2, а).

Рисунок 2. Взаимодействие тел друг с другом на примере опыта с тележками

Теперь перережем нить, которой мы скрепили упругую пластину. Обе тележки придут в движение и разъедутся в противоположные друг от друга стороны (рисунок 2, б).

То есть, обе тележки приобрели в результате взаимодействия какие-то скорости. Это означает, что и на одну, и на вторую тележки действовала какая-то сила. Это мы и называем взаимодействием тел.

Действие одного тела не может быть односторонним, оба тела действуют друг на друга (взаимодействуют друг с другом).

{"questions":[{"content":"Может ли одно тело оказывать одностороннее воздействие на другое?[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Может","не может","может, если оно движется равномерно и прямолинейно"],"explanations":["","Тела всегда обоюдно взаимодействуют друг с другом.",""],"answer":[1]}}}]}

Силы, с которыми тела действуют друг на друга

Что мы можем сказать об этих силах, с которыми тела действуют друг на друга? Рассмотрим несколько опытов.

Тела соприкасаются друг с другом

Возьмем два одинаковых демонстрационных динамометра. Один из них закрепим на неподвижном штативе. Второй прибор подвесим к первому (рисунок 3).

Рисунок 3. Опыт со сцепленными динамометрами

Мы увидим, что показания обоих динамометров одинаковы. При этом их стрелки отклонились в разные стороны. Значит, динамометры взаимодействуют друг с другом с равными по модулю, но противоположно направленными силами $F_1 = F_2$.

{"questions":[{"content":"Динамометр — это прибор для измерения[[choice-4]]","widgets":{"choice-4":{"type":"choice","options":["силы","массы","ускорения","времени"],"answer":[0]}}}]}

Тела находятся на расстоянии друг от друга

Рассмотрим следующий опыт. К динамометрам прикрепим плоские керамические магниты. Оба прибора закрепим на неподвижном штативе магнитами друг к другу (рисунок 4).

Рисунок 4. Взаимодействие тел на расстоянии

Магниты отталкиваются друг от друга, так как повернуты друг к другу одноименными полюсами. Стрелки динамометров отклоняются в разные стороны, но показания приборов по величине одинаковые.

Если мы попробуем увеличить расстояние между магнитами, показания будут уменьшаться. При этом они все равно будут одинаковыми на двух динамометрах. Уменьшим расстояния — показания синхронно увеличатся.

Все это означает, что силы, с которыми магниты действуют друг на друга, равны по модулю, но противоположны по направлению.

{"questions":[{"content":"Если при проведении эксперимента стрелки взаимодействующих друг с другом динамометров отклоняются в противоположные стороны, это означает, что[[choice-8]]","widgets":{"choice-8":{"type":"choice","options":["силы, действующие на приборы, направлены в противоположные стороны","силы, действующие на приборы, направлены в одну сторону","приборы имеют полярность","приборы используются неправильно"],"answer":[0]}}}]}

Тела движутся

Перейдем к следующему опыту. Возьмем машинку на радиоуправлении и прикрепим к ней металлический груз. Трос соорудим из двух трубчатых динамометров, сцепленных друг с другом (рисунок 5).

Рисунок 5. Взаимодействие движущихся сцепленных тел

Когда машинка поедет и потащит за собой груз, мы увидим, что показания обоих динамометров снова одинаковые. Значит, движущиеся машинка и груз действуют друг на друга с равными по модулю силами.

{"questions":[{"content":"Тела взаимодействуют друг с другом с равными по модулю силами, если они[[choice-12]]","widgets":{"choice-12":{"type":"choice","options":["неподвижны и соприкасаются друг с другом","неподвижны и не соприкасаются друг с другом","вместе находятся в состоянии движения","во всех перечисленных случаях"],"answer":[3]}}}]}

Третий закон Ньютона

После всех этих опытов мы можем сформулировать третий закон Ньютона.

Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению.

Как третий закон Ньютона записывается математически?

$\vec F_1 = − \vec F_2$.

Знак минус здесь говорит нам о том, что силы направлены в противоположные друг другу стороны.

{"questions":[{"content":"Выберите правильную математическую формулировку третьего закона Ньютона.[[choice-15]]","widgets":{"choice-15":{"type":"choice","options":["$\\vec F_1 = − \\vec F_2$","$\\vec F_1 = \\vec F_2$","$\\vec F = m \\vec a$","$\\vec F_1 = −2 \\vec F_2$."],"explanations":["","","Это математическая формулировка второго закона Ньютона.",""],"answer":[0]}}}]}

Пример объяснения движения с помощью законов Ньютона

Любое наблюдаемое нами движение можно описать с помощью трех законов Ньютона.

Например, Образавр идет по земле. Динозаврик движется вперед, потому что ногами отталкивается от нее. Так он взаимодействует с Землей.

Получается, что Образавр и Земля действуют друг на друга с одинаковыми по модулю и противоположными по направлению силами. В результате действия этих сил, каждый приобретает ускорение, обратно пропорциональное массе каждого (следствие второго закона Ньютона).

Что можно сказать об ускорении, которое получает Земля при взаимодействии с идущим по ней Образавром?
Масса Земли настолько огромна по сравнению с массой нашего пешехода, что ее приобретаемое ускорение практически равно нулю. То есть, мы можем сказать, что Земля, не меняет свою скорость.

{"questions":[{"content":"Какое тело в результате взаимодействия получает большее ускорение?[[choice-24]]","widgets":{"choice-24":{"type":"choice","options":["Тело с меньшей массой","Тело с большей массой","Тело с большим объемом","Тело с большей скоростью"],"answer":[0]}}}]}

Особенности взаимодействия тел

Когда мы говорим о взаимодействии тел, необходимо упомянуть две важные особенности.

Все силы в природе всегда возникают парами (рисунок 6). 

Силы, возникающие при взаимодействии тел, всегда одной природы.

Рисунок 6. Парность сил, возникающих в результате взаимодействия тел

Давайте придем примеры, показывающие, что силы, возникающие в результате взаимодействия двух тел, одинаковы по своей природе.

Например, Луна и Земля взаимодействуют друг с другом посредством сил всемирного тяготения (рисунок 7).

Рисунок 7. Взаимодействие Земли и Луны

Стальной гвоздь и магнит притягиваются друг к другу под действием магнитных сил (рисунок 8).

Рисунок 8. Взаимодействие благодаря магнитным силам

Вы уже знаете, что тело, находящееся на какой-то опоре, будет взаимодействовать с ней. Само тело будет немного сжиматься (незаметно человеческому глазу) под действием земного притяжения. Так, и в самом теле, и в опоре возникают силы упругости. С помощью этих сил тело и опора будут взаимодействовать друг с другом (рисунок 9).

Рисунок 9. Взаимодействие тела и опоры

Сила, с которой тело действует на опору, называется весом тела $\vec P$. Эта сила направлена вертикально вниз. В ответ возникает сила реакции опоры $\vec N$, с которой она действует на тело. Эта сила направлена вертикально вверх.

Каждая из сил взаимодействия приложена к разным телам. То есть, когда взаимодействуют два тела, на каждое из них действует своя сила. По этой причине силы никогда не компенсируют друг друга.

Почему неверно говорить о равновесии сил, возникающих при взаимодействии тел?

Силы, о которых говорится в третьем законе Ньютона, никогда не уравновешивают друг друга, поскольку они приложены к разным телам.

Две равные по модулю, но противоположно направленные силы будут уравновешивать  друг друга только если они приложены к одному телу. В этом случае их равнодействующая будет равна нулю. Тело будет находиться в равновесии: оно будет или покоится,  или двигаться равномерно и прямолинейно.

{"questions":[{"content":"В каком случае силы могут компенсировать друг друга?[[choice-28]]","widgets":{"choice-28":{"type":"choice","options":["Если они приложены к одному телу","Если они приложены к разным телам","Силы никогда не компенсируют друг друга"],"answer":[0]}}}]}

Упражнения

Упражнение № 1

На рисунке 10 изображен лежащий на доске камень. Сделайте в тетради такой же рисунок и изобразите стрелочками две силы, которые по третьему закону Ньютона равны друг другу. Что это за силы? Обозначьте их.

Рисунок 10. Задание к упражнению № 1

Посмотреть ответ

Скрыть

Ответ:

На рисунке 11 мы изобразили силы, возникающие при взаимодействии камня и доски.

Рисунок 11. Ответ к упражнению № 1

Камень действует на доску с силой $\vec P$ (весом тела). Доска же действует на камень с силой $\vec N$ (силой реакции опоры).

Упражнение № 2

Будет ли превышен предел измерений динамометра Д, изображенного на рисунке 12, если он рассчитан на измерение сил до $100 \space Н$ включительно?

Рисунок 12. Задание к упражнению № 3

Посмотреть ответ

Скрыть

Ответ:

Изобразим силы, действующие на динамометр (рисунок 13).

Рисунок 13. Ответ к упражнению № 2

Силы $\vec F_1$ и $\vec F_2$, с которыми два груза будут действовать с каждой стороны на динамометр, будут равны друг другу по величине, но противоположны по направлению. 2} = 0.4 \space Н$.

Ответ: $F_x = 0.4 \space Н$.

Пользуясь рисунками 3, 4 и 5, расскажите, как проводились изображенные на них опыты и какие выводы были сделаны на основании полученных результатов.

Рисунок 3: на штативе закреплен динамометр, к которому подвешен второй такой же динамометр. Показания динамометров одинаковы, но их стрелки отклонились в противоположные стороны.
Рисунок 4: к закрепленным на штативе динамометрам прикреплены плоские магниты, которые повернуты друг к другу одноименными полюсами. Между ними возникают силы отталкивания. Динамометры снова показывают одинаковые значения, но их стрелки так же отклонились в противоположные стороны.
Рисунок 5: к машинке на радиоуправлении прикреплен груз с помощью троса (сцепленных между собой трубчатых динамометров). Во время движения машинки показания динамометров одинаковы.
Вывод: опыты показали, что силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению.

Сформулируйте третий закон Ньютона. Как он записывается математически?

Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению: $\vec F_1 = − \vec F_2$.

Что можно сказать об ускорении, которое получает Земля при взаимодействии с идущим по ней человеком? Ответ обоснуйте.

Земля и человек взаимодействуют друг с другом с равными по модулю, но противоположно направленными силами. В результате этого взаимодействия Земля и человек получают ускорения, которые прямо пропорционально приложенным силам и обратно пропорциональны массам тел. Масса Земли огромна по сравнению с массой пешехода. По этой причине ускорение, которое она получает, практически равно нулю. Мы можем сказать, что скорость Земли в результате такого взаимодействия не изменяется.

Приведите примеры, показывающие, что силы, возникающие в результате взаимодействия двух тел, одинаковы по своей природе.

Земля и Солнце взаимодействуют друг с другом посредством сил всемирного тяготения; металлические предметы и магнит демонстрируют взаимодействие благодаря магнитным силам; предмет, лежащий на опоре, и сама опора взаимодействуют друг с другом с помощью сил упругости.

Почему неверно говорить о равновесии сил, возникающих при взаимодействии тел?

Силы, возникающие при взаимодействии, приложены к разным телам и поэтому не могут уравновешивать (компенсировать) друг друга.

Симметрия сил – Колледж Дугласа, физика 1104

Глава 4. Динамика: сила и законы движения Ньютона

Резюме

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

В мюзикле Man of La Mancha есть отрывок, относящийся к третьему закону движения Ньютона. Санчо, описывая ссору своей жены с Дон Кихотом, говорит: «Конечно, я ударил ее в ответ, ваша светлость, но она намного сильнее меня, и вы знаете, что они говорят: «камень попадет в кувшин или кувшин».

попадет в камень, кувшину будет плохо». 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 случаи, такие как ушиб пальца ноги или бросание мяча, подтверждают это. Точно сказано в Третий закон движения Ньютона .

ТРЕТИЙ ЗАКОН НЬЮТОНА ДВИЖЕНИЯ




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 собой 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. 1. Он отталкивается ногами от стенки бассейна и ускоряется в направлении

, противоположном направлению своего толчка. 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 системы9.0016 . 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 F _{стена на ногах} является внешней силой, действующей на эту систему и влияющей на ее движение. Пловец движется в направлении F _{стены на ногах} . Напротив, сила F _{футов на стену} действует на стену, а не на нашу интересующую систему. Таким образом F _{ноги на стене} не влияет напрямую на движение системы и не отменяет F _{стена 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 1. Когда пловец прикладывает силу F ​​ _{футов к стене} к стене, он ускоряется в направлении, противоположном направлению его толчка. Это означает, что чистая внешняя сила, действующая на нее, направлена ​​в направлении, противоположном 9.0017 F ​​ _{футов на стене} . Это противодействие возникает потому, что в соответствии с третьим законом движения Ньютона стена оказывает на нее силу F ​​ _{стена на ногах} , равную по величине, но в направлении, противоположном тому, которое она оказывает на нее. Линия вокруг пловца указывает интересующую систему. Обратите внимание, что F ​​ _{ноги на стене} не действует на эту систему (плавателя) и, таким образом, не отменяет F ​​ _{стена на ногах} . Таким образом, диаграмма свободного тела показывает только F _{стена на ногах} , w , гравитационная сила, и BF , выталкивающая сила воды, поддерживающая вес пловца. Вертикальные силы w и BF компенсируются, так как нет вертикального движения.

Легко найти и другие примеры третьего закона Ньютона. Когда профессор шагает 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.

Вертолеты создают подъемную силу, толкая воздух вниз, тем самым испытывая направленную вверх 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. В ситуации, похожей на ситуацию с Санчо, профессиональные бойцы в клетке испытывают силы реакции при ударе, иногда ломая себе руку, ударяя по корпусу соперника.

В другом примере ракеты движутся вперед, выбрасывая газ назад с большой скоростью. Размеры ракет варьируются от настолько маленьких фейерверков, что обычные люди используют их, до огромных «Сатурн V», которые когда-то доставляли массивные полезные грузы к Луне. Движение всех ракет, реактивных двигателей, сдуваемых воздушных шаров и даже кальмаров и осьминогов объясняется одним и тем же физическим принципом — третьим законом движения Ньютона. Это означает, что ракета оказывает большую обратную силу на газ в камере сгорания ракеты, и поэтому газ оказывает большую реактивную силу на ракету, как показано на рисунке 2. Эта реактивная сила называется 9.0017 тяга . 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.

Рис. 2. (a) Эта ракета имеет массу m и скорость восхождения v . Суммарная внешняя сила, действующая на систему, равна −мг , если пренебречь сопротивлением воздуха. (б) Время Δ t позже система состоит из двух основных частей: выбрасываемого газа и остальной части ракеты. Сила реакции ракеты — это то, что преодолевает силу гравитации и ускоряет ее вверх.

Пример 1. Приступая к работе: выбор правильной системы

Профессор физики толкает тележку с демонстрационным оборудованием в лекционный зал, как показано на рис. 3. Ее масса составляет 65,0 кг, масса тележки — 12,0 кг, составляет 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 3. Профессор толкает тележку с демонстрационным оборудованием. Длины стрелок пропорциональны величине сил (за исключением f , так как они слишком малы для масштабирования). В каждом примере задаются разные вопросы; таким образом, система интересов должна быть определена по-разному для каждого. Система 1 подходит для примера 2, так как требует ускорения всей группы объектов. Только F ​​ _пол и f — внешние силы, действующие на Систему 1 вдоль линии движения. Все остальные силы либо отменяют, либо воздействуют на внешний мир. Система 2 выбрана для этого примера так, чтобы F ​​ _prof 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 Рисунке 3. Профессор толкает назад с силой F _фут 150 Н. Согласно третьему закону Ньютона, на пол действует поступательная сила реакции F _пол 150 Н в Системе 1. Поскольку все движения горизонтальны, мы можем предположить, что есть нет результирующей силы в вертикальном направлении. Таким образом, задача является одномерной в горизонтальном направлении. Как уже отмечалось, f противостоит движению и, таким образом, находится в противоположном направлении от F _этаж . Обратите внимание, что мы не включаем силы F _prof или F _{тележка} , потому что это внутренние силы, и мы не включаем F пол на ступню _{. , а не в системе. На Систему 1 не действуют никакие 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 как

[латекс]\boldsymbol{a\:=}[/латекс][латекс]\boldsymbol{\frac{F _{\textbf{net}}}{m }.}[/latex]

Суммарная внешняя сила, действующая на Систему 1, выводится из рисунка 3 и приведенного выше обсуждения:

[латекс]\boldsymbol{\textbf{F}_{\textbf{net}}=\ textbf{F}_{\textbf{этаж}}-\textbf{f}=150\textbf{N}-24.0\textbf{N}=126\textbf{N}.}[/latex]

Масса Система 1:

[латекс]\boldsymbol{m=(65,0 + 12,0 + 7,0)\textbf{кг} = 84\textbf{кг}.}[/latex] 92} \end{array}[/latex]

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 для Системы. 1. Другой способ взглянуть на это — отметить, 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 2. Сила тележки — выбор новой системы

Рассчитайте силу, с которой профессор воздействует на тележку на рис. 3, используя при необходимости данные из предыдущего примера.

Стратегия

Если теперь мы определим интересующую нас систему как тележку плюс оборудование (система 2 на рис. 3), то чистая внешняя сила, действующая на систему 2, будет равна силе, которую профессор оказывает на тележку за вычетом трения. Сила, с которой она действует на тележку, F _prof , внешняя сила, действующая на Систему 2. F _prof была внутренней по отношению к Системе 1, но является внешней по отношению к Системе 2 и входит во второй закон Ньютона для Системы 2.

Решение

Второй закон Ньютона можно использовать, чтобы найти F _проф . Начиная с

[латекс]\boldsymbol{a\:=}[/latex][латекс]\boldsymbol{\frac{F_{\textbf{net}}}{m}}[/latex]

и отмечая, что величина чистой внешней силы на Систему 2 равна

[латекс]\boldsymbol{F_{\textbf{net}}=F_{\textbf{prof}}-f,}[/latex]

находим F _проф , искомое количество :

[латекс]\boldsymbol{F_{\textbf{prof}}=F_{\textbf{net}}+f.}[/latex]

Значение f дано, поэтому мы должны вычислить нетто F _нетто . Это можно сделать, поскольку известны и ускорение, и масса Системы 2. Используя второй закон Ньютона, мы видим, что 92)=29\textbf{ N}. }[/latex]

Теперь мы можем найти искомую силу:

[латекс]\boldsymbol{F_{\textbf{prof}}=F_{\textbf{net}} +f,}[/latex]

[латекс]\boldsymbol{F_{\textbf{prof}}=29\textbf{N}+24.0\textbf{N}=53\textbf{N}.}[/latex ]

Обсуждение

Интересно, что эта сила значительно меньше силы в 150 Н, которую профессор приложил назад к полу. Не вся эта сила в 150 Н передается на тележку; часть из них ускоряет профессора.

Выбор системы — важный аналитический шаг как в решении задач, так и в глубоком понимании физики ситуации (что не обязательно одно и то же).

ИССЛЕДОВАНИЯ PHET: ЛАБОРАТОРИЯ СИЛЫ ПРИТЯЖЕНИЯ

Визуализируйте гравитационную силу, с которой два объекта действуют друг на друга. Меняйте свойства объектов, чтобы увидеть, как меняется сила гравитации.

Рис. 3. Лаборатория силы гравитации
• Третий закон Ньютона представляет собой базовую симметрию в природе. Он гласит: Всякий раз, когда одно тело действует на другое тело, на первое тело действует сила, равная по величине и противоположная по направлению силе, действующей на первое тело.
• Тяга — это сила реакции, толкающая тело вперед в ответ на силу, направленную назад. Ракеты, самолеты и автомобили толкаются вперед силой реактивной тяги.

Третий закон Ньютона

всякий раз, когда одно тело действует с силой на второе тело, на первое тело действует сила, равная по величине и противоположная по направлению силе, действующей на первое тело

тяга

сила реакции, толкающая тело вперед в ответ на силу, направленную назад; ракеты, самолеты и автомобили толкаются вперед силой реактивной тяги

Документ без названия

Третий закон Ньютона

Третий закон Ньютона можно формально сформулировать следующим образом.

Когда один объект воздействует на другой объект, возникает сила равные по величине, но противоположные по направлению действия второго объекта во-первых.

Это часто называют законом действия/противодействия, который является легко запоминающаяся крылатая фраза, но с целью анализа спорта движения необходимо сделать ссылку на полное определение, изложенное выше.

Существует ряд важных моментов, которые необходимо учитывать при интерпретация с использованием этого закона.

а) закон относится к двум объектам и поэтому важно при интерпретации, чтобы идентифицировать два объекта, которые участвуют во взаимодействии. Силы действия/реакции можно рассматривать как пара, но они никогда не действуют парой на один и тот же объект. (Обратите внимание, что «объект» здесь относится к «системе интересов», которая определяет силы быть внешним или внутренним). Рассмотрим следующий пример.

На спринтера, стоящего на блоках, действует сила, толкающая его вперед. Из третьего закона Ньютона видно, что сила, движущая спринтера вперед должна быть согласована равная, но противоположная сила, действующая на блоки. Два объекта в этом примере — это спринтер и блоки, но так как блоки прикреплены к поверхности планеты, второй объект фактически является планетой.

Одна из причин, по которой важно идентифицировать два объекта, может быть ясным, если сослаться на второй закон Ньютона. Спринтер испытывает силу, которая заставляет его ускоряться. Опыт блоков точно такая же сила по величине, но противоположная по направлению и поскольку эффективная масса блоков равна массе планеты любой ускорение было бы незначительным (к тому же планета испытывает миллионы других взаимодействий).

b) Фраза действие/реакция может иногда подразумевать, что действие следует реакция. Это , а не , подходящая интерпретация. и поэтому силы действия/реакции следует рассматривать как действующие в то же время

Еще один пример может помочь при интерпретации ситуаций, когда несколько действуют силы.

Рассмотрим шайбу, лежащую на поверхности катка. Сила сила тяжести, очевидно, является одной из сил, которые должны действовать на шайбу. Согласно третьему закону Ньютона каток (планета) как другой объект во взаимодействии должны испытывать равную, но противоположную силу.

Однако это определяет только одну силу, действующую на шайбу. Как шайба не ускоряется, когда он покоится на поверхности льда, то есть должна быть хотя бы одна другая сила, действующая для нейтрализации идентифицированного гравитационного поля. сила.

Всякий раз, когда два объекта находятся в контакте друг с другом, тогда есть сила, возникающая в результате этого взаимодействия. В этом случае шайба действует на поверхность льда с силой, и в соответствии с законом Ньютона Третий закон: шайба испытывает равную, но противоположную силу. Поэтому на шайбу в состоянии покоя действуют две силы: сила тяжести (которая действует независимо от любого контакта) и контактная реакция сила.

ЗАДАНИЕ : Скопируйте изображение ниже стоящего исполнителя еще до выполнения вертикального прыжка.