Закон ньютона 3 особенности: 1.9. Третий закон Ньютона

Законы Ньютона — что это, определение и ответ

В физике огромную роль играют векторные величины, то есть величины, имеющие помимо величины еще и направление, среди них: импульс, сила, напряженность электрического поля, индукция магнитного поля и многие другие.

Со всеми этими векторными величинами нужно уметь выполнять математические действия, на которых будет строиться решение задач.

Для векторных величин существуют правила их сложения и вычитания. Необходимо понимать, что вектор это не обычное число, вектор имеет не только значение, но и направление, это накладывает некоторые особенности работы с ними.

Для того чтобы сложить два вектора \(\overrightarrow{a}\) и \(\overrightarrow{b}\) (рис. 1.1) нужно переместить их параллельно самим себе так, чтобы начала векторов \(\overrightarrow{a}\) и \(\overrightarrow{b}\ \)находились в одной точке (рис. 1.2). Затем достроить параллелограмм, сторонами которого будут эти вектора (рис. 1.3). Тогда суммой \(\overrightarrow{a} + \overrightarrow{b}\) будет вектор \(\overrightarrow{c}\), начало которого совпадает с общим началом векторов, а конец — с противоположной вершиной параллелограмма (рис. 1.4).

Рис. 1

Рис. 1.2

Рис. 1.3

Рис. 1.4

Аналогично можно сложить два параллельных вектора \(\overrightarrow{a}\) и \(\overrightarrow{b}\) (рис. 2.1) и \(\overrightarrow{a}\) и \(\overrightarrow{d}\) (рис. 2.3). Суммы этих векторов \(\overrightarrow{c} = \overrightarrow{a} + \overrightarrow{b}\) и \(\overrightarrow{f} = \overrightarrow{a} + \overrightarrow{d}\) изображены на рис. 2.2 и 2.4. Причем, модули векторов c = a + b и f = |a − d|.

Рис. 2.1

Рис. 2.2

Рис. 2.3

Рис. 2.4

В процессе решения задач, нам так же необходимо будет выбирать системы координат, относительно которых будет решаться уравнение. Большое значение для координатного представления векторов имеет понятие проекции вектора на ось.

Проекцией AB называется длина отрезка, образованного проекциями точек начала и конца вектора на заданную прямую (рис.3), причём проекции приписывается знак плюс, если направление проекции соответствует направлению оси, иначе — знак минус.

Рис.3

В задачах нам придется искать проекции векторов на оси х и у. Обычно проекция исходного вектора на ось х ищется через косинус угла между вектором и осью (рис.4).

Рис. 4

AB = a ∙ cosα (из определения косинуса).

Аналогично, но уже при помощи синуса, ищутся проекции на ось y (рис.5).

Рис.5

AB = a ∙ sinα (из определения синуса).

I закон Ньютона: существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, в которых тело покоится или движется равномерно только до тех пор, пока на это тело не действуют никакие силы.

Инерциальные системы отсчета (ИСО) ― системы отсчета, связанные с телами, которые покоятся, или двигаются прямолинейно и без ускорения.

II Закон Ньютона: в ИСО \(\sum_{}^{}\overrightarrow{F} = m\overrightarrow{a}\) (векторная сумма всех сил равна произведению массы на ускорение), где ΣF ― векторная сумма сил (Н), m ― масса (кг), а ― ускорение (м/с²).

Сумма всех сил (ΣF) носит название равнодействующей силы. Ускорение тела всегда направленна в ту сторону, куда направленна результирующая сила.

IIIЗаконНьютона: Тела действуют друг на друга с силами равными по величине и противоположными по направлению.

В системе отсчета, движущейся с ускорением, на тело действует сила, направленная в сторону, противоположную ускорению.

Третий закон Ньютона | Частная школа. 8 класс

Конспект по физике для 8 класса «Третий закон Ньютона». Как формулируется третий закон Ньютона.

Конспекты по физике    Учебник физики    Тесты по физике

---

Со стола на пол упал карандаш, подпрыгнул и остался лежать на полу. Почему он упал, вы уже сможете объяснить. А вот почему он отскочил? Всё дело в том, что карандаш подействовал на пол, а пол подействовал на карандаш.

СИЛЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ

В инерциальных системах отсчёта все силы возникают (или исчезают) только парами, т. е. если одно тело действует на другое (действие), то и второе тело, в свою очередь, действует на первое (противодействие).

Тела действуют друг на друга с силами, противоположно направленными.

Наиболее ярко это может быть проиллюстрировано на опыте в космическом пространстве. Если космонавт в открытом космосе бросит какой-либо предмет, то не только предмет начнёт движение, но и космонавт будет двигаться в противоположном направлении. Это означает, что космонавт подействовал на тело с некоторой силой, а тело, в свою очередь, подействовало на космонавта с противоположно направленной силой.

Может ли одна из пары сил, возникающих при взаимодействии двух тел, быть больше другой?

Два динамометра крючками цепляют друг за друга. После этого, взявшись за кольца, динамометры растягивают в разные стороны. Наблюдая за показаниями обоих динамометров, можно увидеть, что при любых растяжениях они будут совпадать.

Следовательно, сила, с которой первый динамометр действует на второй, равна по модулю силе, с которой второй динамометр действует на первый.

Равенство сил по модулю при взаимодействии выполняется всегда и не зависит от того, движутся ли взаимодействующие тела или находятся в покое относительно друг друга.

ТРЕТИЙ ЗАКОН НЬЮТОНА

Анализируя взаимодействие двух тел, И. Ньютон писал: «Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены в противоположные стороны».

Это утверждение теперь называется третьим законом Ньютона и формулируется следующим образом: силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению.

Математическая запись этого закона:

Знак «-» показывает, что векторы сил направлены в противоположные стороны.

ОСОБЕННОСТИ СИЛ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ

Важно понимать, что силы, о которых идёт речь в третьем законе Ньютона, приложены к разным телам., и, следовательно, они не могут уравновешивать друг друга. Их нельзя складывать или вычитать.

Например, брусок, лежащий на опоре, действует на неё с силой, называемой весом (P). Опора, в свою очередь, действует на брусок с силой, называемой силой реакции опоры или силой упругости (N).

Из курса физики 7 класса мы уже знаем, что эти силы противоположно направлены, равны по модулю и приложены к разным телам: вес — к опоре, а сила реакции опоры — к самому телу. Теперь, зная третий закон Ньютона, мы можем записать это в векторной форме:

Третий закон Ньютона справедлив не только в случае взаимодействия при непосредственном соприкосновении тел, но и в случае взаимодействия на расстоянии.

Следует отметить, что силы, возникающие в результате взаимодействия тел, являются силами одной и той же природы.

Например, Земля и Луна взаимодействуют друг с другом в результате действия силы всемирного тяготения, железо и магнит притягиваются в результате действия магнитных сил. Два одноимённо заряженных тела отталкиваются в результате действия электрических сил.

При ходьбе человек действует на Землю с силой F, т. е. толкает её назад, а Земля с такой же силой отталкивает человека вперёд. Так как масса Земли намного больше массы человека, она остаётся на месте, а человек делает шаг вперёд.

Мальчик катит тележку. Если действие равно противодействию, то почему же силы не уравновешивают друг друга и тележка движется?

Дело в том, что в этом примере существенную роль играет сила трения. Она действует как на мальчика, так и на тележку. Когда мальчик делает шаг, то сила трения, толкающая его вперёд, несколько превышает силу натяжения верёвки, связывающей мальчика с тележкой, поэтому тележка будет перемещаться вслед за мальчиком.

При этом сила трения, действующая на тележку и препятствующая её движению, не должна превышать силу трения, действующую на мальчика.

---

Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Третий закон Ньютона».

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).

Просмотров: 2 980

Терапия рака в соответствии с третьим законом Ньютона

Biochem Physiol. Авторская рукопись; доступно в PMC 2017 30 января. 2016; 5(1): е145.

DOI: 10.4172/2168-9652.1000E145

PMCID: PMC5279577

NIHMSID: NIHMS795153

PMID: 28149704

Информация о лицензии. На это указывают данные, полученные после нескольких лет исследований рака и терапевтических вмешательств, проводимых во всем мире. Существует сильное сходство между третьим законом Ньютона и терапевтическим поведением опухоли. Согласно третьему закону Ньютона «на каждое действие есть равное и противоположное противодействие». В терапии рака опухоль проявляет сильную проопухолевую реакцию на применяемое лечение и вызывает терапевтическую резистентность, что является одной из основных проблем, наблюдаемых в доклинических и клинических исследованиях. Существует острая необходимость понять биологию опухолей, резистентных к терапии, после терапии. Здесь мы обсудили проблему и предложили возможные направления будущих исследований по лечению рака.

Нет никаких сомнений в том, что рак — это умная сущность, о чем свидетельствуют несколько неудач лечения в доклинических и клинических испытаниях. Отчасти известно, что генетические мутации хозяина ответственны за ограниченный успех [1]. Однако в большинстве случаев после терапии сами опухоли приобретают резистентные свойства. В этом случае опухоль изначально чувствительна к применяемому лечению и эволюционирует, противодействуя противоопухолевому действию препарата. С другой стороны, резистентность de novo является частью первичной невосприимчивости к терапии, которая должна была быть эффективной на основе лежащей в основе биологии или генетики. Согласно третьему закону Ньютона «на каждое действие есть равное и противоположное противодействие». В терапии рака опухоль оказывает сильный проопухолевый ответ на применяемое лечение. Большинство методов лечения с кратковременным и преходящим эффектом (измеряемым в течение нескольких недель или месяцев) сопровождались рецидивом роста злокачественной опухоли [2,3]. Резистентные опухоли характеризуются, например, гиперваскуляризацией и гиперинвазивностью; рак молочной железы и глиобластома [4,5]. Опухолевые клетки переходят в состояние покоя путем перепрограммирования в мезенхимальные фенотипы. В эпителиальных опухолях это явление хорошо заметно и известно как эпителиально-мезенхимальный переход (ЭМП) [6,7]. Кроме того, резистентная опухоль выделяет несколько иммуномодулирующих сигналов в виде секретируемых факторов, таких как хемокины и факторы роста [8]. Поступая таким образом, опухоль модулирует иммунные клетки и управляет проопухолевыми свойствами. Гетерогенная популяция ассоциированных с опухолью макрофагов (ТАМ) и регуляторных клеток являются наиболее распространенными из известных проопухолевых и иммуносупрессивных иммунных клеток, которые способствуют рецидиву опухоли после терапии [9].]. В последнее время большое внимание уделяется клеткам, происходящим из костного мозга (BMDC), которые являются компонентом-хозяином. Большое количество данных свидетельствует о том, что иммунные клетки происходят из компартмента костного мозга, и резистентная опухоль рекрутирует эти иммунные клетки на регулярной основе либо во время инициации опухоли, либо во время ее прогрессирования, либо при метастазировании в отдаленные органы [5]. Исследования, в том числе отчеты из нашей лаборатории, подтверждают, что рекрутирование миелоидных клеток, происходящих из костного мозга, особенно; Клетки-супрессоры миелоидного происхождения (MDSC) имеют решающее значение для терапевтической резистентности [10-14]. Мы считаем, что MDSCs приобретают васкулогенные свойства, чтобы обеспечить сосудистую поддержку транзиторно уменьшающейся опухоли. Наше предыдущее исследование показывает, что истощение миелоидных клеток, происходящих из костного мозга, посредством блокады CSF1R значительно снижает привлечение BMDC из костного мозга в место опухоли. Кроме того, блокада CSF1R уменьшала MDSC, ассоциированные с опухолью, и уменьшала рост опухоли. Таким образом, нацеливание на ТАМ имеет решающее значение для предотвращения терапевтической резистентности [13,14]. На данный момент нам необходимо более глубокое понимание резистентных опухолей и их микроокружения посредством детальных механистических исследований. Мы должны развивать наши подходы к мониторингу такой резистентности в более ранний период терапии и во время терапии.

Подводя итог, можно сказать, что большинство противоопухолевых методов лечения ограничены развитием лекарственной устойчивости, и преодоление этой обходной резистентности является нашим приоритетом в эпоху персонализированной медицины. [15]. Наше понимание клеточного и молекулярного механизма (механизмов) лекарственной устойчивости растет день ото дня. Обнаружение биомаркеров терапевтической резистентности может быть хорошим инструментом для выявления резистентных пациентов во время терапии. Кроме того, использование новых экспериментальных подходов в сочетании с систематическими геномными и протеомными технологиями позволит выявить новые мишени [12].

1. Луо Дж., Солимини Н.Л., Элледж С.Дж. Принципы терапии рака: онкогенная и неонкогенная зависимость. Клетка. 2009; 136: 823–837. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

2. Рестифо Н.П., Смит М.Дж., Снайдер А. Приобретенная устойчивость к иммунотерапии и будущие проблемы. Нат Рев Рак. 2016;16:121–126. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

3. Рахман Р., Смит С., Рахман С., Гранди Р. Антиангиогенная терапия и механизмы резистентности опухоли при злокачественной глиоме. J Онкол. 2010;2010:251231. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

4. Robertson FM, Bondy M, Yang W, Yamauchi H, Wiggins S, et al. Воспалительный рак молочной железы: болезнь, биология, лечение. CA Рак J Clin. 2010;60:351–375. [PubMed] [Google Scholar]

5. Бергерс Г., Ханахан Д. Способы резистентности к антиангиогенной терапии. Нат Рев Рак. 2008; 8: 592–603. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

6. Davis FM, Stewart TA, Thompson EW, Monteith GR. Ориентация на ЕМТ при раке: возможности фармакологического вмешательства. Trends Pharmacol Sci. 2014;35:479–488. [PubMed] [Google Scholar]

7. Zhang P, Sun Y, Ma L. ZEB1: на перекрестке эпителиально-мезенхимального перехода, метастазов и резистентности к терапии. Клеточный цикл. 2015;14:481–487. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

8. Abraham RT. Хемокин спешит на помощь: интерлейкин-8 опосредует устойчивость к терапии, направленной на PI3K-путь, при раке молочной железы. Раковая клетка. 2012; 22:703–705. [PubMed] [Google Scholar]

9. Ruffell B, Coussens LM. Макрофаги и терапевтическая резистентность при раке. Раковая клетка. 2015; 27: 462–472. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

10. Ачут БР. Влияние микроокружения на терапевтическую неоваскуляризацию глиобластомы. Биохим Физиол. 2013;2:e121. [Google Scholar]

11. Ачут Б.Р., Арбаб А.С. Клетки-супрессоры миелоидного происхождения: разожгите огонь. Биохим Физиол. 2014;3:e123. [ЧВК бесплатная статья] [PubMed] [Google Scholar]

12. Ачут Б.Р., Арбаб А.С. Сигнатуры миелоидных клеток в микроокружении опухоли предсказывают терапевтический ответ при раке. Onco нацеливается на Ther. 2016 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

13. Ачут Б.Р., Шанкар А., Искандер А.С., Ара Р., Ангара К. и др. Миелоидные клетки, полученные из костного мозга, обеспечивают антиангиогенную резистентность при глиобластоме посредством скоординированных молекулярных сетей. Рак Летт. 2015; 369: 416–426. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

14. Ачут Б. Р., Шанкар А.С., Искандер А.С., Ара Р., Найт Р.А., и соавт. Химерная мышиная модель для отслеживания миграции клеток костного мозга при глиобластоме после антиангиогенного лечения. Рак Биол Тер. 2016;21:1–11. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

15. Garraway LA, Jänne PA. Обход лекарственной устойчивости рака в эпоху персонализированной медицины. Рак Дисков. 2012;2:214–226. [PubMed] [Google Scholar]

5.5 Третий закон Ньютона. Общая физика с использованием исчисления I

5 Законы движения Ньютона

Цели обучения

К концу раздела вы сможете:

• Сформулировать третий закон движения Ньютона
• Определите силы действия и реакции в различных ситуациях
• Применение третьего закона Ньютона для определения систем и решения задач движения

До сих пор мы рассматривали силу как толчок или притяжение; однако, если вы подумаете об этом, вы поймете, что ни толчок, ни притяжение никогда не возникают сами по себе. Когда вы толкаете стену, стена давит на вас. Это подводит нас к третьему закону Ньютона .

Третий закон движения 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. Математически, если тело A прикладывает силу [латекс]\mathbf{\overset{\to }{F}}[/латекс] к телу B , затем B одновременно прикладывает силу [латекс]\text{−}\mathbf {\overset{\to}}{F}}[/latex] на A , или в форме векторного уравнения,

[латекс]{\mathbf{\overset{\to}}{F}}}_{\text {AB}}=\text{−}{\mathbf{\overset{\to}}{F}}}_{\text{BA}}.[/latex]

Третий закон Ньютона 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 бортика бассейна (рис.). Она упирается ногами в стенку бассейна и ускоряется в направлении, противоположном направлению ее толчка. Стена оказала на пловца равную и противоположную силу. 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 и стена. Если мы выберем пловца в качестве интересующей системы, как на рисунке, то [латекс]{F}_{\text{стена на ногах}}[/латекс] является внешней силой, действующей на эту систему и влияющей на ее движение. Пловец движется в направлении действия этой силы. Напротив, сила [латекс]{F}_{\text{футы на стене}}[/латекс] действует на стену, а не на нашу интересующую систему. Таким образом, [латекс]{F}_{\text{ноги на стене}}[/латекс] не влияет напрямую на движение системы и не отменяет [латекс]{F}_{\текст{стена на ногах} }.[/latex] Пловец отталкивается в направлении, противоположном тому, в котором он хочет двигаться. Таким образом, реакция на ее толчок идет в желаемом направлении. На диаграмме свободного тела, такой как показанная на рисунке, мы никогда не включаем обе силы пары действие-противодействие; в этом случае мы используем только [латекс]{F}_{\text{стена на ногах}}[/латекс], а не [латекс]{F}_{\текст{ноги на стене}}[/латекс].

Рисунок 5.16 Когда пловец прикладывает силу к стене, он ускоряется в противоположном направлении; другими словами, чистая внешняя сила, действующая на нее, направлена ​​в направлении, противоположном [латексу] {F} _ {\ text {ноги на стене}}. [/latex] Это противодействие возникает потому, что, в соответствии с третьим законом Ньютона, стена действует на пловца с силой [латекс]{F}_{\text{стена на ногах}}[/латекс], равной по величине, но в направлении, противоположном тому, которое она прикладывает к ней. Линия вокруг пловца указывает интересующую систему. Таким образом, диаграмма свободного тела показывает только [латекс] {F} _ {\ text {стена на ногах}}, [/латекс] w (сила гравитации) и BF, которая представляет собой выталкивающую силу воды, поддерживающую вес пловца. Вертикальные силы w и BF компенсируются, потому что нет вертикального ускорения.

Легко найти другие примеры третьего закона Ньютона:

• Профессор шагает перед доской и оказывает давление на пол. Пол оказывает на профессора силу реакции, которая заставляет его двигаться вперед с ускорением.
• Автомобиль ускоряется вперед, 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.
• Ракеты движутся вперед, выбрасывая газ назад с большой скоростью. Это означает, что ракета оказывает большую обратную силу на газ в камере сгорания ракеты; следовательно, газ оказывает большую реактивную силу на ракету вперед. Эта сила реакции, толкающая тело вперед в ответ на силу, направленную назад, 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.
• 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 той силе, которая им нужна. 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.
• Когда человек тянет вниз вертикальную веревку, веревка тянет человека вверх (рисунок).

Рисунок 5.17 Когда альпинист тянет веревку вниз, веревка тянет альпиниста вверх.

Третий закон Ньютона имеет две важные особенности. Во-первых, прилагаемые силы (действие и противодействие) всегда равны по величине, но противоположны по направлению. Во-вторых, эти силы действуют на разные тела или системы:

А сила действует на В и В сила действует на А . Другими словами, две силы являются различными силами, которые не действуют на одно и то же тело. Таким образом, они не отменяют друг друга.

Для ситуации, показанной на рисунке, третий закон указывает, что, поскольку стул давит на мальчика вверх с силой [латекс]\mathbf{\overset{\to {C}},[/латекс] он давит на мальчика вниз. стул с силой [латекс]\текст{-}\mathbf{\overset{\to }{C}}.[/латекс] Точно так же он давит вниз с силой [латекс]\текст{-}\mathbf{\ overset{\to }{F}}[/latex] и [latex]\text{−}\mathbf{\overset{\to }{T}}[/latex] на полу и столе соответственно. Наконец, поскольку Земля тянет мальчика вниз с силой [латекс]\mathbf{\overset{\to }{w}},[/латекс] он тянет вверх на Землю с силой [латекс]\текст{−}\mathbf{ \overset{\to }{w}}[/latex]. Если бы этот студент в отчаянии стучал кулаком по столу, он бы быстро усвоил болезненный урок (которого можно было бы избежать, изучая законы Ньютона), что стол наносит ответный удар так же сильно.

Человек, который идет или бежит, инстинктивно применяет третий закон Ньютона. Например, бегун на рисунке толкает землю назад, так что она толкает его вперед.

Рисунок 5.18 Бегун сталкивается с третьим законом Ньютона. а) Бегун прикладывает силу к земле. (b) Сила реакции земли на бегущего толкает его вперед.

Пример

Силы, воздействующие на неподвижный объект

Пакет на рисунке стоит на весах. Силы, действующие на упаковку, составляют [латекс]\mathbf{\overset{\to}}{S}},[/латекс], что связано с масштабом, и [латекс]\текст{−}\mathbf{\overset{\ на {w}},[/latex] из-за гравитационного поля Земли. Силы реакции, которые оказывает упаковка, равны [латекс]\текст{−}\mathbf{\overset{\to} {S}}[/latex] на шкале и [латекс]\mathbf{\overset{\to }{ w}}[/latex] на Земле. Поскольку пакет не ускоряется, применение второго закона дает

[латекс]\mathbf{\overset{\to}}{S}}-\mathbf{\overset{\to}}{w}}=m\mathbf{\overset{\to}}{a}}=\mathbf {\ overset {\ to {0}}, [/latex]

, поэтому

[латекс] \ mathbf {\ overset {\ to {S}} = \ mathbf {\ overset {\ to {w} }.[/latex]

Таким образом, показания весов дают величину веса посылки. Однако весы не измеряют вес посылки; он измеряет силу [латекс] \ текст {−} \ mathbf {\ overset {\ to {S}} [/ латекс] на его поверхности. Если система ускоряется, [латекс]\mathbf{\overset{\to }{S}}[/латекс] и [латекс]\текст{-}\mathbf{\overset{\to }{w}}[/ латекс] не будет равным, как объясняется в разделе «Приложения законов Ньютона».

Рисунок 5.19 (a) Силы, действующие на упаковку, установленную на весах, вместе с их силами реакции. Сила [латекс]\mathbf{\overset{\to }{w}}[/латекс] — это вес упаковки (сила, обусловленная земным притяжением), а [латекс]\mathbf{\overset{\to }{ S}}[/latex] — сила весов на упаковке. (b) Изоляция системы пакет-масштаб и система пакет-Земля делает пары действия и противодействия ясными.

Пример

Подготовка к работе: выбор правильной системы

Профессор физики толкает тележку с демонстрационным оборудованием в лекционный зал (рисунок). Ее масса 65,0 кг, масса тележки 12,0 кг, масса 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 5.20 Профессор толкает тележку своим демонстрационным оборудованием. Длины стрелок пропорциональны величине сил (за исключением [латекс]\mathbf{\overset{\to}}{f}}\текст{,}[/латекс], потому что они слишком малы для масштабирования ). Система 1 подходит для этого примера, потому что она запрашивает ускорение всей группы объектов. Только [латекс] {\ mathbf {\ overset {\ to } {F}}} _ {\ text {пол}} [/ латекс] и [латекс] \ mathbf {\ overset {\ to } {f}} [/ латекс] — внешние силы, действующие на Систему 1 вдоль линии движения. Все остальные силы либо отменяют, либо воздействуют на внешний мир. Система 2 выбрана для следующего примера так, что [latex]{\mathbf{\overset{\to }{F}}}_{\text{prof}}[/latex] является внешней силой и входит во второй закон Ньютона. . Диаграммы свободного тела, которые служат основой для второго закона Ньютона, различаются в зависимости от выбранной системы.

Стратегия

Поскольку они ускоряются как единое целое, мы определяем систему как профессора, тележку и оборудование. Это Система 1 на рисунке. Профессор отталкивается назад с силой [латекс]{F}_{\text{фут}}[/латекс] в 150 Н. Согласно третьему закону Ньютона, на пол действует сила прямой реакции [латекс]{F}_{ \text{floor}}[/latex] 150 Н в Системе 1. Поскольку все движения горизонтальны, мы можем предположить, что результирующая сила в вертикальном направлении отсутствует. Следовательно, задача является одномерной в горизонтальном направлении. Как уже отмечалось, трение f противостоит движению и, таким образом, находится в направлении, противоположном [латексу] {F} _ {\ text {полу}}. [/latex] Мы не включаем силы [латекс] {F} _ {\ text { prof}}[/latex] или [latex]{F}_{\text{cart}}[/latex], потому что это внутренние силы, и мы не включаем [latex]{F}_{\text{foot} }[/latex], потому что он действует на пол, а не на систему. 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 выражением

[latex]a=\frac{{F}_{\text{net}}}{m}.[/latex]

Суммарная внешняя сила на Систему 1 из рисунка и предыдущего обсуждения следует, что

[латекс] {F} _ {\ text {net}} = {F} _ {\ text {этаж}} -f = 150 \, \ text {N} – 24,0\,\text{N}=126\,\text{N}\text{.}[/latex]

Масса системы 1 равна

[латекс]m=(65,0+12,0+7,0)\, \text{kg}=84\,\text{kg}\text{.}[/latex]

Эти значения [latex]{F}_{\text{net}}[/latex] и 9{2}. [/latex]

Значение

Ни одна из сил между компонентами Системы 1, например, между руками профессора и тележкой, не влияет на результирующую внешнюю силу, поскольку они являются внутренними по отношению к Системе 1. Другой способ обратите внимание на то, что силы между компонентами системы сокращаются, потому что они равны по величине и противоположны по направлению. Например, сила, приложенная профессором к тележке, приводит к равной и противоположной силе, действующей на профессора. В этом случае обе силы действуют на одну и ту же систему и поэтому сокращаются. Таким образом, внутренние силы (между компонентами системы) сокращаются. Выбор Системы 1 имел решающее значение для решения этой проблемы.

Пример

Сила, действующая на тележку: выбор новой системы

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

Стратегия

Если мы определим интересующую нас систему как тележку плюс оборудование (система 2 на рисунке), то чистая внешняя сила, действующая на систему 2, равна силе, которую профессор оказывает на тележку, за вычетом трения. Сила, которую она оказывает на тележку, [латекс]{F}_{\text{проф}}[/латекс], является внешней силой, действующей на Систему 2. [латекс]{F}_{\текст{проф}} [/latex] был внутренним по отношению к Системе 1, но он является внешним по отношению к Системе 2 и, таким образом, входит во второй закон Ньютона для этой системы.

Решение

Второй закон Ньютона можно использовать для нахождения [латекс]{F}_{\text{проф}}.[/латекс] Начнем с

[латекс]а=\фрак{{F}_{ \text{net}}}{m}.[/latex]

Величина чистой внешней силы, действующей на Систему 2, равна

[latex]{F}_{\text{net}}={F}_{ \text{проф}}-ф.[/латекс]

Решаем для [латекс]{Ф}_{\текст{проф}}[/латекс], искомое количество:

[латекс]{Ф}_ {\text{prof}}={F}_{\text{net}}+f.[/latex]

Значение f задано, поэтому мы должны вычислить чистый [латекс]{F}_{ \text{net}}.[/latex] Это можно сделать, потому что известны и ускорение, и масса Системы 2. Используя второй закон Ньютона, мы видим, что 9{2})=29\,\text{N}\text{. {2}[/латекс]; б. 18 Н

Просмотрите это видео, чтобы увидеть примеры действия и реакции.

Посмотрите это видео, чтобы посмотреть примеры законов Ньютона и внутренних и внешних сил.

Резюме

• Третий закон движения Ньютона представляет собой базовую симметрию в природе, с воспринимаемой силой, равной по величине и противоположной по направлению приложенной силе.
• Две равные и противоположно направленные силы не сокращаются, потому что они действуют на разные системы.
• Пары действие-реакция включают пловца, отталкивающегося от стены, вертолеты, создающие подъемную силу, толкая воздух вниз, и осьминога, продвигающегося вперед, выбрасывая воду из своего тела. Ракеты, самолеты и автомобили толкаются вперед силой реактивной тяги.
• Выбор системы — важный аналитический шаг в понимании физики проблемы и ее решении.

Концептуальные вопросы

Определите силы действия и противодействия в следующих ситуациях: (a) Земля притягивает Луну, (b) мальчик пинает футбольный мяч, (c) ракета ускоряется вверх, (d) автомобиль ускоряется вперед, ( e) прыгун в высоту прыгает, и (f) пуля стреляет из ружья.

Показать раствор

а. действие: Земля притягивает Луну, реакция: Луна притягивает Землю; б. действие: ступня прикладывает силу к мячу, реакция: мяч прикладывает силу к ступне; в. действие: ракета давит на газ, реакция: газ отталкивает ракету; д. действие: автомобильные шины отталкиваются от дороги назад, реакция: дорога отталкивает шины вперед; е. действие: прыгун давит на землю, реакция: земля давит на прыгуна; ф. действие: ружье толкает пулю вперед, реакция: пуля толкает ружье назад.

Предположим, вы держите в руке чашку кофе. Определите все силы, действующие на чашку, и реакцию на каждую силу.

(a) Почему обычная винтовка отскакивает (отбрасывает назад) при выстреле? б) Ствол безоткатного ружья открыт с обоих концов. Опишите, как действует третий закон Ньютона при увольнении. (c) Можете ли вы безопасно стоять рядом с ним, когда он стреляет?

Показать раствор

а. Винтовка (снаряд, поддерживаемый винтовкой) прилагает силу, чтобы вытолкнуть пулю; реакция на эту силу есть сила, с которой пуля действует на винтовку (снаряд) в противоположном направлении. б. В безоткатном ружье снаряд не закреплен в ружье; следовательно, по мере того, как пуля толкается вперед, гильза выталкивается из противоположного конца ствола. в. Небезопасно стоять за безоткатным орудием. 9{2}[/латекс]. а) Какова сила трения между ногами проигравшего игрока и травой? (b) Какую силу прикладывает победивший игрок к земле, чтобы двигаться вперед, если его масса плюс снаряжение составляет 110,0 кг?

Книга по истории лежит поверх книги по физике на столе, как показано ниже; также показана диаграмма свободного тела. Учебники по истории и физике весят 14 Н и 18 Н соответственно. Определите каждую силу, действующую на каждую книгу, с помощью обозначения с двойным нижним индексом (например, контактная сила книги по истории, прижимающая книгу по физике, может быть описана как [латекс] {\ mathbf {\ overset {\ to } {F}}} _ { \text{HP}}[/latex]), и определить значение каждой из этих сил, объясняя используемый процесс.

Показать решение

Поскольку вес книги по истории — это сила, с которой Земля действует на книгу по истории, мы представляем ее как [латекс] {\ mathbf {\ overset {\ to} {F}}} _ {\ text {EH}}=-14\mathbf{\hat{j}}\,\text{N}\text{.}[/latex] Помимо этого, книга по истории взаимодействует только с книгой по физике. Поскольку ускорение книги по истории равно нулю, результирующая сила, действующая на нее, равна нулю в соответствии со вторым законом Ньютона: [латекс] {\ mathbf {\ overset {\ to} {F}}} _ {\ text {PH}} + { \mathbf{\overset{\to }{F}}}_{\text{EH}}=\mathbf{\overset{\to }{0}},[/latex], где [латекс]{\mathbf{\ overset{\to}{F}}}_{\text{PH}}[/latex] — это сила, с которой книга по физике действует на книгу по истории. Таким образом, [латекс]{\mathbf{\overset{\to}}{F}}}_{\text{PH}}=\text{−}{\mathbf{\overset{\to}}{F}}}_ {\ text {EH}} = \ text {−} (-14 \ mathbf {\ hat {j}}) \, \ text {N} = 14 \ mathbf {\ hat {j}} \, \ text {N }\text{.}[/latex] Мы обнаружили, что книга по физике воздействует на книгу по истории направленной вверх силой величиной 14 Н. На книгу по физике действуют три силы: [латекс]{\mathbf{\overset{\to}}{F}}}_{\text{EP}}[/latex] из-за Земли, [латекс]{\mathbf {\overset{\to} {F}}}_{\text{HP}}[/latex] из-за книги по истории и [latex]{\mathbf{\overset{\to}}{F}}}_ {\text{DP}}[/latex] из-за рабочего стола. Поскольку книга по физике весит 18 Н, {N}\text{.}[/latex] Из третьего закона Ньютона [latex]{\mathbf{\overset{\to}}{F}}}_{\text{HP}}=\text{−}{ \mathbf{\overset{\to}}{F}}}_{\text{PH}},[/latex], так что [латекс]{\mathbf{\overset{\to}}{F}}}_{\text {HP}}=-14\mathbf{\hat{j}}\,\text{N}\text{.}[/latex] Второй закон Ньютона, примененный к книге по физике, дает [латекс]\sum \mathbf{\ overset{\to}}{F}}=\mathbf{\overset{\to}}{0}},[/latex] или [latex]{\mathbf{\overset{\to}}{F}}}_{\ текст {DP}} + {\ mathbf {\ overset {\ to} {F}}} _ {\ text {EP}} + {\ mathbf {\ overset {\ to} {F}}} _ {\ text { HP}} = \ mathbf {\ overset {\ to {0}}, [/latex], поэтому [латекс] {\ mathbf {\ overset {\ to} {F}}} _ {\ text {DP}} = \text{−}(-18\mathbf{\шляпа{j}}) – (-14\mathbf{\шляпа{j}})=32\mathbf{\шляпа{j}}\,\text{N} \text{.