Trzecie prawo Newtona: wyjaśnienie, zastosowania, eksperymenty i ćwiczenia

Trzecie prawo Newtona, zwane także prawem działania i reakcji, stwierdza, że ​​gdy jeden obiekt wywiera siłę na drugą, ten drugi wywiera na pierwszą siłę o równej wielkości i kierunku oraz w przeciwnym kierunku.

Izaak Newton przedstawił swoje trzy prawa znane w 1686 r. W swojej książce Philosophiae Naturalis Principia Mathematica lub Mathematical Principles of Natural Philosophy.

Tak więc ruch, który następuje dalej, to rozdzielenie obu łyżwiarzy w przeciwnych kierunkach. W zasadzie łyżwiarze odpoczywali na środku toru. Każdy z nich wywiera siłę na drugą, która zapewnia przyspieszenie, podczas gdy ręce pozostają w kontakcie i trwa pchnięcie.

Następnie łyżwiarze odsuwają się od siebie z jednolitym ruchem prostoliniowym, ponieważ niezrównoważone siły już nie działają. Prędkość każdego łyżwiarza będzie inna, jeśli ich masy również się różnią.

Zdecydowane ćwiczenie

Aby rozwiązać problemy, w których muszą być zastosowane prawa Newtona, należy ostrożnie narysować siły działające na obiekt. Ten rysunek nazywa się „diagramem swobodnego ciała” lub „diagramem pojedynczego ciała”. Diagram ten nie powinien pokazywać sił, jakie ciało wywiera na inne obiekty.

Jeśli w problem zaangażowany jest więcej niż jeden obiekt, konieczne jest narysowanie diagramu wolnego ciała dla każdego obiektu, pamiętając, że pary reakcji na działanie działają na różnych ciałach.

1- Łyżwiarze z poprzedniego odcinka mają odpowiednie masy m 1 = 50 kg i m 2 = 80 kg. Naciskają się na siebie ze stałą siłą 200 N. Ciąg trwa przez 0, 40 sekundy. Znajdź:

a) Przyspieszenie, które każdy łyżwiarz uzyskuje dzięki pchnięciu.

b) Prędkość każdego z nich, gdy się rozdzielają

Rozwiązanie

a) Weź jako poziomy kierunek dodatni ten, który biegnie od lewej do prawej. Stosując drugie prawo Newtona z wartościami podanymi przez stwierdzenie mamy:

Dla drugiego łyżwiarza:

b) Aby obliczyć prędkość, którą biorą tylko do oddzielenia kinematycznych równań równomiernie przyspieszonego ruchu prostoliniowego:

Początkowa prędkość wynosi 0, ponieważ znajdowali się w spoczynku w środku utworu:

v f = at

v f1 = a 1 t = -4 m / s2. 0, 40 s = -1, 6 m / s

v f2 = a 2 t = +2, 5 m / s2. 0, 40 s = +1 m / s

Wyniki

Zgodnie z oczekiwaniami osoba 1, która ma być lżejsza, uzyskuje większe przyspieszenie, a zatem większą prędkość. Teraz obserwuj następujące informacje o produkcie ciasta według prędkości każdego łyżwiarza:

m 1 v 1 = 50 kg. (-1, 6 m / s) = - 80 kg.m / s

m 2 v 2 = 80 kg. 1 m / s = +80 kg.m / s

Suma obu produktów wynosi 0. Produkt masy według prędkości nazywany jest wielkością ruchu P. Jest to wektor o tym samym kierunku i sensie prędkości. Kiedy łyżwiarze odpoczywali, a ich ręce były w kontakcie, można było przypuszczać, że tworzyli ten sam obiekt, którego ruch był:

P o = (m 1 + m 2 ) v o = 0

Po zakończeniu pchnięcia, ruch systemu łyżwiarzy jest nadal równy 0. Dlatego ilość ruchu zostaje zachowana.

Przykłady trzeciego prawa Newtona w życiu codziennym

Chodzić

Chodzenie jest jednym z najbardziej codziennych działań, które można wykonać. W przypadku starannego obserwowania działanie chodzenia wymaga popchnięcia stopy o ziemię, tak aby zwróciła równą i przeciwną siłę na stopę piechura.

To właśnie ta siła pozwala ludziom chodzić. Podczas lotu ptaki wywierają siłę na powietrze, a powietrze popycha skrzydła, aby ptak został popchnięty do przodu.

Ruch samochodu

W samochodzie koła wywierają siły na chodnik. Dzięki reakcji nawierzchni wywiera to wpływ na siły opon, które napędzają samochód do przodu.

Sport

W praktyce sportowej siły działania i reakcji są liczne i mają bardzo aktywny udział.

Na przykład, zobaczmy, że sportowiec ze stopą spoczywa na bloku startowym. Blok zapewnia normalną siłę w reakcji na nacisk, jaki wywiera na niego sportowiec. Wynik tego normalnego i ciężaru biegacza powoduje poziomą siłę, która pozwala sportowcowi pchnąć do przodu.

Węże pożarnicze

Inny przykład, w którym obecne jest trzecie prawo Newtona, to strażacy trzymający węże pożarnicze. Koniec tych dużych węży ma uchwyt na dyszy, który strażak powinien trzymać, gdy wypłynie strumień wody, aby uniknąć odrzutu, który występuje, gdy woda wypływa z pełną prędkością.

Z tego samego powodu wygodnie jest przywiązać łodzie do doku przed ich opuszczeniem, ponieważ podczas jazdy do doku łódź otrzymuje siłę, która odsuwa ją od niej.