ЊУТНОВ ТРЕЋИ ЗАКОН: ПРИМЕНЕ, ЕКСПЕРИМЕНТИ И ВЕЖБЕ - ФИЗИЧКИ - 2025

Трећи закон оф Невтон , такође назива акције и реакције закона каже да када испољава објекта приморавају на другом, потоња такође испољава на првој сила једнаке величине и правца и са супротном правцу.

Исаац Невтон је своја три закона објавио 1686. године у својој књизи Пхилосопхиае Натуралис Принципиа Матхематица или Математички принципи природне филозофије.

Свемирска ракета добија потребан погон захваљујући избаченим гасовима. Извор: Пикабаи.

Објашњење и формуле

Математичка формулација Невтоновог трећег закона је врло једноставна:

Ф ₁₂ = - Ф ₂₁

Једна од сила назива се акција, а друга реакција. Међутим, потребно је нагласити важност овог детаља: оба делују на различите предмете. Они то раде истовремено, мада та терминологија погрешно сугерише да се акција дешава пре и реакција после.

Пошто су силе вектори, оне се означавају подебљано. Ова једначина указује да имамо два објекта: објект 1 и објект 2. Сила Ф ₁₂ је сила коју објект 1 врши на објект 2. Сила Ф ₂₁ врши се објектом 2 на објект 1. И знак (-) означава да су супротни.

Пажљивим посматрањем Невтоновог трећег закона, уочава се важна разлика са прва два: док они призивају један објект, трећи закон се односи на два различита објекта.

А је ли то ако добро размислите, за интеракцију су потребни пар објеката.

Због тога се акције и реакционе снаге не поништавају, нити се уравнотежују, иако имају исту величину и правац, али супротан смер: примењују се на различита тела.

Апликације

Међусобна интеракција лопта-земља

Ево врло свакодневне примене интеракције која се односи на Њутнов трећи закон: вертикално падајућа кугла и земља. Лопта пада на земљу јер Земља делује привлачно, што је познато и као гравитација. Ова сила узрокује пад лопте константним убрзањем од 9,8 м / с ² .

Међутим, једва да ико помисли на чињеницу да лопта такође делује привлачно на Земљи. Наравно, земља остаје непромењена, јер је њена маса много већа од масе куглице и зато доживљава занемарљиво убрзање.

Још једна запажена ствар око Невтоновог трећег закона је да контакт између два интерактивна објекта није потребан. То је видљиво из управо наведеног примера: лопта још увек није ступила у контакт са Земљом, али свеједно показује своју привлачност. И лопта такође на Земљи.

Сила као што је гравитација, која нејасно делује да ли постоји контакт између предмета или не, назива се „сила деловања на даљину“. С друге стране, силе попут трења и нормалне захтевају да интерактивни објекти буду у контакту, због чега се називају "контактним силама".

Формуле узете из примера

Враћајући се на куглу од два предмета - Земља, одабиром индекса П за лопту и Т за земљу и применом Њутоновог другог закона на сваког учесника у овом систему, добијамо:

_{Резултат} Ф = м. до

Трећи закон каже да:

м _П а _П = - м _Т а _Т

а _П = 9,8 м / с ² усмерен вертикално према доле. Пошто се ово кретање одвија дуж вертикалног смера, векторска нотација (подебљана) може се изоставити; и одабирејући смер према горе као позитиван, а негативан као негативан, имамо:

а _П = 9,8 м / с ²

м _Т ≈ 6 к 10 ²⁴ кг

Без обзира на масу кугле, убрзање Земље је нула. Зато се примећује да лопта пада ка Земљи, а не обрнуто.

Операција ракете

Ракете су добар пример примене Невтоновог трећег закона. Ракета приказана на слици на почетку се подиже захваљујући покретању врућих гасова великом брзином.

Многи верују да се то дешава зато што се ови гасови некако „наслањају“ на атмосферу или на земљу да би подржали и покренули ракету. Не функционира тако.

Баш као што ракета врши силу на гасове и избацује их назад, гасови врше силу на ракету, која има исти модул, али супротан смер. Та сила је оно што ракети даје убрзање према горе.

Ако немате такву ракету у руци, постоје и други начини за проверу да ли Невтон-ов Трећи закон делује на обезбеђивање погона. Могу се направити ракете за воду у којима се потребан потисак обезбеђује водом која се избацује помоћу гаса под притиском.

Треба напоменути да је за лансирање ракете воде потребно време и захтева доста мера предострожности.

Употреба клизаљки

Приступачнији и непосреднији начин да се тестира ефекат Невтоновог трећег закона је постављање клизаљки и ударање уза зид.

Већину времена способност активирања силе повезана је са предметима који се крећу, али истина је да непокретни предмети такође могу да излажу силе. Клизач се покреће уназад захваљујући сили коју непокретан зид делује на њега.

Површине у контакту делују (нормалне) силе међусобно. Када се књига одмара на хоризонталном столу, она на њу врши вертикалну силу која се назива нормалном. Књига врши на стол вертикалну силу исте нумеричке вредности и супротног смера.

Експеримент за децу: клизачи

Дјеца и одрасли могу лако искусити Невтонов трећи закон и провјерити да снаге акције и реакције не престају и да су способне да осигурају покрете.

Два клизача на леду или на врло глаткој површини могу се покретати и доживљавати покрете у супротном смеру, без обзира да ли имају исту масу или не, захваљујући закону акције и реакције.

Размотримо два клизача са прилично различитим масама. Налазе се усред клизалишта са занемаривим трењем и у почетку су у мировању. У датом тренутку гурају једно друго примењујући сталну силу длановима руку. Како ће се обоје кретати?

Двојица клизача постављају се усред клизалишта. Извор: Бењамин Цровелл (корисник Википедије бцровелл)

Важно је напоменути да, пошто је површина без трења, једине неуравнотежене силе су силе које клизачи примењују једни према другима. Иако тежина и нормално дјелују на обје, ове снаге уравнотежују, иначе би клизачи убрзавали у вертикалном смјеру.

Формуле примењене у овом примеру

Њутнов трећи закон каже да:

Ф ₁₂ = - Ф ₂₁

Односно, сила коју клизач има 1 на 2 једнака је величини од оне коју има 2 на 1, у истом смеру и супротном смеру. Имајте на уму да су ове силе примењене на различите предмете, на исти начин као што су силе биле примењене на лопту и Земљу у претходном концептуалном примеру.

м ₁ до ₁ = -м ₂ до ₂

Пошто су силе супротне, убрзања која изазивају такође ће бити супротна, али њихове величине ће бити различите, јер сваки клизач има различиту масу. Погледајмо убрзање првог клизача:

Дакле, покрет који се догоди следеће је одвајање оба клизача у супротним смеровима. У принципу, клизачи су се одмарали на средини стазе. Свака снага делује на другу која омогућава убрзање све док су руке у контакту и потисак траје.

Након тога, клизачи се удаљавају једни од других равномерним правоугаоним покретом, јер неуравнотежене снаге више не делују. Брзина сваког клизача ће бити различита ако су и њихове масе.

Вежба решена

Да би се решили проблеми у којима се морају примењивати Њутонови закони, потребно је пажљиво нацртати силе које делују на објект. Овај цртеж назива се "дијаграм слободног тела" или "дијаграм изолованог тела". На овом дијаграму не треба приказивати силе које тело врши на друге предмете.

Ако је у проблему укључено више објеката, потребно је за сваки објект нацртати дијаграм слободног тела, памтивши да парови акције и реакције делују на различита тела.

а) Убрзање које сваки клизач постиже захваљујући притиску.

б) брзина сваког од њих када се раздвајају

Решење

а) Крените у позитивном хоризонталном правцу са леве на десно. Примјењујући Невтонов други закон са вриједностима које нам пружа изјава:

Ф ₂₁ = м ₁ до ₁

Одакле:

За другог клизача:

б) Кинематичке једнаџбе равномерно убрзаног правокутног кретања користе се за израчунавање брзине коју носе баш док се раздвајају:

Почетна брзина је 0, јер су били у мировању на средини стазе:

в _ф = ат

в _ф1 = а ₁ т = -4 м / с ² . 0,40 с = -1,6 м / с

в _ф2 = а ₂ т = +2,5 м / с ² . 0,40 с = +1 м / с

Резултати

Као што се и очекивало, особа 1 лакша постиже веће убрзање и самим тим већу брзину. Сада приметите следеће о производу масе и брзине сваког клизача:

м ₁ в ₁ = 50 кг. (-1.6 м / с) = - 80 кг.м / с

м ₂ в ₂ = 80 кг. 1 м / с = +80 кг.м / с

Збир оба производа је 0. Производ масе и брзине назива се момент П. То је вектор са истим смером и осећајем брзине. Кад су клизачи били у мировању и руке су биле у контакту, могло би се претпоставити да су формирали исти објекат чији је замах био:

П _о = (м ₁ + м ₂ ) в _о = 0

Након завршетка притиска, количина покрета система за клизање остаје 0. Стога се количина кретања сачува.

Примјери Невтоновог трећег закона у свакодневном животу

Ходати

Ходање је једна од најчешће свакодневних акција која се може извести. Ако се пажљиво посматра, акција ходања захтева да притиснете стопало о земљу, тако да враћа једнаку и супротну силу на стопало шетача.

Док ходамо, стално примењујемо Невтонов трећи закон. Извор: Пикабаи.

Управо та сила омогућава људима да ходају. У лету птице врше силу на ваздух, а ваздух гура крила тако да се птица сама креће напред.

Кретање аутомобила

У аутомобилу, точкови врше силу на коловоз. Захваљујући реакцији колника, он врши снагу на гумама које гурају аутомобил напред.

Спорт

У спорту су снаге акције и реакције бројне и врло активно учествују.

На пример, да видимо спортисте како стопало одмара на стартном блоку. Блок пружа нормалну силу као реакцију на притисак који спортиста врши на њега. Резултат ове нормалне тежине и тежине тркача резултирају хоризонталном силом која омогућава спорташу да се крене напред.

Спортиста користи стартни блок да би додао замах на старту. Извор: Пикабаи.

Протупожарна црева

Други пример у коме је присутан трећи закон Њутана је у ватрогасцима који држе ватрогасна црева. Крај ових великих црева има дршку на млазници коју ватрогасац мора држати када млаз воде изађе, како би се избегло поврата која настаје када вода истјече ван.

Из истог разлога, прикладно је везати чамце за пристаниште пре него што их напусте, јер притиском на себе да пристану брод, пружа се снага чамцу која га одмакне од њега.

Референце

1. Гианцоли, Д. 2006. Физика: принципи примјене. Шесто издање. Прентице Халл. 80 - 82.
2. Рек, А. 2011. Основе физике. Пеарсон. 73 - 75.
3. Типлер, П. 2010. Физика. Свезак 1. Пето издање. Редакција Реверте. 94 - 95.
4. Стерн, Д. 2002. Од астронома до свемирских бродова. Преузето са: пвг.гсфц.наса.гов.