Det Newtons tredje lov, også kaldet handlingslov og reaktion siger, at når et objekt udøver kraft på et andet, udøver sidstnævnte også på det førstnævnte en kraft af samme størrelse og retning og modsat retning.
Isaac Newton gjorde sine tre love kendt i 1686 i sin bog Philosophiae Naturalis Principia Mathematica o Matematiske principper for naturfilosofi.
Artikelindeks
Den matematiske formulering af Newtons tredje lov er meget enkel:
F12 = -Fenogtyve
En af kræfterne kaldes handling og den anden er reaktion. Det er dog nødvendigt at fremhæve vigtigheden af denne detalje: begge handler på forskellige objekter. De gør det også samtidigt, selvom denne terminologi fejlagtigt antyder, at handlingen sker før og reaktionen efter..
Da kræfter er vektorer, betegnes de med fed skrift. Denne ligning indikerer, at vi har to objekter: objekt 1 og objekt 2. Kraften F12 er den, der udøves af objekt 1 på objekt 2. Kraften Fenogtyve udøves af objekt 2 på objekt 1. Og tegnet (-) angiver, at de er modsatte.
Når man nøje overvåger Newtons tredje lov, observeres en vigtig forskel med de to første: mens de påberåber sig et enkelt objekt, henviser den tredje lov til to forskellige objekter.
Og er det, hvis du tænker nøje, kræver interaktioner par af objekter.
Af denne grund annullerer handlings- og reaktionskræfter ikke hinanden eller balancerer hinanden, selvom de har samme størrelse og retning, men den modsatte retning: de påføres forskellige kroppe..
Her er en meget dagligdags anvendelse af en interaktion relateret til Newtons tredje lov: en lodret faldende kugle og jorden. Bolden falder til jorden, fordi Jorden udøver en attraktiv kraft, der er kendt som tyngdekraften. Denne kraft får bolden til at falde med en konstant acceleration på 9,8 m / sto.
Imidlertid tænker næsten ingen på det faktum, at bolden også udøver en attraktiv kraft på Jorden. Naturligvis forbliver jorden uændret, fordi dens masse er meget større end kuglens og derfor oplever en ubetydelig acceleration.
Et andet bemærkelsesværdigt punkt ved Newtons tredje lov er, at kontakt mellem de to interagerende objekter ikke er nødvendig. Det fremgår af det netop nævnte eksempel: bolden har endnu ikke taget kontakt med Jorden, men den udøver ikke desto mindre sin tiltrækningskraft. Og bolden også på Jorden.
En kraft som tyngdekraften, der virker utydeligt, uanset om der er kontakt mellem objekter eller ej, kaldes en "handlingskraft på afstand". På den anden side kræver kræfter som friktion og normal, at de interagerende objekter er i kontakt, derfor kaldes de "kontaktkræfter".
Når vi vender tilbage til paret objektkugle - Jorden, vælger indekserne P for kuglen og T for jorden og anvender Newtons anden lov på hver deltager i dette system, opnår vi:
Fresulterer = m.til
Den tredje lov siger, at:
mPtilP = - mTtilT
tilP = 9,8 m / sto rettet lodret nedad. Da denne bevægelse forekommer i den lodrette retning, kan vektornotationen (fed) undlades; og vælge den opadgående retning så positiv og nedad som negativ, har vi:
tilP = 9,8 m / sto
mT ≈ 6 x 10 24 Kg
Uanset boldens masse er jordens acceleration nul. Derfor observeres det, at bolden falder mod Jorden og ikke omvendt..
Raketter er et godt eksempel på anvendelse af Newtons tredje lov. Raketten vist på billedet i starten stiger takket være fremdrift af varme gasser ved høj hastighed.
Mange mener, at dette sker, fordi disse gasser på en eller anden måde "læner" sig på atmosfæren eller på jorden for at støtte og fremdrive raketten. Det fungerer ikke sådan.
Ligesom raketten udøver kraft på gasserne og uddriver dem baglæns, udøver gasserne en kraft på raketten, som har samme modul, men i modsat retning. Denne kraft er det, der giver raketten sin opadgående acceleration.
Hvis du ikke har en sådan raket ved hånden, er der andre måder at kontrollere, at Newtons tredje lov fungerer for at give fremdrift. Der kan bygges vandraketter, hvor det nødvendige tryk tilvejebringes af det vand, der udstødes ved hjælp af en trykgas..
Det skal bemærkes, at opstart af en vandraket tager tid og kræver mange forholdsregler.
En mere overkommelig og øjeblikkelig måde at kontrollere effekten af Newtons tredje lov er ved at sætte et par skøjter på og køre dig selv mod en mur..
For det meste er evnen til at udøve kraft forbundet med objekter, der er i bevægelse, men sandheden er, at immobile objekter også kan udøve kræfter. Skateren skubbes bagud takket være den kraft, som den ubevægelige væg udøver på ham.
Overfladerne i kontakt udøver (normale) kontaktkræfter med hinanden. Når en bog hviler på et vandret bord, udøver den en lodret kraft kaldet normal på den. Bogen udøver på bordet en lodret kraft med samme numeriske værdi og modsat retning.
Børn og voksne kan let opleve Newtons tredje lov og kontrollere, at handlings- og reaktionskræfterne ikke ophæver hinanden og er i stand til at give bevægelser..
To skatere på isen eller på en meget glat overflade kan drive hinanden og opleve bevægelser i den modsatte retning, uanset om de har den samme masse eller ej, takket være handlingsloven og reaktionen.
Overvej to skatere med helt forskellige masser. De er midt i en isbane med ubetydelig friktion og er oprindeligt i ro. På et givet øjeblik skubber de hinanden ved at anvende konstant kraft med håndfladerne. Hvordan vil de begge bevæge sig?
Det er vigtigt at bemærke, at da det er en friktionsfri overflade, er de eneste ubalancerede kræfter de kræfter, som skatere anvender på hinanden. Selvom vægten og den normale indvirkning på begge, balancerer disse kræfter, ellers ville skatere accelere i lodret retning.
Newtons tredje lov siger, at:
F12 = -Fenogtyve
Det vil sige, at den kraft, der udøves af skater 1 på 2, er lig med størrelsen som den, der udøves af 2 på 1, med samme retning og modsat retning. Bemærk, at disse kræfter påføres forskellige objekter på samme måde, som kræfterne blev påført bolden og Jorden i det foregående begrebsmæssige eksempel..
m1 til1 = -mto tilto
Da kræfterne er modsatte, vil de accelerationer, de forårsager, også være modsatte, men deres størrelser vil være forskellige, da hver skater har en anden masse. Lad os se på den acceleration, som den første skater har opnået:
Så den bevægelse, der sker derefter, er adskillelsen af begge skatere i modsatte retninger. I princippet var skøjterne i ro midt på banen. Hver udøver en kraft på den anden, der giver acceleration, så længe hænderne er i kontakt, og skubben varer.
Derefter bevæger sig skatere sig væk fra hinanden med ensartet retlinjet bevægelse, da ubalancerede kræfter ikke længere virker. Hastigheden på hver skater vil være forskellig, hvis deres masse også er.
For at løse problemer, hvor Newtons love skal anvendes, er det nødvendigt omhyggeligt at trække de kræfter, der virker på objektet. Denne tegning kaldes et "fritlegemsdiagram" eller et "isoleret legemsdiagram." De kræfter, som kroppen udøver på andre genstande, skal ikke vises i dette diagram..
Hvis der er mere end et objekt involveret i problemet, er det nødvendigt at tegne et fritlegemsdiagram for hvert af objekterne, idet man husker at handlingsreaktionsparene virker på forskellige kroppe..
1- Skaterne i det foregående afsnit har respektive masser m1 = 50 kg og mto = 80 kg. De skubber hinanden med en konstant kraft på 200 N. Pushet varer i 0,40 sekunder. Finde:
a) Den acceleration, som hver skater får takket være stød.
b) Hastigheden for hver i, når de adskilles
a) Tag den positive vandrette retning som går fra venstre mod højre. Ved at anvende Newtons anden lov med de værdier, der er angivet i erklæringen, har vi:
Fenogtyve = m1til1
Hvorfra:
For den anden skater:
b) For at beregne den hastighed, de bærer lige ved adskillelse, anvendes de kinematiske ligninger af ensartet accelereret retlinet bevægelse:
Den indledende hastighed er 0, da de var i ro midt på sporet:
vF = kl
vf1 = a1t = -4 m / sto . 0,40 s = -1,6 m / s
vf2 = atot = +2,5 m / sto . 0,40 s = +1 m / s
Som forventet opnår person 1, som er lettere, større acceleration og dermed større hastighed. Bemærk nu følgende om masseproduktet og hastigheden for hver skater:
m1 v1 = 50 kg. (-1,6 m / s) = - 80 kg.m / s
mto vto = 80 kg. 1 m / s = +80 kg.m / s
Summen af begge produkter er 0. Produktet af masse og hastighed kaldes momentum P. Det er en vektor med samme retning og hastighedsfølelse. Når skatere var i ro og deres hænder var i kontakt, kunne det antages, at de dannede det samme objekt, hvis momentum var:
Peller = (m1 +mto) veller = 0
Efter afslutningen af skubbe forbliver skøjtesystemets bevægelse 0. Derfor bevares bevægelsesmængden.
Walking er en af de mest daglige handlinger, der kan udføres. Hvis det observeres omhyggeligt, kræves det, at gåningen skubber foden mod jorden, så den returnerer en lige og modsat kraft på rullatorens fod..
Det er netop den kraft, der giver folk mulighed for at gå. Under flyvning udøver fuglene kraft på luften, og luften skubber vingerne, så fuglen driver sig fremad.
I en bil udøver hjulene kræfter på fortovet. Takket være fortovets reaktion udøver den kræfter på de dæk, der driver bilen fremad.
I sport er handlingskræfterne og reaktionerne mange og har en meget aktiv deltagelse.
Lad os for eksempel se atleten med foden hvile på en startblok. Blokken giver en normal kraft som reaktion på det skub, som atleten udøver på den. Resultatet af dette normale og løberens vægt resulterer i en vandret kraft, der gør det muligt for atleten at køre sig fremad..
Et andet eksempel, hvor Newtons tredje lov er til stede, er brandmænd, der holder brandslanger. Enden på disse store slanger har et håndtag på dysen, som brandmanden skal holde, når vandstrålen kommer ud, for at undgå tilbagespolingen, der opstår, når vandet suser.
Af samme grund er det praktisk at binde bådene til kajen, inden de forlader dem, for når der skubbes for at nå kajen, tilvejebringes en styrke til båden, der flytter den væk fra den..
Endnu ingen kommentarer