Третий закон Ньютона

Введение

Когда два тела взаимодействуют, одно воздействует на другое, а второе, в свою очередь, оказывает ответное действие. Эти явления хорошо наблюдаются в повседневной жизни: при отталкивании от стены, при езде на велосипеде или при стрельбе из ружья. Третий закон Ньютона описывает эти взаимодействия, связывая силы, действующие между телами, с их массами и ускорениями.

Понимание третьего закона помогает объяснять движение тел при столкновениях, работу двигателей, силу тяги и реакции опоры. В этой статье рассматриваются опыт по взаимодействию тел, отношение ускорений и масс, свойства сил, а также формулировка третьего закона Ньютона.

Опыт по взаимодействию тел

Одним из простых опытов, демонстрирующих третий закон Ньютона, является использование два катящихся тележки с пружинами.

Опыт:

• Две тележки соединяют сжатой пружиной.

• При разжатии пружины тележки разъезжаются в противоположные стороны.

Наблюдение:

• Обе тележки получают ускорение одновременно, но в противоположные стороны.

• Тела разлетаются с разными скоростями, если их массы различны.

Вывод:

• Сила, с которой одна тележка действует на другую, равна по величине силе, с которой вторая тележка действует на первую, но направлена в противоположную сторону.

Отношение ускорений и масс взаимодействующих тел

Согласно третьему закону Ньютона:

​

где:

•  — сила, с которой тело 1 действует на тело 2

•  — сила, с которой тело 2 действует на тело 1

Если оба тела движутся в ответ на силы, их ускорения связаны соотношением:

​​

где ​ и  — массы тел, ​ и ​ — ускорения.

Пример:

• Масса тележки 1 — 2 кг, масса тележки 2 — 4 кг.

• При разжатии пружины ускорение первой тележки , тогда ускорение второй тележки:

Свойства сил, с которыми взаимодействуют тела

Силы, описываемые третьим законом Ньютона, имеют следующие свойства:

1. Парность: силы всегда возникают парами.

2. Противоположность направлений: силы направлены в противоположные стороны вдоль линии, соединяющей тела.

3. Равенство по величине: сила одного тела равна по величине силе другого.

Примеры:

• При ударах мячей друг о друга силы равны и противоположны.

• Парусник получает силу ветра, а ветер испытывает противодействие со стороны паруса.

• Земля притягивает яблоко силой тяжести, а яблоко притягивает Землю такой же по величине силой в противоположном направлении.

Третий закон Ньютона

Формулировка:

На каждое действие существует равное и противоположное противодействие.

То есть, если тело А действует на тело В с определенной силой, тело В одновременно действует на тело А с такой же по величине силой, но в противоположном направлении.

Применение закона:

• При отталкивании от стены человек движется в противоположную сторону.

• При стрельбе пуля получает ускорение вперед, а ружье — отдачу назад.

• При плавании гребок воды создает силу, а вода воздействует на гребца противодействующей силой, позволяя двигаться вперед.

Вопросы для самопроверки

1. Сформулируйте третий закон Ньютона своими словами.

2. Что показывает опыт с тележками и пружиной?

3. Как соотносятся силы взаимодействующих тел по величине и направлению?

4. Как связаны ускорения тел с их массами при взаимодействии?

5. Приведите примеры действия третьего закона в повседневной жизни.

6. Почему силы, действующие на разные тела, не взаимоуничтожаются?

7. Какие свойства имеют силы, описываемые третьим законом Ньютона?

8. Почему при стрельбе ощущается отдача?

9. Как третий закон Ньютона объясняет движение парусника?

10. Можно ли наблюдать третий закон Ньютона в неинерциальной системе отсчета? Почему?