Permohonan, eksperimen dan latihan undang -undang ketiga Newton

The Undang -undang Ketiga Newton, juga dipanggil Undang -undang Tindakan dan Reaksi Dia menegaskan bahawa apabila objek menimbulkan kekuatan ke atas yang lain, yang terakhir juga menimbulkan kekuatan yang pertama dengan magnitud dan arah yang sama dan akal yang bertentangan.

Isaac Newton mengeluarkan tiga undang -undangnya pada tahun 1686 dalam bukunya Philosophiae Naturalis Principia Mathematica atau prinsip matematik falsafah semulajadi.

Roket Angkasa menerima pendorong yang diperlukan terima kasih kepada gas yang dikeluarkan. Sumber: Pixabay.

[TOC]

Penjelasan dan Formula

Perumusan matematik undang -undang ketiga Newton sangat mudah:

F₁₂ = -F_{dua puluh satu}

Salah satu kuasa dipanggil tindakan Dan yang lain adalah tindak balas. Walau bagaimanapun, adalah perlu untuk menyerlahkan kepentingan perincian ini: kedua -duanya bertindak pada objek yang berbeza. Mereka juga melakukannya secara serentak, walaupun istilah ini salah menunjukkan bahawa tindakan itu berlaku sebelum dan reaksi selepas.

Oleh kerana daya adalah vektor, mereka ditunjukkan dengan berani. Persamaan ini menunjukkan bahawa terdapat dua objek: objek 1 dan objek 2. Kekuatan F₁₂ Ia adalah yang menjalankan objek 1 pada objek 2. Kekuatan F_{dua puluh satu} dilaksanakan oleh objek 2 pada objek 1. Dan tanda (-) menunjukkan bahawa mereka menentang.

Apabila memerhatikan undang -undang ketiga Newton dengan teliti, terdapat perbezaan penting dengan dua yang pertama: sementara mereka memohon satu objek, undang -undang ketiga merujuk kepada dua objek yang berbeza.

Dan jika anda berfikir dengan teliti, interaksi memerlukan pasangan objek.

Itulah sebabnya daya tindakan dan tindak balas tidak dibatalkan atau seimbang, walaupun mereka mempunyai magnitud dan arah yang sama, tetapi sebaliknya: mereka digunakan di badan yang berbeza.

Aplikasi

Interaksi Bola - Bumi

Berikut adalah aplikasi yang sangat harian mengenai interaksi yang berkaitan dengan undang -undang ketiga Newton: bola yang jatuh secara menegak dan bumi. Bola jatuh ke tanah kerana bumi menimbulkan daya tarikan, yang dikenali sebagai graviti. Daya ini menyebabkan bola jatuh dengan pecutan berterusan 9.8 m/s².

Walau bagaimanapun, hampir tidak ada yang menganggap hakikat bahawa bola juga menimbulkan daya tarikan di bumi. Sudah tentu bumi tetap tidak dapat diubah, kerana jisimnya jauh lebih besar daripada bola dan oleh itu mengalami pecutan yang hina.

Satu lagi isu penting mengenai undang -undang ketiga Newton adalah bahawa hubungan antara kedua -dua objek yang berinteraksi tidak perlu. Ia jelas dengan contoh yang baru saja disebut: bola masih tidak bersentuhan dengan bumi, tetapi ia juga menjalankan tarikannya. Dan bola di bumi juga.

Kekuatan sebagai graviti, yang bertindak secara bergantian baik jika ada hubungan antara objek seolah -olah tidak ada nama "kekuatan tindakan jarak". Sebaliknya daya seperti geseran dan normal, mereka memerlukan objek yang berinteraksi bersentuhan, jadi mereka dipanggil "daya hubungan".

Formula yang diekstrak dari contohnya

Kembali ke beberapa objek bola - Bumi, memilih kadar P untuk bola dan T untuk bumi dan memohon undang -undang kedua Newton kepada setiap peserta dalam sistem ini diperolehi:

Ia boleh melayani anda: Pembolehubah Diskret: Ciri dan Contoh

F_Hasilnya = m.ke

Undang -undang ketiga menyatakan bahawa:

m_Pke_P = - m_Tke_T

ke_P = 9.8 m/s² diarahkan secara menegak. Oleh kerana pergerakan ini berlaku di sepanjang arah menegak dapat dibekalkan dengan notasi vektor (BOLD); Dan memilih arahnya sebagai positif dan ke bawah sebagai negatif, anda mempunyai:

ke_P = 9.8 m/s²

m_T ≈ 6 x 10 ²⁴ Kg

Tidak kira jisim bola, pecutan bumi adalah sifar. Itulah sebabnya diperhatikan bahawa bola jatuh ke arah bumi dan bukan sebaliknya.

Operasi roket

The Rockets merupakan contoh yang baik untuk permohonan undang -undang ketiga Newton. Roket yang ditunjukkan dalam imej pada mulanya meningkat terima kasih kepada pendorong gas panas pada kelajuan tinggi.

Ramai yang percaya bahawa ini berlaku kerana gas -gas ini entah bagaimana "menyokong" atmosfera atau di lapangan untuk menyokong dan menolak roket. Ia tidak berfungsi seperti itu.

Apabila roket menghasilkan kekuatan pada gas dan mengeluarkannya kembali, gas menghasilkan daya pada roket, yang mempunyai modul yang sama, tetapi arah yang bertentangan. Daya ini adalah yang menyediakan roket dengan pecutannya.

Sekiranya anda tidak mempunyai roket ini dengan tangan, ada cara lain untuk mengesahkan bahawa undang -undang ketiga Newton berfungsi untuk memberikan pendorong. Roket air boleh dibina, di mana teras yang diperlukan ditawarkan oleh air setiap tekanan gas.

Harus diingat bahawa permulaan roket air memerlukan masa dan memerlukan banyak langkah berjaga -jaga.

Penggunaan kasut

Cara yang lebih berpatutan dan segera untuk mengesahkan kesan undang -undang ketiga Newton meletakkan beberapa kasut dan mempromosikan dinding.

Kebanyakan masa keupayaan untuk berkuat kuasa dengan objek yang bergerak dikaitkan, tetapi kebenarannya adalah objek yang tidak bergerak juga dapat menghasilkan kekuatan. Skater itu didorong kembali terima kasih kepada kekuatan yang tidak bergerak di atasnya.

Permukaan hubungan mengerahkan daya hubungan (normal) antara satu sama lain. Apabila buku disokong pada jadual mendatar, ia menghasilkan daya menegak biasa di atasnya. Buku ini menggunakan meja dengan kekuatan menegak dengan nilai berangka yang sama dan akal yang bertentangan.

Eksperimen Kanak -kanak: Skaters

Kanak -kanak dan orang dewasa boleh mengalami undang -undang ketiga Newton dan mengesahkan bahawa tindakan dan daya tindak balas tidak dibatalkan dan dapat memberikan pergerakan.

Dua skater di atas ais atau di permukaan yang sangat licin dapat digerakkan masing -masing.

Pertimbangkan dua skaters dengan adunan yang agak berbeza. Mereka berada di tengah -tengah gelanggang ais dengan geseran yang hina dan pada mulanya berehat. Seketika mereka mendorong satu sama lain memohon kekuatan berterusan dengan telapak tangan tangan. Bagaimana kedua -duanya akan bergerak?

Boleh melayani anda: mengimbangi vektor: pengiraan, contoh, latihanDua skaters digerakkan di tengah -tengah gelanggang ais. Sumber: Benjamin Crowell (Wikipedia User Bcrowell) [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0/]]

Penting untuk menekankan bahawa kerana ia adalah permukaan tanpa geseran, satu -satunya kuasa tidak seimbang adalah kekuatan yang skaters memohon antara satu sama lain. Walaupun berat dan tindakan normal pada kedua -dua mereka, daya ini seimbang, dari apa yang skaters akan mempercepatkan ke arah menegak.

Formula yang digunakan dalam contoh ini

Undang -undang ketiga Newton menyatakan bahawa:

F₁₂ = -F_{dua puluh satu}

Iaitu, daya yang dikenakan oleh Skater 1 pada 2, adalah sama dengan magnitud yang mana 2 menggunakan pada 1, dengan arah yang sama dan arah yang bertentangan. Perhatikan bahawa daya ini digunakan untuk objek yang berbeza, dengan cara yang sama bahawa kuasa berada di atas bola dan bumi dalam contoh konseptual sebelumnya.

m₁ ke₁ = -m₂ ke₂

Oleh kerana kekuatan bertentangan, pecutan yang menyebabkan juga akan, tetapi magnitud mereka akan berbeza, kerana setiap skater mempunyai jisim yang berbeza. Mari lihat percepatan yang diperoleh oleh skater pertama:

Sekiranya jisim skater pertama lebih besar daripada yang kedua, pecutannya akan lebih rendah. Ini diharapkan kerana ia mempunyai inersia yang lebih besar. Skater paling ringan memperoleh pecutan yang lebih besar. Sekiranya massa adalah sama, pecutan juga akan.

Jadi pergerakan yang berlaku di bawah adalah pemisahan kedua -dua skaters dalam deria bertentangan. Pada dasarnya skaters berada di tengah -tengah trek. Masing -masing menimbulkan daya pada yang lain yang memberikan pecutan sementara tangan bersentuhan dan teras berlangsung.

Selepas itu skaters bergerak dari satu sama lain dengan pergerakan rectilinear seragam, dengan tidak bertindak tidak seimbang. Kelajuan setiap skater akan berbeza jika massa mereka juga.

Latihan diselesaikan

Untuk menyelesaikan masalah di mana undang -undang Newton mesti digunakan, perlu dengan teliti menarik kuasa yang bertindak pada objek tersebut. Lukisan ini dipanggil "rajah badan percuma" atau "rajah badan terpencil". Dalam rajah ini, daya yang dilakukan oleh badan pada objek lain yang tidak boleh ditunjukkan.

Sekiranya terdapat lebih daripada satu objek yang terlibat dalam masalah ini, perlu.

1- Skaters bahagian sebelumnya mempunyai massa masing-masing m₁ = 50 kg dan m₂ = 80 kg. Mereka mendorong satu sama lain dengan kekuatan tetap 200 n. Teras mempunyai tempoh 0.40 saat. Cari:

a) pecutan yang diperoleh oleh setiap skater terima kasih kepada tujahan.

b) kelajuan masing -masing apabila mereka memisahkan

Penyelesaian

a) Ambil sebagai alamat positif mendatar yang pergi dari kiri ke kanan. Memohon undang -undang kedua Newton dengan nilai yang disediakan oleh pernyataan adalah:

F_{dua puluh satu} = m₁ke₁

Dari mana:

Untuk skater kedua:

b) Untuk mengira kelajuan yang mereka bawa hanya apabila berasingan, persamaan kinematik pergerakan rectilinear yang dipercepatkan secara seragam digunakan:

Boleh melayani anda: induktansi bersama: formula/pekali, aplikasi, latihan

Kelajuan awal adalah 0, kerana mereka berada di tengah -tengah trek:

v_F = Pada

v_F1 = a₁t = -4 m/s² . 0.40 s = -1.6 m/s

v_F2 = a₂T = +2.5 m/s² . 0.40 s = +1 m/s

Hasilnya

Seperti yang dijangkakan, orang 1 menjadi lebih ringan memperoleh pecutan yang lebih besar dan oleh itu kelajuan lebih cepat. Sekarang perhatikan perkara berikut mengenai produk doh kerana kelajuan setiap skater:

m₁ v₁ = 50 kg . (-1.6 m/s) = - 80 kg.Cik

m₂ v₂ = 80 kg . 1 m/s = +80 kg.Cik

Jumlah kedua -dua produk adalah 0. Produk jisim dengan kelajuan dipanggil jumlah pergerakan p. Ia adalah vektor dengan arah yang sama dan rasa kelajuan. Apabila skaters berada di rehat dan tangan mereka bersentuhan, dapat diandaikan bahawa mereka membentuk objek yang sama yang jumlah pergerakannya:

P_{Sama ada} = (m₁ +m₂) v_{Sama ada} = 0

Selepas tujahan selesai, jumlah pergerakan sistem skating kekal 0. Oleh itu jumlah pergerakan dipelihara.

Contoh undang -undang ketiga Newton dalam kehidupan seharian

Jalan

Berjalan adalah salah satu tindakan paling harian yang boleh dijalankan. Sekiranya diperhatikan dengan teliti, tindakan berjalan memerlukan menolak kaki ke tanah, sehingga ia mengembalikan kekuatan yang sama dan bertentangan di kaki walker.

Apabila kita sentiasa menggunakan undang -undang ketiga Newton. Sumber: Pixabay.

Sebenarnya kekuatan yang membolehkan orang berjalan. Pada penerbangan, burung -burung menguatkan kekuatan di udara dan udara menolak sayap supaya burung itu dipandu ke hadapan.

Pergerakan kereta

Di dalam kereta, roda menguatkan kekuatan di atas trotoar. Terima kasih kepada tindak balas turapan, ia menggunakan pasukan tayar yang mendorong kereta ke hadapan.

Sukan

Dalam amalan sukan, daya tindakan dan reaksi banyak dan mempunyai penyertaan yang sangat aktif.

Contohnya, mari kita lihat atlet dengan kaki yang disokong oleh blok starter. Blok memberikan daya normal sebagai tindak balas kepada tujah yang atlet mengerjakannya. Hasilnya normal dan berat koridor, mengakibatkan daya mendatar yang membolehkan atlet memandu ke hadapan.

Atlet menggunakan blok starter untuk menambah impuls ke hadapan pada output. Sumber: Pixabay.

Hos api

Satu lagi contoh di mana undang -undang ketiga Newton hadir dalam anggota bomba yang memegang selang api. Akhir hos besar ini mempunyai pegangan pada muncung yang mesti dipegang oleh ahli bomba apabila jet air keluar, untuk mengelakkan kemunduran yang berlaku apabila air keluar pada kelajuan penuh.

Atas alasan yang sama ia mudah.

Rujukan

1. Giancoli, d.  2006. Fizik: Prinsip dengan aplikasi. Edisi keenam. Prentice Hall. 80 - 82.
2. Rex, a. 2011. Asas Fizik. Pearson. 73 - 75.
3. Tipler, ms. 2010. Fizikal. Jilid 1. Edisi ke -5. Editorial kembali. 94 - 95.
4. Stern, d. 2002. Astronomi ke Astronaves. Diambil dari: pwg.GSFC.periuk.Gov.