Классы
Предметы

Третий Закон Ньютона

Этот видеоурок доступен по абонементу
Подробнее об абонементе, платных и бесплатных уроках

У вас уже есть абонемент? Войти

Оплатить абонементот 75 руб. в месяц
У вас уже есть абонемент? Войти
Третий Закон Ньютона

На этом уроке мы изучим третий закон Ньютона, в котором описываются силы взаимодействия двух тел. Также вспомним основные сведения о первом и втором законе Ньютона, в которых, в отличие от третьего закона, рассматривается одно тело. Помимо этого, мы вспомним основной экспериментальный закон динамики, рассмотрим принцип относительности Галилея. В конце урока узнаем, как применять третий закон Ньютона при разборе качественных задач.

Третий закон Ньютона

Известно, что  при взаимодействии воздействуют друг на друга оба тела. Не бывает такого, чтобы одно тело толкнуло другое, а второе в ответ никак не отреагировало бы.

Представьте, что вы и ваш друг катаетесь на скейте, причём друг катается на одном скейте с братом (см. Рис. 1).

Рис. 1. Приобретение ускорения при взаимодействии

Ваша масса – , масса друга с братом – . Если вы отталкиваетесь друг от друга, то приобретаете ускорения, которые направлены по одной прямой в противоположные стороны. Отношение масс участников этого процесса обратно пропорционально отношению модулю ускорений.

 

 

Следовательно:

 

Согласно второму закону Ньютона:

 – сила, с которой на вас действует друг с братом

 – сила, с которой вы действуете на друга с братом

 

Так как ускорения противонаправленные, то:

 

Данное равенство выражает третий закон Ньютона: тела действуют друг на друга с силами, которые имеют одинаковые модули и противоположные направления.

Более простая формулировка третьего закона Ньютона звучит так: сила действия равна силе противодействия.

Каждая из сил взаимодействия приложена к разным телам. Следовательно, при рассмотрении второго закона Ньютона для каждого тела в отдельности, силы взаимодействия между телами не могут компенсировать друг друга, хотя формально:

 

 

Для иллюстрации этого закона возьмём два динамометра (см. Рис. 2). Один из них наденем колечком на что-то неподвижное, например на гвоздь в стене, а второй соединим с первым крючками. И потянем за колечко второго динамометра. Оба прибора покажут одинаковые по модулю силы натяжения.

Рис. 2. Опыт с динамометрами (Источник)

Сила действия и сила противодействия – это всегда силы одной природы. Например, в предыдущем опыте сила действия первого динамометра на второй и сила действия второго динамометра на первый – это силы упругости; силы действия одного заряженного тела на другое и наоборот – это силы электрической природы.

Основные сведения о законах Ньютона

Таким образом, первый закон Ньютона утверждает: если на тело не действует посторонние тела, то оно находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения относительно инерциальных систем отсчёта. Из него следует, что причиной изменения скорости тела является сила. Второй закон Ньютона объясняет, как движется тело под действием силы. Он устанавливает количественное отношение между ускорением и силой.

В первом и во втором законах Ньютона рассматривается только одно тело. В третьем законе рассматривается взаимодействие двух тел с силами, одинаковыми по модулю и противоположными по направлению. Эти силы называют силами взаимодействия. Они направлены вдоль одной прямой и приложены к разным телам.

Основной экспериментальный закон динамики

При выводе третьего закона Ньютона мы видели, что при взаимодействии двух тел отношение двух ускорений, которые приобретает первое и второе тело, является величиной постоянной. Причём отношение этих ускорений не зависит от характера взаимодействия, следовательно, оно определяется самими телами, какой-то его характеристикой. Такая характеристика называется инертностью. Мерой инертности является масса. Поэтому отношение ускорений, приобретаемых телами в результате взаимодействия друг с другом, равно обратному отношению масс этих тел. Этот факт иллюстрирует эксперимент, в котором две тележки с разными массами () отталкиваются друг от друга с помощью упругой пластинки (см. Рис. 3). В результате такого взаимодействия большее ускорение приобретёт тележка с меньшей массой.

Рис. 3. Взаимодействие двух тел с разными массами

Закон, который описывает соотношение масс тел и ускорений, приобретённых в результате взаимодействия, называется основной экспериментальный закон динамики.

 

Некоторые особенности взаимодействия тел. Принцип относительности Галилея

Выводы, которые возникают при рассмотрении законов Ньютона:

1. Все силы в природе всегда возникают парами. Если появилась одна сила, то обязательно появится противоположно направленная ей вторая сила, действующая со стороны первого тела на второе. Обе эти силы одной природы.

2. Каждая из сил взаимодействия приложена к разным телам, следовательно, силы взаимодействия между телами не могут компенсировать друг друга.

3. Ускорения тел в разных инерциальных системах отсчёта одинаковы. Меняются перемещения, скорости, но ускорения – нет. Масса тел тоже не зависит от выбора системы отсчёта, а значит, и сила не будет зависеть от этого. То есть в инерциальных системах отсчёта все законы механического движения одинаковы – это и есть принцип относительности Галилея.

Разбор качественной задачи

1. Может ли человек поднять сам себя по верёвке, перекинутой через блок, если второй конец верёвки привязан к поясу человека, а блок неподвижен?

Рис. 4. Иллюстрация к задаче

С первого взгляда, кажется, что сила, с которой человек действует на верёвку, равна силе, с которой верёвка действует на человека (см. Рис. 4). Но сила  приложена через верёвку к блоку, а сила  – к человеку, следовательно, человек сможет поднять себя по этой верёвке. Такая система не замкнутая. Система «человек – верёвка» включает в себя блок.

2. Может ли человек толкать лодку, если он сам находится в этой лодке и упирается руками в один из бортов?

Рис. 5. Иллюстрация к задаче

В этой задаче система «человек – лодка» замкнутая (см. Рис. 5), то есть сила, с которой человек давит на борт лодки, равна силе, с которой борт лодки действует на человека, но направлена в противоположную сторону. Никакого движения не будет.

3. Может ли человек вытащить самого себя из болота за волосы?

Система также замкнутая. Сила, с которой рука действует на волосы, равна силе, с которой волосы действуют на руку, но направлена в противоположную сторону. Человек вытащить самого себя из болота за волосы не может.

 

Список литературы

  1. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Физика 10. – М.: Просвещение, 2008.
  2. А.П. Рымкевич. Физика. Задачник 10–11. – М.: Дрофа, 2006.
  3. О.Я. Савченко. Задачи по физике. – М.: Наука, 1988.
  4. А.В. Пёрышкин, В.В. Крауклис. Курс физики. Т. 1. – М.: Гос. уч.-пед. изд. мин. просвещения РСФСР, 1957.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Raal100.narod.ru (Источник).
  2. Physics.ru (Источник).
  3. Bambookes.ru (Источник).
  4. Bourabai.kz (Источник).

 

Домашнее задание

  1. Вопросы в конце параграфа 26 (стр. 70) – Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Физика 10 (см. список рекомендованной литературы) (Источник)
  2. Третий закон Ньютона самим Ньютоном был сформулирован так: «Действию всегда есть равное и противоположное противодействие». Есть ли физическое различие между действием и противодействием? Что собой представляют «действие» и «противодействие» Ньютона?
  3. Верно ли утверждение: скорость тела определяется действующей на него силой?
  4. О ветровое стекло движущегося автомобиля ударился комар. Сравнить силы, действующие на комара и автомобиль во время удара.