Коротко
Третий закон Ньютона описывает взаимодействие тел: если одно тело действует на другое с некоторой силой, то второе тело действует на первое с такой же по величине силой, но направленной в противоположную сторону. Эти силы всегда возникают парами, действуют на разные тела и имеют одинаковую природу.
Определение
Третий закон Ньютона гласит, что силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по величине и противоположны по направлению.
Формула
F₁₂ = -F₂₁
- F₁₂ — сила, с которой первое тело действует на второе
- F₂₁ — сила, с которой второе тело действует на первое
- - — знак минус указывает на противоположное направление сил
Единицы измерения: ньютон (Н)
Суть взаимодействия
Когда вы толкаете стену, вы чувствуете, что стена тоже толкает вас. Это и есть проявление третьего закона Ньютона. Силы взаимодействия всегда возникают парами: толкаете вы – толкают и вас; притягивает Земля яблоко – яблоко притягивает Землю. Эти силы не могут существовать поодиночке и всегда появляются одновременно. Они называются силами действия и противодействия.
Особенности сил действия и противодействия
Важно понимать, что силы действия и противодействия приложены к разным телам. Например, когда вы давите рукой на стол, ваша рука действует на стол с одной силой, а стол действует на вашу руку с силой, равной по величине и противоположной по направлению. Эти силы не компенсируют друг друга, потому что они приложены к разным объектам, а не к одному. Также они всегда имеют одну и ту же физическую природу, например, обе силы могут быть гравитационными или электромагнитными.
Как это влияет на движение
Если силы действия и противодействия приложены к разным телам, как же тогда тела движутся? Движение каждого тела описывается вторым законом Ньютона, который учитывает все силы, действующие именно на это тело. Например, при прыжке вы отталкиваетесь от Земли. Земля действует на вас с силой, толкающей вас вверх, а вы действуете на Землю с такой же силой вниз. Из-за вашей небольшой массы вы ускоряетесь и отрываетесь от Земли, а Земля с её огромной массой практически не изменяет своего состояния движения.
Как найти и применять
- Определите два взаимодействующих тела.
- Выделите силу, с которой первое тело действует на второе (сила действия).
- Определите силу, с которой второе тело действует на первое (сила противодействия).
- Убедитесь, что эти силы равны по модулю.
- Проверьте, что силы направлены строго противоположно.
- Запомните, что эти силы приложены к разным телам.
Разбор задач
Задача 1
Рассмотрите ситуацию, когда человек плывёт на лодке и отталкивается веслом от воды.
1. Человек, держащий весло, действует на воду с некоторой силой (сила действия). 2. В ответ вода действует на весло и, следовательно, на лодку с такой же по величине силой, но направленной в противоположную сторону (сила противодействия). 3. Эта сила противодействия толкает лодку вперёд.
Ответ: Сила, с которой вода толкает лодку вперёд, равна по модулю силе, с которой человек отталкивается веслом от воды, и направлена в противоположную сторону.
Задача 2
Объясните, почему Земля притягивает яблоко, а яблоко не притягивает Землю.
1. Согласно третьему закону Ньютона, если Земля притягивает яблоко с некоторой силой, то и яблоко притягивает Землю с силой, равной по величине и противоположной по направлению. 2. Однако, из-за огромной массы Земли её ускорение, вызванное притяжением яблока, настолько мало (по второму закону Ньютона F=ma), что его невозможно заметить. 3. Масса яблока значительно меньше, поэтому его ускорение заметно, и оно падает на Землю.
Ответ: Яблоко действительно притягивает Землю, но из-за огромной разницы в массах их взаимное ускорение сильно различается: яблоко ускоряется к Земле, а Земля к яблоку – пренебрежимо мало.
Где это встречается
- Реактивное движение — При выбросе газов из сопла ракеты (действие) газы с силой толкают ракету в противоположном направлении (противодействие), обеспечивая её полёт.
- Ходьба человека — Человек отталкивается ногой от земли назад (действие), а земля отталкивает человека вперёд (противодействие), позволяя ему двигаться.
- Плавание — Пловец отталкивается руками и ногами от воды назад (действие), а вода толкает пловца вперёд (противодействие).
- Буксировка автомобиля — Трос между двумя автомобилями натянут, потому что тягач тянет прицеп (действие), а прицеп тянет тягач (противодействие) с равной силой.
Типичные ошибки
| Неверно | Верно | Почему |
|---|---|---|
| Силы действия и противодействия компенсируют друг друга, поэтому тела не движутся. | Силы действия и противодействия приложены к разным телам и не могут компенсироваться. Каждое тело движется под действием всех сил, приложенных именно к нему. | Путают, что силы должны быть приложены к одному и тому же телу для компенсации. |
| Сначала появляется сила действия, а потом сила противодействия. | Силы действия и противодействия возникают одновременно и существуют только вместе. | Неправильно интерпретируют термины 'действие' и 'противодействие' как последовательные события. |
| Сила тяжести и сила реакции опоры – это пара сил по третьему закону Ньютона. | Сила тяжести и сила реакции опоры – это две силы, действующие на одно и то же тело. Пара сил по третьему закону Ньютона для силы тяжести – это сила, с которой тело притягивает Землю. Для силы реакции опоры – это сила, с которой тело давит на опору. | Не понимают, что силы действия и противодействия всегда приложены к разным телам, а сила тяжести и сила реакции опоры действуют на одно тело (например, на человека, стоящего на земле). |
Не путать
- Первый закон Ньютона — Первый закон описывает условия, при которых тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения (существование инерциальных систем отсчёта). Третий закон описывает, как тела взаимодействуют друг с другом, создавая силы.
- Второй закон Ньютона — Второй закон описывает, как сила влияет на ускорение одного тела (F=ma). Третий закон описывает взаимосвязь сил между двумя взаимодействующими телами, указывая, что они равны по величине и противоположны по направлению.
Откуда взялось понятие
Третий закон движения был сформулирован Исааком Ньютоном и опубликован в его труде 'Математические начала натуральной философии' в 1687 году.
Как запомнить
Действие рождает противодействие.
Проверь себя
3 задания-
Сформулируйте третий закон Ньютона.
Ответ
Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по величине и противоположны по направлению. -
Куда направлена сила, с которой стена действует на человека, если человек давит на стену вправо?
Ответ
Сила, с которой стена действует на человека, направлена влево. -
Могут ли силы действия и противодействия компенсировать друг друга?
Ответ
Нет, потому что они приложены к разным телам.
Частые вопросы
Почему Земля не 'улетает', когда ракета стартует с её поверхности?
Когда ракета стартует, она отталкивается от Земли, и Земля в ответ толкает ракету. Силы равны, но масса Земли настолько огромна по сравнению с ракетой, что вызванное этой силой ускорение Земли пренебрежимо мало и незаметно.
Всегда ли силы действия и противодействия равны?
Да, всегда. Это фундаментальное свойство взаимодействия тел, заложенное в третьем законе Ньютона, независимо от их массы, скорости или других характеристик.
Где в повседневной жизни я могу увидеть третий закон Ньютона?
Третий закон Ньютона проявляется повсюду: когда вы ходите (отталкиваетесь от земли), плаваете (отталкиваетесь от воды), прыгаете, толкаете тележку, или когда два бильярдных шара сталкиваются.
Что значит, что силы действия и противодействия имеют 'одну природу'?
Это означает, что если сила действия является, например, гравитационной, то и сила противодействия будет гравитационной. Если это электромагнитная сила (как при отталкивании двух магнитов), то и ответная сила будет электромагнитной. Они не могут быть разнородными.
Спросить про это понятие
Третий закон Ньютона
Где это изучается
20 параграфовОдна и та же тема разложена по разным учебникам — можно сравнить формулировки и выбрать более понятную.
Понятия рядом
Их разбирают в тех же параграфах, что и это понятие.