"Физика", Кабардин О.Ф.
Третий закон Ньютона описывает взаимодействие тел: если одно тело действует на другое, второе одновременно действует на первое. Эти силы равны по модулю, противоположны по направлению и приложены к разным телам. Закон помогает объяснить отталкивание конькобежцев, движение тележки с грузом, отдачу и реактивное движение. Равенство сил не означает равенство ускорений: они зависят ещё и от масс тел.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Третий закон Ньютона утверждает: при взаимодействии два тела действуют друг на друга силами, равными по модулю и противоположными по направлению. Иными словами, одностороннего действия не бывает: ответное действие появляется всегда. Закон нужен, чтобы находить силу, с которой второе тело действует на первое.
Сила действия и сила противодействия — это силы, с которыми два взаимодействующих тела действуют друг на друга. Название зависит от того, на какую силу мы смотрим первой. Эти термины помогают не перепутать две силы одного взаимодействия.
Взаимодействие тел — взаимное действие тел друг на друга, которое проявляется в изменении движения или деформации. Например, мяч меняет скорость при ударе, а пружина изменяет форму. Понятие взаимодействия позволяет правильно определить, какие тела образуют пару сил.
Если тело 1 действует на тело 2 силой F₁₂, то тело 2 действует на тело 1 силой F₂₁; векторно это записывают так: F₁₂ = −F₂₁. Минус показывает противоположное направление, а равенство модулей означает |F₁₂| = |F₂₁|. Индексы указывают, от какого тела и к какому направлена сила.
Действие одного тела всегда сопровождается ответным действием, потому что сила возникает именно во взаимодействии двух тел. Когда человек толкает стену, он действует на стену, но одновременно стена толкает человека. При ударе мяча о пол мяч действует на пол, а пол действует на мяч и изменяет его движение.
Равенство сил связано с единой природой взаимодействия: нельзя отделить воздействие одного участника от реакции другого. Если тело 1 сообщает телу 2 силу F₁₂, то со стороны тела 2 возникает сила такой же величины. В векторной форме это выражается равенством F₁₂ = −F₂₁: стрелки противоположны, а длины векторов одинаковы.
Силы пары не уравновешивают друг друга, потому что приложены к разным телам. Например, сила руки на стену действует на стену, а сила стены на руку — на руку; при рассмотрении руки учитывается только сила, приложенная к руке. Складывать эти силы можно лишь в описании всей системы, но не как силы, действующие на один объект.
Силы действия и противодействия возникают одновременно, имеют одну природу и направлены вдоль одной прямой, соединяющей взаимодействующие тела. Это могут быть две упругие силы, две силы тяготения или другие силы одного взаимодействия. При равных силах ускорения всё же могут различаться, поскольку по формуле a = F/m меньшая масса даёт большее ускорение.
| Свойство | Сила действия | Сила противодействия |
|---|---|---|
| На какое тело действует | На второе тело | На первое тело |
| Направление | Противоположно направлению силы противодействия | Противоположно направлению силы действия |
| Модуль | Равен модулю силы противодействия | Равен модулю силы действия |
| Природа силы | Такая же, как у силы противодействия | Такая же, как у силы действия |
| Время возникновения | Возникает одновременно с силой противодействия | Возникает одновременно с силой действия |
При чтении таблицы сначала выберите два взаимодействующих тела, а затем определите, на какое тело направлена каждая сила. Если силы приложены к одному объекту, это не силы действия и противодействия. Главные признаки пары — равные модули, противоположные направления, общая природа и одновременное возникновение.
В задаче взаимодействуют книга и стол, а также книга и Земля. Нужно рассматривать каждое взаимодействие отдельно, потому что разные силы, действующие на книгу, не обязательно образуют одну пару.
Ответ: пары образуют силы книги и стола, а также силы книги и Земли; силы тяжести и реакции опоры друг другу не противодействуют.
На каждого конькобежца действует сила 150 Н, но направлена она в противоположные стороны. Ускорение найдём по второму закону Ньютона: a = F/m.
Ответ: ускорение конькобежца массой 50 кг равно 3 м/с², а конькобежца массой 75 кг — 2 м/с²; направления ускорений противоположны.
Сначала найдём силу, действующую на груз, используя его массу и ускорение. Затем по третьему закону определим силу на тележку и рассчитаем её ускорение.
Ответ: сила взаимодействия равна 4 Н, ускорение тележки — 2 м/с²; тележка и груз движутся в противоположных направлениях.
Силы считают уравновешивающими. Так происходит, если не проверить, к каким телам они приложены. Нарисуйте отдельно силы для каждого тела: силы пары окажутся на разных схемах.
Более массивному телу приписывают большую силу. Масса влияет на ускорение, а не на равенство сил взаимодействия. Проверьте себя по записи F₁₂ = −F₂₁, а затем отдельно вычислите ускорения.
Считают, что противодействие появляется позже. Такая ошибка возникает из-за бытового смысла слова «ответ». В физике обе силы возникают одновременно, поэтому укажите один и тот же момент взаимодействия.
Путают противодействие с другой силой на том же теле. Например, реакция стола и сила тяжести действуют на книгу, но не образуют пару. Для проверки назовите второе тело: сила пары должна быть направлена на него.
До изучения закона нужны понятия силы, массы, ускорения и взаимодействия тел, а также второй закон Ньютона. Второй закон связывает силу с ускорением одного тела, а третий показывает, откуда берётся сила со стороны второго участника.
Третий закон применяют при разборе движения связанных тел, отдачи и реактивного движения. Он также помогает объяснить, почему человек отталкивается от стены, а лодка движется назад, когда с неё прыгают.
Почему силы действия и противодействия не уравновешивают друг друга?
Они приложены к разным телам. Уравновешивать друг друга могут только силы, действующие на одно и то же тело, поэтому силы пары нельзя складывать как силы, действующие на один объект.
Может ли одна из сил пары возникнуть раньше другой?
Нет, силы действия и противодействия возникают одновременно. Это две стороны одного взаимодействия, а не последовательные события.
Почему тела получают разные ускорения, если силы взаимодействия равны?
По второму закону Ньютона ускорение определяется формулой a = F/m. При одинаковой силе тело с меньшей массой получает большее ускорение.
Как определить, к каким телам приложены силы пары?
Нужно назвать два взаимодействующих тела и отдельно указать силу первого тела на второе и силу второго на первое. Если обе силы приложены к одному телу, это не пара по третьему закону Ньютона.
Какие силы образуют пару, когда человек отталкивается от стены?
Человек действует на стену силой, направленной к стене, а стена действует на человека равной по модулю силой в обратную сторону. Именно вторая сила сообщает человеку ускорение от стены.
Третий закон Ньютона
