"Физика (в 2 частях)", Генденштейн Л.Э., Булатова А.А., Корнильев И.Н., Кошкина А.В.; под ред. Орлова В.А.
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 имеют одну природу, но приложены к разным телам. Закон помогает находить силы при столкновениях, отталкивании и контакте тел, а вместе со вторым законом Ньютона — вычислять ускорения взаимодействующих объектов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Взаимодействие тел — взаимное действие тел друг на друга, при котором изменяются их скорости или происходит деформация. Например, при толчке тележка начинает двигаться, а при сжатии пружины меняется её форма. Это понятие нужно, чтобы определить, какие два тела образуют пару участников действия.
Сила — векторная физическая величина, характеризующая действие одного тела на другое. У силы есть модуль, направление и точка приложения, поэтому её изображают стрелкой. Сила нужна для описания того, как взаимодействие изменяет движение или форму тела.
Пара сил действия и противодействия — силы, с которыми два взаимодействующих тела действуют друг на друга. Первая сила приложена к одному телу, а ответная — к другому. Такая пара позволяет применять третий закон Ньютона и не путать ответную силу с другими силами, действующими на объект.
При взаимодействии изменение движения одного тела сопровождается изменением движения другого, потому что действие не может принадлежать только одному участнику. Если человек отталкивает стену, он сам чувствует толчок назад; если магнит притягивает железный предмет, предмет притягивает магнит. Поэтому силы возникают одновременно и относятся к одному взаимодействию.
Силы взаимодействия равны по модулю и противоположны по направлению, потому что действие тел друг на друга взаимно. В векторной форме это записывают так: F₁₂ = −F₂₁. Минус показывает противоположность направлений, а равенство модулей — одинаковую величину сил.
Эти силы не уравновешивают друг друга при рассмотрении движения одного тела, поскольку приложены к разным телам. Например, сила руки на мяч действует на мяч, а сила мяча на руку — на руку. Чтобы определить результат действия сил, нужно сначала составить их для одного выбранного тела.
Силы в паре имеют одну природу, поскольку возникают из одного физического взаимодействия. Если одно тело притягивает другое гравитационно, обе силы являются силами тяготения; при контакте деформированных тел обе силы имеют упругую природу. Нельзя объединять в пару силу тяжести и силу реакции опоры только потому, что они равны по величине.
Для тел разной массы равные силы вызывают разные ускорения, так как ускорение зависит не только от силы, но и от массы. По второму закону Ньютона a = F/m: при одинаковом F меньшая масса даёт большее значение a. Поэтому лёгкая тележка после толчка изменяет скорость сильнее, чем тяжёлая.
| Характеристика | Сила действия | Сила противодействия |
|---|---|---|
| На какое тело действует | Тело, на которое действует первое тело | Первое тело |
| Направление | Противоположно силе противодействия | Противоположно силе действия |
| Модуль | Равен модулю силы противодействия | Равен модулю силы действия |
| Природа силы | Та же, что у силы противодействия | Та же, что у силы действия |
Пользуясь таблицей, сначала назовите два взаимодействующих тела, а затем укажите, на какое тело действует каждая сила. После этого проверьте три признака пары: равенство модулей, противоположные направления и одинаковую природу.
Если задача посвящена движению одного тела, в его схему сил попадает только сила, приложенная к этому телу. Ответная сила появится в схеме другого участника взаимодействия, а не рядом с первой стрелкой.
Условие. Два конькобежца отталкиваются друг от друга. Нужно сравнить силы, действующие на каждого из них. Массы спортсменов для ответа о силах не нужны.
Ответ: конькобежцы действуют друг на друга силами, равными по модулю и противоположными по направлению. Силы приложены к разным спортсменам.
Условие. Книга лежит на столе, и требуется назвать пару сил, связанную с давлением книги на стол. Нужно отличить ответную силу от силы тяжести книги. Рассматриваем именно взаимодействие книги и поверхности стола.
Ответ: пара состоит из силы давления книги на стол и силы упругости стола, действующей на книгу. Сила тяжести книги в эту пару не входит.
Условие. Тележка массой 2 кг взаимодействует с тележкой массой 6 кг, а сила взаимодействия равна 12 Н. Найдём ускорения по модулю и сравним направления. Сопротивлением движению пренебрегаем.
Ответ: ускорение тележки массой 2 кг равно 6 м/с², а тележки массой 6 кг — 2 м/с². Ускорения направлены в противоположные стороны; меньшая масса получила большее ускорение.
Считать силы уравновешенными. Так думают, потому что модули сил равны. Проверьте, к одному ли телу приложены стрелки: у сил действия и противодействия тела разные.
Искать ответную силу на том же теле. Ошибка возникает, когда смешивают третий закон с условием равновесия. Назовите второго участника взаимодействия и ищите силу именно на нём.
Приписывать телам разной массы разные силы. Масса влияет на ускорение, но не нарушает третий закон Ньютона. Сначала сравните силы по взаимодействию, а затем отдельно вычислите ускорения.
Ожидать одинаковых ускорений при равных силах. Это верно только при одинаковых массах. Проверьте формулу a = F/m: чем больше масса при той же силе, тем меньше ускорение.
До изучения закона нужно знать, что сила является векторной величиной, и уметь изображать её стрелкой с указанием направления и точки приложения. Это помогает правильно различать силы, действующие на разные тела.
Третий закон связан с массой и ускорением и применяется вместе со вторым законом Ньютона. Сначала находят силу взаимодействия, затем для каждого тела отдельно используют формулу a = F/m.
Закон нужен при изучении движения тел, реактивного движения и других взаимодействий в механике. Отталкивание конькобежцев, движение ракеты и столкновения тел объясняются одной общей закономерностью.
Почему силы действия и противодействия не уравновешивают друг друга?
Они приложены к разным телам, поэтому не могут взаимно уничтожаться при рассмотрении движения одного тела. Уравновешивать друг друга могут только силы, приложенные к одному и тому же телу.
Могут ли силы взаимодействия быть разными по модулю?
Нет, при одном взаимодействии силы действия и противодействия всегда равны по модулю. Разными могут быть ускорения тел, если их массы различаются.
К какому телу приложена сила противодействия?
Сила противодействия приложена к тому телу, которое оказывает действие. Например, если книга давит на стол, ответная сила со стороны стола приложена к книге.
Почему тела разной массы получают разные ускорения при взаимодействии?
По второму закону Ньютона ускорение определяется отношением силы к массе: a = F/m. При одинаковых силах тело меньшей массы получает большее ускорение.
Как найти пару сил действия и противодействия в конкретной ситуации?
Сначала выберите два взаимодействующих тела и назовите силу, с которой первое действует на второе. Затем найдите силу, с которой второе тело действует на первое, проверив противоположность направлений и равенство модулей.
1. Третий закон Ньютона
