Действие рождает противодействие

Определения и обозначения

Взаимодействие тел — взаимное влияние тел друг на друга, при котором меняется их движение или форма. Например, рука может сдвинуть предмет, а сжатая губка меняет форму. Это понятие помогает увидеть, что в изменении участвуют не только толкаемое тело, но и тот, кто его толкает.

Сила — мера действия одного тела на другое. Силой описывают, насколько сильно и в каком направлении тело действует на другое. Она связана с взаимодействием: если одно тело действует на другое, то и второе тело действует на первое.

Действие и противодействие — силы, с которыми два взаимодействующих тела действуют друг на друга. Например, при нажатии рукой на стену есть сила руки на стену и сила стены на руку. Эти названия помогают рассматривать взаимодействие с обеих сторон.

Третий закон Ньютона — закон, согласно которому силы взаимодействия двух тел равны по величине и противоположны по направлению. Если одно тело действует на другое с определённой силой, второе действует на первое с такой же по величине силой в обратную сторону. Закон нужен, чтобы правильно сравнивать силы в любой паре взаимодействующих тел.

Как это устроено

При взаимодействии участвуют оба тела, даже если заметно движется только одно из них. Когда человек нажимает на стену, его рука давит на стену, а стена давит на руку. Действие стены можно почувствовать по давлению на ладонь, хотя сама стена остаётся на месте. Это происходит потому, что контакт между телами передаёт воздействие в обе стороны.

Силы действия и противодействия появляются одновременно, а не по очереди. Нельзя сначала нажать на стену, а затем дождаться, пока она начнёт давить на руку: встречное воздействие есть уже во время нажатия. Эти силы имеют одинаковую природу, потому что возникают при одном и том же взаимодействии. Если рука касается стены и давит на неё, стена отвечает воздействием через это же соприкосновение.

По третьему закону Ньютона силы равны по величине и направлены противоположно. Причина в том, что это две стороны одного взаимодействия: нельзя получить силу со стороны одного тела без ответной силы со стороны другого. Направления противоположны, потому что тела воздействуют друг на друга навстречу друг другу. Например, если рука толкает стену вправо, стена толкает руку влево.

Равные силы не уничтожают друг друга, потому что приложены к разным телам. Сила руки действует на стену, а сила стены — на руку; чтобы силы уравновесили друг друга, обе должны действовать на одно тело. Поэтому при решении задачи полезно отдельно спросить: «На какое тело действует каждая сила?» Стена может оставаться неподвижной, если её удерживает здание и другие воздействия, а рука при этом чувствует давление.

Закон заметен в обычных движениях. При ходьбе нога толкает землю назад, а земля толкает человека вперёд; без этого встречного воздействия шагнуть было бы трудно. Если человек отталкивает лодку от берега, лодка движется от берега, а берег действует на лодку в обратную сторону. При выстреле оружие толкает пулю вперёд, а пуля действует на оружие назад — это отдача.

Силы действия и противодействия

Сравнивайте силы по строкам: так проще проверить их направления, величины и момент появления. Особенно внимательно смотрите на первую строку: силы приложены к разным телам. Слова «действие» и «противодействие» не означают, что одна сила появляется раньше другой.

Разбор задач

Человек нажимает рукой на стену

Условие: человек нажимает рукой на стену. Нужно назвать тело, действующее на стену, и тело, действующее на руку. Сначала выделим участников одного взаимодействия — руку и стену. Затем для каждой силы укажем, на какое тело она действует.

1. Рука человека действует на стену: рука давит на стену.
2. Стена действует на руку: она давит на ладонь в ответ.
3. Эти силы направлены противоположно и равны по величине, но приложены к разным телам.

Ответ: на стену действует рука человека, а на руку действует стена. Например, если рука нажимает на стену вправо, стена действует на руку влево. Не следует называть только силу руки: взаимодействие всегда включает оба тела.

Мальчик толкает тележку

Условие: мальчик толкает неподвижную тележку. Нужно описать силы мальчика и тележки, сравнив их направления и величины. Неподвижность тележки в начале не означает, что силы взаимодействия нет. Применим третий закон Ньютона и отдельно определим, на какое тело действует каждая сила.

1. Мальчик действует на тележку силой толчка, направленной вперёд.
2. Тележка одновременно действует на мальчика силой в противоположном направлении.
3. Силы равны по величине, но первая приложена к тележке, а вторая — к мальчику.

Ответ: мальчик и тележка действуют друг на друга одновременно, с равными по величине и противоположными по направлению силами. Эти силы не уравновешивают друг друга на одном теле. Тележка может начать двигаться, потому что на неё действуют и другие силы, например сила со стороны земли.

Лодка отталкивается от берега

Условие: лодка массой 40 кг отталкивается от берега силой 20 Н. Нужно найти силу, с которой лодка действует на берег. В задаче известна сила взаимодействия берега и лодки, а масса дана для отвлечения внимания. Чтобы найти ответ, достаточно сравнить силы в одной паре тел.

1. Запишем, что берег действует на лодку силой 20 Н.
2. По третьему закону Ньютона лодка действует на берег с силой такой же величины.
3. Направление силы лодки противоположно направлению силы берега.

Ответ: лодка действует на берег с силой 20 Н в противоположном направлении. Массу 40 кг в вычислениях использовать не нужно, потому что закон связывает именно силы взаимодействия. Если направление толчка лодки — от берега, то берег действует на лодку к берегу.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что силы действия и противодействия уравновешивают друг друга. Так можно подумать, потому что они равны и направлены в разные стороны. Проверьте, на какие тела действуют силы: если на разные, они не уравновешивают друг друга на одном теле.

Ошибка: думать, что противодействие возникает позже действия. Кажется естественным, что ответ следует за толчком, но при взаимодействии обе силы возникают одновременно. Для проверки назовите момент, когда тела соприкасаются или иначе взаимодействуют: в этот момент уже действуют обе силы.

Ошибка: считать, что более массивное тело обязательно действует с большей силой. Большая масса может влиять на то, как меняется движение тела, но не нарушает равенство сил взаимодействия. Проверьте, сравниваете ли вы именно две силы одной пары, а не скорость или изменение движения тел.

Ошибка: путать противоположные направления с разными величинами. Если силы направлены в разные стороны, это ещё не значит, что одна сильнее другой. Проверьте оба признака отдельно: направления противоположны, а величины равны.

Связь с другими темами

Чтобы понять тему, нужно знать, что такое сила и как она может изменять движение тела. Сила возникает при взаимодействии, поэтому наблюдайте за обоими участниками, а не только за тем, которое сдвинулось. Такое умение помогает описывать толчки и нажатия.

Тема связана с движением тел и равновесием. При разборе движения важно понять, какие силы действуют на каждое тело отдельно. Это помогает не спутать силы взаимодействия друг с другом и силы, которые могут уравновесить одно тело.

Третий закон Ньютона пригодится при дальнейшем изучении механики. С его помощью объясняют движение тел при толчках и столкновениях. Он также помогает понимать, почему взаимодействие меняет движение обоих участников, даже если заметнее движение только одного.

Что запомнить

• При взаимодействии тела действуют друг на друга.
• Силы действия и противодействия возникают одновременно.
• Эти силы равны по величине.
• Эти силы направлены в противоположные стороны.
• Силы приложены к разным телам.
• Силы действия и противодействия не уравновешивают друг друга на одном теле.