Третій закон Ньютона: дія дорівнює протидії

Два тіла, взаємодіючі між собою, завжди діють один на одного з силами, вектори яких рівні по модулю, протилежні за напрямком і лежать на одній прямій.

У справедливості третього закону Ньютона ми переконуємося на кожному кроці. Дійсно, роблячи крок, ми діємо на землю із силою, спрямованої вниз. Від дії нашої сили ділянку землі під ступнею деформується, і виникають у результаті цього пружні сили землі діють на ступню вгору. Стоячи на землі, ми тиснемо на неї вниз з силою, рівною силою тяжіння, а вона у відповідь діє на нас з точно такою ж силою, спрямованої вгору.

Спробуємо використовувати третій закон Ньютона, щоб знайти силу, з якою м’яч масою m діє на стіну, відскакуючи від неї (див. Рис.10). Протягом короткого проміжку часу Dt контакту м’яча зі стіною на нього діяла сила, яка змінила його швидкість на величину (v2-v1), яку можна знайти за другим законом Ньютона. Третій закон Ньютона стверджує, що в будь-який момент цього контакту сила, з якою м’яч діяв на стіну, завжди дорівнювала за величиною силі, з якою стіна діяла на м’яч, змінюючи швидкість його рух. Це дозволяє обчислити силу F, що діє з боку м’яча на стіну (див. Рис.10).

Досліди показали, що третій закон Ньютона справедливий не тільки для сил пружності, якими обмінюються взаємодіючі тіла, але і для сил тертя. Так, тіло А, ковзне по поверхні тіла Б зі швидкістю v, відчуваючи на собі гальмує дію сили тертя F, діє на тіло Б з силою, рівною за величиною силі тертя, але протилежно спрямованої (див. Рис. 10б).

Наочним прикладом, що ілюструє третій закон Ньютона, може служити плавання людини у воді, коли він рухається вперед, штовхаючи назад воду руками і ногами. Кожен раз, коли він з силою штовхає воду назад, така ж за величиною сила діє на нього вперед з боку води.

Взаємодіючі тіла діють один на одного з рівними за величиною силами не тільки при безпосередньому контакті, а й на відстані. Земля за допомогою сил гравітації притягує Місяць з точно такою ж силою, з якою Місяць притягує Землю. Однак сила тяжіння Місяця для Землі дуже мала, так маса Землі в 80 разів більше, ніж у Місяця. Тому Місяць обертається навколо Землі, а Земля навколо Сонця, маса якого майже в мільйон разів більше. Третій закон Ньютона справедливий також для електричних й магнітних сил.

Третій закон Ньютона, здавалося б, робить безглуздою відому гру «перетягування каната», адже, на людей, що тягнуть за канат з обох сторін, діють однакова сила – пружна сила розтягнутої мотузки (див. Рис. 10в). Однак на людину, що тримає канат, діє не тільки сила розтягнутого каната FК, а й спрямована в протилежний бік горизонтальна складова сили реакції опори. Сила реакції опори виникає тоді, коли тягне канат людина починає впиратися ногами в землю, деформуючи її, і у відповідь (по третьому закону Ньютона) отримує від землі силу спрямовану горизонтально. Якщо обидві людини однаково сильно впираються в землю, то сила натягу каната FК = FА = Fб, і ніякого руху не буде, але як тільки, наприклад, Fб стане менше FА, результуюча сил, прикладених до людини Б, відразу ж зрушить його і він програє. Таким чином, в цю гру виграє не той, хто сильніше тягне, а той, хто сильніший впирається.

Автомобіль не міг би зрушити з місця без третього закону Ньютона. Робота мотора змушує ділянку колеса, дотичний з землею, рухатися назад (див. Рис. 10г). Однак хороше зчеплення з дорогою перешкоджає цьому руху, і колесо лише тисне на землю із силою F в цьому напрямку. Земля, як тільки на неї починає тиснути, відповідає силою, прикладеної до колеса і спрямованої протилежно, тобто вперед. Таким чином, сила реакції землі і є тією силою, яка рухає автомобілем.

Питання для повторення:

  1. · Сформулюйте третій закон Ньютона?
  2. · Для яких видів сил справедливий цей закон?
  3. · Наведіть кілька прикладів, що ілюструють дію третього закону Ньютона.
Посилання на основну публікацію