Sortieren nach:

Am beliebtesten

Wanderschüler mit Kaffee zum Mitnehmen

Süßer Junge, der einen Helm und eine reflektierende Weste trägt…

Основные векторные иллюстрации персонажей. Süßer Junge, der einen Helm und eine reflektierende Weste tragt und einen großen Schraubenschlüssel hält.

Stehender Junge Seitenansicht. Cartoon Kind Pose

Süßer Junge, der mit dem Zeigefinger (Zeigefinger) zeigt

Niedliche Charaktere Vectorgrafik Illustration. Süßer Junge, der mit dem Zeigefinger (Zeigefinger) zeigt.

Nerd-Junge, der einen Stapel Bücher trägt

Nerd-Junge, der einen Stapel Bücher trägt. Geek-Student mit Lernmaterialien Vektorillustration

Kleiner Junge Zeichentrickfigur Vorder- und Seitenansicht

Kleiner Junge Zeichentrickfigur Vorder- und Seitenansicht. Süßes Kleinkind trägt roten Kapuzenpullover, lila Shorts, weiße Socken und Schuhe. Lustiges Kind mit Ingwerhaaren, blauen Augen und Sommersprossen im Gesicht Vektorillustration

Лучший векторный рисунок персонажа. Süßer Junge mit Impfflasche und Spritze im Kampf gegen das Coronavirus (COVID-19, Grippevirus).

Nerdjunge an der Schultafel

Nerd-Junge an der Schultafel. Geek-Student Teenager представляет иллюстрацию Posenvektor-Illustration

Stick Figur zu Fuß Kinder mit Eltern und Rucksack Vektor Symbol. ..

юношеский студенческий персонаж mit verschiedenen…

Männliche Teenager-Studentenfiguren mit unterschiedlichen Posen und Gesten setzen Vektorillustration. Cartoon-Porträt eines Jungen, der steht, geht, Buch liest und mit Laptop sitzt, um isoliert auf Weiß zu studieren

Süße Jungs, die einen großen Schraubenschlüssel halten

Niedliche Charaktere Vectorgrafik Illustration. Süße Jungs, die einen großen Schraubenschlüssel halten.

Menschen Kreation Kit, Мультипликационный Персонаж-Конструктор. Junge,…

Набор для создания персонажей, конструктор персонажей мультфильмов. Körperteile, Gesicht, Mimik, Körpergeste, Frisur. Юнге, Мэдхен, Подросток в деталях. Вектор Animationerstellungssatzes

Fat Boy mit Rucksack, Seitenansicht, süße übergewichtige Kind…

Dicker Junge mit Rucksack, Seitenansicht, niedliche übergewichtige Kindercharakter-Vektorillustration auf weißem Hintergrund.

Frau Steht an Bord im Klassenzimmer mit Kindern sitzen am. ..

Frau Steht an der Tafel im Klassenzimmer mit Kindern sitzen и Schreibtischen Cartoon-Stil, Vektor-Illustration. Lehrerin im Mathematikunterricht zeigt auf Tafel und Schüler, Grundschulbildung

Юнге-Цайхензатц.

Молодежные персонажи с познаниями и эотионами.

Молодежь Schüler Добрый stellt Set Vector. Тип Grundschule. Школьник.

Junge Schuljunge Kind Posen Set Vektor. Грундшулькинд. Glückliche Kindheit. азбука. Фройнд, Бюнен. Для веб-сайтов, плакатов, дизайна буклетов. Isolierte Cartoon-Illustration

Süßer Junge, der mit einem großen roten Bleistift schreibt oder. ..

9003 Векторная графика. Süßer Junge, der mit einem großen roten Bleistift schreibt oder zeichnet.

Schüler mit Rucksack steht lächelnd und hält gelbe Flasche…

Schuljunge mit Rucksack steht lächelnd da und hält gelbe Flasche isoliert auf weißem Hintergrund. Zeichentrickfigur eines afrikanischen Schulkindes mit Getränk, Seitenansicht. Векториллюстрация.

Kinder und Jugendliche mit Büchern zu Fuß zur Schule, Schüler…

Satz von Vektor-Durchgehende handgezeichnete europäischer…

Векторные символы Schuljungen Erstklässlern mit einer Blume in…

Junge Schüler Добрый stellt Set Vector. Индиш, индус. Азиатское.

süßer junge, der einen daumen nach oben gibt

Нижний характер векторной иллюстрации. Süßer Junge, der einen Daumen hoch gibt.

Vektor-Zeichnung der Roten männlichen europäischer Abstammung…

Vektorzeichnung eines rothaarigen kaukasischen Jungen, cartoon-handgezeichneter süßer Jugendlicher, der blaue Shorts, Turnschuhe und ein T-Shirt trägt, Illustration eines stehenden Länge Kindes in voller.

kleine junge nimmt ein Bild

векторные рисунки для фотографий.

Vektor Durchgehende Zeichnung von lächelnd männlichenteenage.. .

Vektor-Ganzkörperzeichnung eines kaukasischen rothaarigen Подростки, приветствуем Handgezeichnete Cartoon-Frontansicht des Jugendlichen в черной футболке, шортах и ​​кружках. Bunte Illustration des stehenden freundlichen Jungen, подбоченившись.

Schuljunge mit Rucksack Schülerstehen weiter zurück Gehen Zur…

Kinder zu Fuß Silhouetten

Векторная иллюстрация для детей .

Silhouette Schuljunge mit Rucksack Schüler stehen tragen auf der. ..

Молодежный набор Schüler Vektor. Шварц. Афроамериканец. Nettes…

•1,2, 2, 2, RGB

Подросток-Шулкиндер, платный дизайн для одного Цвека. Isolierter weißer Hintergrund. Векторлиния.

Viktorianische Dame im Gespräch mit einem kleinen Jungen Эйнем Шульциммер сприхт. Sie könnte Lehrerin, Schulinspektorin oder die Dame des Herrenhauses sein, die sich für die Bildung der Kinder vor Ort interessiert. Aus «Punch, or the London Charivari», Band LXVIII (68), veröffentlicht 1875 в Лондоне.

профиль-портрет eines jungen

профиль-портрет eines kleinen Jungen. Bleistiftzeichnung

Schuljunge mit Rucksack Schülerstehen weiter zurück Gehen zur…

Schule junge Studentin mit Rucksack

Menschen Kreation Kit, Мультипликационный Персонаж-Конструктор. Junge,…

Satz von Vector-Durchgehende handgezeichnete europäischer…

Set von Vektor in voller Länge handgezeichnete kaukasische Teenager, schwarz-weiße Front- und Seitenansichtsskizze von Jugendlichen, монохромный Иллюстрация eines stehenden Jungen, der einen sich drehenden Ball fängt, Zeichnung eines Kindes mit gekreuzten Händen auf der Brust.

Satz von Vektor-durchgehende handgezeichnete europäischer… schwarz — школьник, стоящий вид сбоку stock-grafiken, -clipart, -cartoons und -symbole

Satz von Vektor-Durchgehende handgezeichnete europäischer…

Vektor Durchgehende Zeichnung von traurig europäischer. ..

Вектор Durchgehende Zeichnung von einem kaukasischen red männliche

Vektor-Ganzkörperzeichnung eines kaukasischen rothaarigen Подростки с футбольным мячом, приветствуйте handgezeichnete Cartoon-Seitenansicht eines Jugendlichen в футболке, синих шортах и ​​Turnschuhen, farbenfrohe Иллюстрация eines stehenden Jungen.

5.5 Третий закон Ньютона | University Physics Volume 1

Цели обучения

К концу раздела вы сможете:

• Сформулировать третий закон движения Ньютона
• Определите силы действия и реакции в различных ситуациях
• Применение третьего закона Ньютона для определения систем и решения задач движения

До сих пор мы рассматривали силу как толчок или притяжение; однако, если вы подумаете об этом, вы поймете, что ни толчок, ни притяжение никогда не возникают сами по себе. Когда вы толкаете стену, стена давит на вас. Это приводит нас к Третий закон Ньютона .

Третий закон движения Ньютона

Всякий раз, когда одно тело воздействует на другое тело, на первое тело действует сила, равная по величине и противоположная по направлению силе, которую оно оказывает. Математически, если тело A прикладывает силу [латекс] \overset{\to }{F} [/латекс] к телу B , то B одновременно прикладывает силу [латекс] \text{−}\ overset{\to }{F} [/latex] на A , или в форме векторного уравнения,

[латекс] {\ overset {\ to {F}} _ {\ text {AB}} = \ text {−} {\ overset {\ to {F}} _ {\ text {BA}}. [/latex]

Третий закон Ньютона представляет собой определенную симметрию в природе: силы всегда возникают парами, и одно тело не может воздействовать силой на другое, не испытывая на себе силы. Иногда мы в общих чертах называем этот закон «действием-противодействием», где прилагаемая сила является действием, а сила, воспринимаемая как следствие, является противодействием. Третий закон Ньютона имеет практическое применение при анализе происхождения сил и понимании того, какие силы являются внешними по отношению к системе.

Мы легко можем увидеть третий закон Ньютона в действии, взглянув на то, как люди передвигаются. Рассмотрим пловца, отталкивающегося от края бассейна ((Рисунок)). Она упирается ногами в стенку бассейна и ускоряется в направлении, противоположном направлению ее толчка. Стена оказала на пловца равную и противоположную силу. Вы можете подумать, что две равные и противоположные силы нейтрализуют друг друга, но это не так , потому что они действуют на разные системы . В этом случае есть две системы, которые мы могли бы исследовать: пловец и стена. Если мы выберем пловца в качестве интересующей системы, как на рисунке, то [латекс] {F}_{\text{стена на ногах}} [/латекс] является внешней силой, действующей на эту систему и влияющей на ее движение. Пловец движется в направлении действия этой силы. Напротив, сила [латекс] {F}_{\text{футы на стене}} [/латекс] действует на стену, а не на нашу интересующую систему. Таким образом, [латекс] {F}_{\text{ноги на стене}} [/латекс] не влияет напрямую на движение системы и не отменяет [латекс] {F}_{\текст{стена на ногах} }. [/latex] Пловец отталкивается в направлении, противоположном тому, в котором он хочет двигаться. Таким образом, реакция на ее толчок идет в желаемом направлении. На диаграмме свободного тела, такой как показанная на (Рисунок), мы никогда не включаем обе силы пары действие-противодействие; в этом случае мы используем только [латекс] {F}_{\text{стена на ногах}} [/латекс], а не [латекс] {F}_{\текст{ноги на стене}} [/латекс].

Рисунок 5.16 Когда пловец воздействует на стену, он ускоряется в противоположном направлении; другими словами, чистая внешняя сила, действующая на нее, действует в направлении, противоположном [латексу] {F} _ {\ text {ноги на стене}}. [/latex] Это противодействие возникает потому, что в соответствии с третьим законом Ньютона стена действует на пловца с силой [латекс] {F}_{\text{стена на ногах}} [/латекс] равной по величине, но в направлении, противоположном тому, которое она оказывает на него. Линия вокруг пловца указывает интересующую систему. Таким образом, диаграмма свободного тела показывает только [латекс] {F}_{\text{стена на ногах}}, [/латекс] w (сила гравитации) и BF, которая представляет собой выталкивающую силу воды, поддерживающую вес пловца. Вертикальные силы w и BF компенсируются, потому что нет вертикального ускорения.

Другие примеры третьего закона Ньютона найти несложно:

• Профессор шагает перед доской и прикладывает силу к полу. Пол оказывает на профессора силу реакции, которая заставляет его двигаться вперед с ускорением.
• Автомобиль ускоряется вперед, потому что земля давит на ведущие колеса вперед в ответ на то, что ведущие колеса толкают землю назад. Вы можете увидеть следы отталкивания колес назад, когда шины пробуксовывают на гравийной дороге и отбрасывают камни назад.
• Ракеты движутся вперед, выбрасывая газ назад с большой скоростью. Это означает, что ракета оказывает большую обратную силу на газ в камере сгорания ракеты; следовательно, газ оказывает большую реактивную силу на ракету вперед. Эта сила реакции, толкающая тело вперед в ответ на силу, направленную назад, называется тягой . Это распространенное заблуждение, что ракеты движутся сами по себе, отталкиваясь от земли или воздуха позади себя. На самом деле они лучше работают в вакууме, где они легче удаляют выхлопные газы.
• Вертолеты создают подъемную силу, толкая воздух вниз, тем самым испытывая направленную вверх силу реакции.
• Птицы и самолеты также летают, воздействуя на воздух в направлении, противоположном той силе, в которой они нуждаются. Например, крылья птицы толкают воздух вниз и назад, чтобы подняться и двигаться вперед.
• Осьминог передвигается в воде, выбрасывая воду через воронку из своего тела, подобно водному мотоциклу.
• Когда человек тянет вниз вертикальную веревку, веревка тянет человека вверх ((Рисунок)).

Рисунок 5.17 Когда альпинист тянет веревку вниз, веревка тянет альпиниста вверх.

Третий закон Ньютона имеет две важные особенности. Во-первых, прилагаемые силы (действие и противодействие) всегда равны по величине, но противоположны по направлению. Во-вторых, эти силы действуют на разные тела или системы: сила A действует на B и сила B действует на A . Другими словами, две силы являются различными силами, которые не действуют на одно и то же тело. Таким образом, они не отменяют друг друга.

Для ситуации, показанной на (Рисунок), третий закон указывает, что, поскольку стул давит на мальчика вверх с силой [латекс] \overset{\to }{C}, [/латекс] он давит вниз на стул с силой [латекс] \text{−}\overset{\to }{C}. [/latex] Точно так же он давит вниз с помощью сил [латекс] \text{−}\overset{\to }{F} [/latex] и [латекс] \text{−}\overset{\to }{T } [/latex] на полу и на столе соответственно. Наконец, поскольку Земля притягивает мальчика вниз с силой [латекс] \overset{\to }{w}, [/латекс] он притягивает Землю вверх с силой [латекс] \текст{−}\overset{\to }{ ш} [/латекс]. Если бы этот студент в отчаянии стучал кулаком по столу, он бы быстро усвоил болезненный урок (которого можно было бы избежать, изучая законы Ньютона), что стол наносит ответный удар так же сильно.

Человек, который идет или бежит, инстинктивно применяет третий закон Ньютона. Например, бегун на (рис.) толкает землю назад, так что она толкает его вперед.

Рисунок 5.18 Бегун сталкивается с третьим законом Ньютона. а) Бегун прикладывает силу к земле. (b) Сила реакции земли на бегущего толкает его вперед.

Пример

Силы, воздействующие на неподвижный объект

Упаковка на (рис.) находится на весах. На упаковку действуют следующие силы: [латекс] \overset{\to} {S}, [/latex], что связано с масштабом, и [латекс] \text{−}\overset{\to }{w}, [ /латекс], что связано с гравитационным полем Земли. Силы реакции, которые оказывает упаковка, равны [латекс] \текст{−}\overset{\to }{S} [/latex] на весах и [латекс] \overset{\to }{w} [/latex] на Земля. Поскольку пакет не ускоряется, применение второго закона дает

[латекс] \overset{\to }{S}-\overset{\to }{w}=m\overset{\to }{a}=\overset{\to }{0}, [/latex]

, поэтому

[латекс] \overset{\to {S}=\overset{\to}}{w}. [/latex]

Таким образом, показания весов дают величину веса посылки. Однако весы не измеряют вес посылки; он измеряет силу [латекс] \text{−}\overset{\to }{S} [/latex] на его поверхности. Если система ускоряется, то [латекс] \overset{\to }{S} [/latex] и [латекс] \text{−}\overset{\to }{w} [/latex] не будут равны, так как объясняется в «Применениях законов Ньютона».

Рисунок 5.19 (a) Силы, действующие на упаковку, лежащую на весах, вместе с их силами реакции. Сила [латекс] \overset{\to }{w} [/латекс] — это вес упаковки (сила земного притяжения), а [латекс] \overset{\to }{S} [/латекс] – усилие весов на упаковке. (b) Изоляция системы пакет-масштаб и система пакет-Земля делает пары действия и противодействия ясными.

Пример

Подготовка к работе: выбор правильной системы

Профессор физики толкает тележку с демонстрационным оборудованием в лекционный зал ((Рисунок)). Ее масса 65,0 кг, масса тележки 12,0 кг, масса оборудования 7,0 кг. Вычислите ускорение, возникающее, когда профессор прикладывает к полу обратную силу 150 Н. Все силы, противодействующие движению, такие как трение о колеса тележки и сопротивление воздуха, составляют в сумме 24,0 Н.

Рис. Длины стрелок пропорциональны величине сил (за исключением [латекса] \overset{\to }{f}\text{,} [/латекса], потому что он слишком мал для масштабирования). Система 1 подходит для этого примера, потому что она запрашивает ускорение всей группы объектов. Только [latex] {\overset{\to }{F}}_{\text{floor}} [/latex] и [latex] \overset{\to }{f} [/latex] являются внешними силами, действующими на систему. 1 по линии движения. Все остальные силы либо отменяют, либо воздействуют на внешний мир. Система 2 выбрана для следующего примера таким образом, что [латекс] {\overset{\to }{F}}_{\text{проф}} [/латекс] является внешней силой и входит во второй закон Ньютона. Диаграммы свободного тела, которые служат основой для второго закона Ньютона, различаются в зависимости от выбранной системы.

Стратегия

Поскольку они ускоряются как единое целое, мы определяем систему как профессора, тележку и оборудование. Это Система 1 на (Рисунок). Профессор отталкивается назад с силой [латекс] {F}_{\text{фут}} [/латекс] в 150 Н. Согласно третьему закону Ньютона, на пол действует поступательная сила реакции [латекс] {F}_{ \text{floor}} [/latex] 150 Н в Системе 1. Поскольку все движения горизонтальны, мы можем предположить, что результирующая сила в вертикальном направлении отсутствует. Следовательно, задача является одномерной в горизонтальном направлении. Как уже отмечалось, трение f противостоит движению и, таким образом, находится в направлении, противоположном [латексу] {F} _ {\ text {пол}}. [/latex] Мы не включаем силы [latex] {F}_{\text{prof}} [/latex] или [latex] {F}_{\text{cart}} [/latex], потому что они внутренние силы, и мы не включаем [латекс] {F}_{\text{фут}} [/латекс], потому что он действует на пол, а не на систему. На Систему 1 не действуют никакие другие значительные силы. Если из всей этой информации можно найти чистую внешнюю силу, мы можем использовать второй закон Ньютона, чтобы найти требуемое ускорение. См. диаграмму свободного тела на рисунке.

Решение

Второй закон Ньютона определяется выражением

[латекс] a=\frac{{F}_{\text{net}}}{m}. [/latex]

Суммарная внешняя сила, действующая на Систему 1, выводится из (Рисунок) и предыдущего обсуждения как

[латекс] {F} _ {\ text {net}} = {F} _ {\ text { floor}}-f=150\,\text{N}-24.0\,\text{N}=126\,\text{N}\text{.} [/latex]

Масса Системы 1 равна

[латекс] m=(65.0+12.0+7.0)\,\text{kg}=84\,\text{kg}\text{.} [/latex]

Эти значения [латекс] {F}_ {\text{net}} [/латекс] и 9{2}. [/latex]

Значимость

Ни одно из сил между компонентами Системы 1, например, между руками профессора и тележкой, не вносит вклад в общую внешнюю силу, поскольку они являются внутренними по отношению к Системе 1. Другой способ взглянуть на это так: что силы между компонентами системы компенсируются, потому что они равны по величине и противоположны по направлению. Например, сила, приложенная профессором к тележке, приводит к равной и противоположной силе, действующей на профессора. В этом случае обе силы действуют на одну и ту же систему и поэтому сокращаются. Таким образом, внутренние силы (между компонентами системы) сокращаются. Выбор Системы 1 имел решающее значение для решения этой проблемы.

Пример

Сила, действующая на тележку: выбор новой системы

Рассчитайте силу, которую профессор оказывает на тележку (рисунок), используя при необходимости данные из предыдущего примера.

Стратегия

Если мы определим интересующую нас систему как тележку плюс оборудование (система 2 на (рис.)), то чистая внешняя сила, действующая на систему 2, равна силе, которую профессор оказывает на тележку, за вычетом трения. Сила, которую она оказывает на тележку, [латекс] {F}_{\text{проф}} [/латекс], является внешней силой, действующей на Систему 2. [латекс] {F}_{\текст{проф}} [/latex] был внутренним по отношению к Системе 1, но он является внешним по отношению к Системе 2 и, таким образом, входит во второй закон Ньютона для этой системы.

Решение

Второй закон Ньютона можно использовать для нахождения [латекса] {F}_{\text{prof}}. [/latex] Начнем с

[латекс] a=\frac{{F}_{\text{net}}}{m}. [/latex]

Величина чистой внешней силы, действующей на Систему 2, равна

[latex] {F}_{\text{net}}={F}_{\text{prof}}-f. [/latex]

Решаем для [латекс] {F}_{\text{проф}} [/латекс], искомое количество:

[латекс] {F}_{\text{проф}}={ F} _ {\ text {net}} + f. [/latex]

Значение 9{2})=29\,\text{N}\text{.} [/latex]

Теперь мы можем найти искомую силу:

[латекс] {F}_{\text{prof}}={ F}_{\text{net}}+f=29\,\text{N}+24,0\,\text{N}=53\,\text{N}\text{.} [/latex]

Значение

Эта сила значительно меньше силы в 150 Н, которую профессор приложил назад к полу. Не вся эта сила в 150 Н передается на тележку; часть из них ускоряет профессора. Выбор системы — важный аналитический шаг как в решении задач, так и в глубоком понимании физики ситуации (что не обязательно одно и то же).

Проверьте свое понимание

Два блока покоятся и соприкасаются на поверхности без трения, как показано ниже, с [латексом] {м}_{1}=2,0\,\текст{кг}, [/латекс] [латекс ] {m}_{2}=6.0\,\text{kg}, [/latex] и приложенная сила 24 Н. (a) Найдите ускорение системы блоков. (b) Предположим, что блоки позже разделены. Какая сила будет придавать второму бруску массой 6,0 кг такое же ускорение, как и системе кубиков?

Показать решение

Просмотрите это видео, чтобы увидеть примеры действия и реакции.