В данной статье мы разберем, как направлены силы, которые возникают при взаимодействии различных тел. Рассмотрим основные положения третьего закона Ньютона и приведем примеры проявления этого закона на практике.
Формулировка третьего закона Ньютона
Итак, третий закон Ньютона гласит:
При взаимодействии тела действуют друг на друга с силами, равными по величине, противоположными по направлению, одинаковыми по природе и лежащими на прямой, проходящей через центры тел.
Из этого определения следует, что силы, возникающие при взаимодействии:
- Равны по величине
- Противоположны по направлению
- Одинаковы по природе (упругости, трения и т.д.)
- Лежат на одной прямой линии, проходящей через центры взаимодействующих тел
Проявление третьего закона Ньютона на практике
Рассмотрим несколько примеров, демонстрирующих действие третьего закона Ньютона в реальных ситуациях.
1. Столкновение тел
При ударе двух тел (например, при столкновении автомобилей) возникает их деформация и появляются силы упругости F21 и F12. Эти силы:
- Равны по величине
- Направлены в противоположные стороны
- Одинаковы по природе (являются силами упругости)
Таким образом, при столкновении тел проявляется третий закон Ньютона.
2. Взаимодействие тел с Землей
Рассмотрим силу тяжести FT, с которой тело действует на поверхность Земли, и силу реакции опоры N, с которой Земля действует на тело:
- Эти силы равны по величине: FT = N
- Направлены в противоположные стороны: вниз и вверх
- Одинаковы по природе (являются силами упругости)
Здесь мы также наблюдаем соблюдение третьего закона Ньютона.
3. Взаимодействие двух канатоходцев
Рассмотрим ситуацию, когда два канатоходца стоят друг напротив друга на параллельных опорах и взаимодействуют с помощью длинной палки, упираясь в нее руками. Реакции R1 и R2, возникающие в точках опоры, также подчиняются третьему закону Ньютона, будучи равными по величине, противоположно направленными и возникающими за счет упругой деформации тел.
| Силы: | R1 и R2 |
| Равенство величин: | Да |
| Противоположность направлений: | Да |
| Одинаковость природы: | Да, силы упругости |
И в данном случае мы видим подтверждение третьего закона Ньютона.
Другие проявления третьего закона Ньютона
Помимо рассмотренных выше примеров, третий закон Ньютона проявляется и во многих других ситуациях. Рассмотрим некоторые из них.
Взаимодействие постоянных магнитов
Если рассмотреть два постоянных магнита, которые притягиваются или отталкиваются, то и на них будут действовать равные по модулю и противоположно направленные магнитные силы. Эти силы возникают за счет взаимодействия магнитных полей и также подчиняются третьему закону Ньютона.
Плавание тел
Когда тело погружено в жидкость, на него действуют две силы:
- Сила тяжести FT, направленная вниз
- Сила Архимеда FA, направленная вверх
Эти силы всегда равны по модулю, противоположны и обусловлены гравитационным взаимодействием тел. Поэтому при плавании тел также выполняется третий закон Ньютона.
Движение жидкостей и газов
Силы внутреннего трения, возникающие между слоями жидкости или газа при их относительном движении, также подчиняются третьему закону Ньютона. Эти силы расположены вдоль поверхности соприкосновения слоев, равны по модулю, направлены в противоположные стороны и обусловлены межмолекулярным взаимодействием.
Деформация твердых тел
При деформации твердых тел (сжатии, растяжении, изгибе, кручении) возникают внутренние механические напряжения, которые также подчиняются третьему закону Ньютона. Эти напряжения равны, противоположно направлены и вызваны упругими свойствами материала.
Вращение тел
Если рассматривать твердое тело, вращающееся вокруг неподвижной оси, то на него будет действовать сила инерции Fи, направленная по касательной от оси вращения. Согласно третьему закону Ньютона, тело будет действовать на ось с равной по модулю силой Fт.
Вместо заключения
Итак, как было показано на конкретных примерах, силы, возникающие при взаимодействии тел, всегда удовлетворяют положениям третьего закона Ньютона. Они равны по модулю, противоположны по направлению, имеют одинаковую природу и лежат на одной прямой линии.
Соблюдение этого фундаментального физического закона можно наблюдать в самых разнообразных ситуациях - при ударах и столкновениях, при взаимодействии тел с опорами и подвесами, при деформациях твердых тел и жидкостей и т.д. Понимание третьего закона Ньютона крайне важно для изучения механики и физики в целом.
