ANG IKATLONG BATAS NI NEWTON: MGA APLIKASYON, EKSPERIMENTO AT PAGSASANAY - PISIKAL - 2025

Ang pangatlong batas ng Newton , na tinawag din na aksyon at reaksyon ng batas ay nagsasaad na kapag ang isang bagay ay nagpipilit sa isa pa, ang huli ay nagpapatupad din sa una ng isang puwersa ng pantay na kadahilanan at direksyon at kabaligtaran ng direksyon.

Isinagawa ni Isaac Newton ang kanyang tatlong mga batas na kilala noong 1686 sa kanyang aklat na Philosophiae Naturalis Principia Mathematica o Matematika na Prinsipyo ng Likas na Pilosopiya.

Ang isang space rocket ay tumatanggap ng kinakailangang propulsion salamat sa mga naalis na gas. Pinagmulan: Pixabay.

Paliwanag at pormula

Ang matematika pagbabalangkas ng Ikatlong Batas ng Newton ay napaka-simple:

F ₁₂ = - F ₂₁

Ang isa sa mga puwersa ay tinatawag na aksyon at ang iba pa ay reaksyon. Gayunpaman, kinakailangan upang bigyang-diin ang kahalagahan ng detalyeng ito: kapwa kumikilos sa iba't ibang mga bagay. Ginagawa rin nila ito nang sabay-sabay, bagaman hindi wasto ang terminolohiya na ito na ang aksyon ay nangyari bago at reaksyon pagkatapos.

Yamang ang mga puwersa ay mga vektor, sila ay sinasabing naka-bold. Ang equation na ito ay nagpapahiwatig na mayroon kaming dalawang bagay: object 1 at object 2. Ang puwersa F ₁₂ ay ang isa na naipalabas ng object 1 sa object 2. Ang puwersa F ₂₁ ay isinagawa ng object 2 sa object 1. At ang sign (-) ay nagpapahiwatig na kabaligtaran sila.

Sa pamamagitan ng maingat na pagsunod sa ikatlong batas ng Newton, ang isang mahalagang pagkakaiba ay sinusunod sa unang dalawa: habang hinihimok nila ang isang solong bagay, ang ikatlong batas ay tumutukoy sa dalawang magkakaibang mga bagay.

At iyon ay kung maisip mong mabuti, ang mga pakikipag-ugnay ay nangangailangan ng mga pares ng mga bagay.

Iyon ang dahilan kung bakit ang pagkilos at reaksyon ng mga puwersa ay hindi kinansela ang bawat isa o balanse, bagaman mayroon silang parehong laki at direksyon, ngunit ang kabaligtaran na direksyon: inilapat ang mga ito sa iba't ibang mga katawan.

Aplikasyon

Pakikipag-ugnayan sa bola-ground

Narito ang isang pang-araw-araw na aplikasyon ng isang pakikipag-ugnay na may kaugnayan sa Ikatlong Batas ng Newton: isang patayo na pagbagsak ng bola at ang Earth. Ang bola ay nahuhulog sa lupa dahil ang Earth ay nagsasabing isang kaakit-akit na puwersa, na kilala bilang grabidad. Ang puwersa na ito ay nagiging sanhi ng pagbagsak ng bola na may palaging pagbilis ng 9.8 m / s ² .

Gayunpaman, bahagya ang sinuman ang nag-iisip tungkol sa katotohanan na ang bola ay nagpapalabas din ng isang kaakit-akit na puwersa sa Earth. Siyempre ang lupa ay nananatiling hindi nagbabago, dahil ang masa nito ay mas malaki kaysa sa bola at samakatuwid ay nakakaranas ng napabayaan na pagbilis.

Ang isa pang kilalang punto tungkol sa ikatlong batas ni Newton ay ang pakikipag-ugnay sa pagitan ng dalawang bagay na nakikipag-ugnay ay hindi kinakailangan. Ito ay maliwanag mula sa halimbawa na binanggit lamang: ang bola ay hindi pa nakikipag-ugnay sa Earth, ngunit gayunpaman ipinag-aakit nito. At ang bola sa Earth din.

Ang isang puwersa tulad ng gravity, na kumikilos nang hindi malinaw kung may ugnayan sa pagitan ng mga bagay o hindi, ay tinatawag na "puwersa ng pagkilos sa layo". Sa kabilang banda, ang mga puwersa tulad ng alitan at normal ay hinihiling na makipag-ugnay sa mga bagay, na ang dahilan kung bakit tinawag silang "contact Force".

Ang mga formula na nakuha mula sa halimbawa

Pagbabalik sa pares ng mga bola ng bola - Mundo, pagpili ng mga indeks P para sa bola at T para sa lupa at nag-aaplay ng pangalawang batas ni Newton sa bawat kalahok sa sistemang ito, nakuha namin:

_Resulta F = m. sa

Ang ikatlong batas ay nagsasaad na:

m _P a _P = - m _T a _T

isang _P = 9.8 m / s ^{2 na} nakadirekta patayo pababa. Dahil ang paggalaw na ito ay nangyayari sa kahabaan ng patayong direksyon, ang notasyon ng vector (naka-bold) ay maaaring ma-dispense; at pagpili ng paitaas na direksyon bilang positibo at pababang bilang negatibo, mayroon tayong:

isang _P = 9.8 m / s ²

m _T ≈ 6 x 10 ²⁴ Kg

Anuman ang masa ng bola, ang pagpabilis ng Earth ay zero. Iyon ang dahilan kung bakit napansin na ang bola ay bumaba patungo sa Daigdig at hindi sa iba pang paraan sa paligid.

Ang pagpapatakbo ng isang rocket

Ang mga Rockets ay isang mabuting halimbawa ng paglalapat ng ikatlong batas ng Newton. Ang rocket na ipinakita sa imahe sa simula ay tumataas salamat sa pagpilit ng mga mainit na gas sa mataas na bilis.

Marami ang naniniwala na nangyayari ito dahil ang mga gas na ito ay kahit papaano ay "sandalan" sa kapaligiran o sa lupa upang suportahan at itulak ang rocket. Hindi naman ito gumana.

Kung paanong ang puwersa ng rocket ay nagpipilit sa mga gas at pinatalsik ang mga ito pabalik, ang mga gas ay nagbibigay lakas sa rocket, na may parehong modulus, ngunit kabaligtaran ng direksyon. Ang puwersa na ito ay kung ano ang nagbibigay sa rocket ng pataas na pagbilis nito.

Kung wala kang ganoong rocket sa kamay, may iba pang mga paraan upang suriin na ang Ikatlong Batas ng Newton ay gumagana upang magbigay ng propulsyon. Ang mga rocket ng tubig ay maaaring itayo, kung saan ang kinakailangang thrust ay ibinigay ng tubig na pinalayas sa pamamagitan ng isang gas sa ilalim ng presyon.

Dapat pansinin na ang paglulunsad ng isang rocket ng tubig ay tumatagal ng oras at nangangailangan ng maraming pag-iingat.

Paggamit ng mga skate

Ang isang mas abot-kayang at agarang paraan upang masubukan ang epekto ng Ikatlong Batas ng Newton ay sa pamamagitan ng paglalagay ng isang pares ng mga skate at hinihimok ang iyong sarili laban sa isang pader.

Karamihan sa mga oras na ang kakayahang magpalakas ng lakas ay nauugnay sa mga bagay na kumikilos, ngunit ang katotohanan ay ang mga bagay na hindi mabago ay maaari ring makapangyayari. Ang skater ay hinihimok pasulong salamat sa puwersa na pinapatakbo sa kanya ng pader ng hindi gumagalaw.

Ang mga ibabaw sa contact exert (normal) contact pwersa sa bawat isa. Kapag ang isang libro ay nagpapahinga sa isang pahalang na mesa, inilalabas nito ang isang patayong puwersa na tinatawag na normal dito. Ang libro ay naglalagay sa talahanayan ng isang patayong puwersa ng parehong halaga ng numero at kabaligtaran ng direksyon.

Eksperimento para sa mga bata: ang mga skater

Ang mga bata at matatanda ay madaling makaranas ng ikatlong batas ng Newton at mapatunayan na ang mga pagkilos at reaksyon na puwersa ay hindi nakansela at may kakayahang magbigay ng mga paggalaw.

Ang dalawang mga skater sa yelo o sa isang napaka-makinis na ibabaw ay maaaring magpalipat-lipat sa bawat isa at makaranas ng mga paggalaw sa kabaligtaran na direksyon, mayroon man silang parehong masa o hindi, salamat sa batas ng aksyon at reaksyon.

Isaalang-alang ang dalawang skater na may iba't ibang masa. Nasa gitna sila ng isang ice rink na may kapabayaang alitan at sa una ay nagpapahinga. Sa isang sandali na itinutulak nila ang bawat isa sa pamamagitan ng paglalapat ng palagiang puwersa sa mga palad ng kanilang mga kamay. Paano sila dalawa maglipat?

Dalawang skater ang nagtutulak sa bawat isa sa gitna ng isang ice rink. Pinagmulan: Benjamin Crowell (gumagamit ng Wikipedia bcrowell)

Mahalagang tandaan na dahil ito ay isang frictionless na ibabaw, ang tanging hindi balanseng puwersa ay ang mga puwersa na inilalapat ng mga skater sa bawat isa. Bagaman ang bigat at normal na kilos sa pareho, ang mga puwersang ito ay nagbabalanse, kung hindi man ay mapabilis ang mga skater sa isang patayong direksyon.

Inilapat ang mga formula sa halimbawang ito

Ang ikatlong batas ng Newton ay nagsasaad na:

F ₁₂ = - F ₂₁

Iyon ay, ang puwersa na isinagawa ng skater 1 sa 2 ay pantay-pantay sa kalakha sa na isinagawa ng 2 sa 1, na may parehong direksyon at kabaligtaran na direksyon. Tandaan na ang mga puwersang ito ay inilalapat sa iba't ibang mga bagay, sa parehong paraan na ang mga puwersa ay inilapat sa bola at Earth sa nakaraang halimbawa ng konsepto.

m ₁ hanggang ₁ = -m ₂ hanggang ₂

Dahil ang mga puwersa ay kabaligtaran, ang pagbilis na sanhi nito ay magiging kabaligtaran din, ngunit ang kanilang mga magnitude ay magkakaiba, dahil ang bawat skater ay may iba't ibang masa. Tingnan natin ang pagpabilis na nakuha ng unang skater:

Kaya ang kilusang susunod na mangyayari ay ang paghihiwalay ng parehong mga skater sa kabaligtaran ng direksyon. Sa prinsipyo ang mga skater ay nagpapahinga sa gitna ng track. Ang bawat isa ay may lakas sa iba pang nagbibigay ng pabilis hangga't ang mga kamay ay nakikipag-ugnay at tumatagal ang tulak.

Pagkatapos nito ang mga skater ay lumayo mula sa bawat isa na may pantay na rectilinear na paggalaw, bilang hindi balanse na puwersa ay hindi na kumilos. Ang bilis ng bawat skater ay magkakaiba kung ang kanilang masa din.

Nalutas ang ehersisyo

Upang malutas ang mga problema kung saan dapat ilapat ang mga batas ng Newton, kinakailangan na maingat na iguhit ang mga puwersa na kumikilos sa bagay. Ang pagguhit na ito ay tinatawag na "free-body diagram" o isang "nakahiwalay na diagram ng katawan." Ang mga puwersa na isinagawa ng katawan sa iba pang mga bagay ay hindi dapat ipakita sa diagram na ito.

Kung mayroong higit sa isang bagay na kasangkot sa problema, kinakailangan upang gumuhit ng isang diagram ng libreng katawan para sa bawat isa sa mga bagay, na naaalala na ang mga pares ng aksyon-reaksyon ay kumikilos sa iba't ibang mga katawan.

a) Ang pagpabilis na nakuha ng bawat skater salamat sa pagtulak.

b) Ang bilis ng bawat isa kapag naghiwalay sila

Solusyon

a) Dalhin ang positibong pahalang na direksyon mula sa kaliwa hanggang kanan. Ang paglalapat ng ikalawang batas ni Newton sa mga halagang ibinigay ng pahayag na mayroon kami:

F ₂₁ = m ₁ hanggang ₁

Mula saan:

Para sa pangalawang tagapag-isketing:

b) Ang kinematic equation ng pantay na pinabilis na paggalaw ng rectilinear ay ginagamit upang makalkula ang bilis na dala nila tulad ng paghihiwalay nila:

Ang paunang tulin ay 0, dahil sila ay nagpapahinga sa gitna ng track:

v _f = at

v _f1 = isang ₁ t = -4 m / s ² . 0.40 s = -1.6 m / s

v _f2 = a ₂ t = +2.5 m / s ² . 0.40 s = +1 m / s

Mga Resulta

Tulad ng inaasahan, ang taong 1 na mas magaan ay nakakakuha ng mas malaking pabilis at samakatuwid ay mas mataas na bilis. Ngayon pansinin ang sumusunod tungkol sa produkto ng masa at ang bilis ng bawat skater:

m ₁ v ₁ = 50 kg. (-1.6 m / s) = - 80 kg.m / s

m ₂ v ₂ = 80 kg. 1 m / s = +80 kg.m / s

Ang kabuuan ng parehong mga produkto ay 0. Ang produkto ng masa at bilis ay tinatawag na momentum P. Ito ay isang vector na may parehong direksyon at pakiramdam ng bilis. Kapag ang mga skater ay nagpapahinga at ang kanilang mga kamay ay nakikipag-ugnay, maaaring ipagpalagay na nabuo nila ang parehong bagay na ang momentum ay:

P _o = (m ₁ + m ₂ ) v _o = 0

Matapos makumpleto ang pagtulak, ang dami ng paggalaw ng sistema ng skating ay nananatiling 0. Samakatuwid ang halaga ng paggalaw ay natipid.

Mga halimbawa ng ikatlong batas ni Newton sa pang-araw-araw na buhay

Maglakad

Ang paglalakad ay isa sa mga pinaka-pang-araw-araw na pagkilos na maaaring isagawa. Kung maingat na sinusunod, ang pagkilos ng paglalakad ay nangangailangan ng pagtulak sa paa laban sa lupa, upang bumalik ito ng isang pantay at kabaligtaran na puwersa sa paa ng naglalakad.

Habang naglalakad kami ay patuloy naming inilalapat ang pangatlong batas ng Newton. Pinagmulan: Pixabay.

Ito ay tiyak na puwersa na nagbibigay-daan sa mga tao na lumakad. Sa paglipad, ang mga ibon ay nagpipilit ng hangin at ang hangin ay nagtutulak sa mga pakpak upang ang ibon ay humihimok mismo.

Paggalaw ng isang kotse

Sa isang kotse, ang mga gulong ay nagpipilit ng simento. Salamat sa reaksyon ng simento, pinipilit ang mga puwersa sa mga gulong na pasulong sa kotse.

Palakasan

Sa palakasan, ang mga puwersa ng aksyon at reaksyon ay marami at may isang aktibong pakikilahok.

Halimbawa, tingnan natin ang atleta kasama ang kanyang paa na nakapahinga sa isang starter block. Ang bloke ay nagbibigay ng isang normal na puwersa bilang reaksyon sa pagtulak na inilalabas ng mga atleta dito. Ang resulta ng normal at ang bigat ng runner, na nagreresulta sa isang pahalang na puwersa na nagpapahintulot sa atleta na itulak ang kanyang sarili pasulong.

Ang atleta ay gumagamit ng starter block upang magdagdag ng pasulong na momentum sa simula. Pinagmulan: Pixabay.

Hose ng apoy

Ang isa pang halimbawa kung saan naroroon ang ikatlong batas ni Newton ay sa mga bumbero na may hawak na mga hose ng sunog. Ang pagtatapos ng mga malalaking hose na ito ay may hawakan sa nozzle na dapat hawakan ng bumbero kapag lumabas ang jet ng tubig, upang maiwasan ang pag-urong na naganap kapag ang tubig ay nagmamadali.

Para sa parehong kadahilanan, maginhawa upang itali ang mga bangka sa pantalan bago iwanan ang mga ito, dahil sa pamamagitan ng pagtulak sa kanilang sarili na maabot ang pantalan, isang puwersa ay ibinibigay sa bangka na gumagalaw sa ito.

Mga Sanggunian

1. Giancoli, D. 2006. Pisika: Mga Prinsipyo na may Aplikasyon. Ika-anim na Edisyon. Prentice Hall. 80 - 82.
2. Rex, A. 2011. Mga Batayan ng Pisika. Pearson. 73 - 75.
3. Tipler, P. 2010. Physics. Dami 1. Ika-5 Edition. Editoryal na Reverté. 94 - 95.
4. Stern, D. 2002. Mula sa mga astronomo hanggang sa mga sasakyang pangalangaang. Kinuha mula sa: pwg.gsfc.nasa.gov.