Фізика. 9 клас. Головко

§ 40. Третій закон Ньютона. Межі застосування законів Ньютона

• Співвідношення сил, що супроводжують взаємодію тіл

• Третій закон Ньютона

• Межі застосування законів Ньютона

СПІВВІДНОШЕННЯ СИЛ, ЩО СУПРОВОДЖУЮТЬ ВЗАЄМОДІЮ ТІЛ. Під час взаємодії двох тіл кожне з них діє на інше тіло. Стиснувши пружину, відчуємо, що вона, в свою чергу, тисне на руку. Оскільки кількісною мірою взаємодії між тілами є сила, то очевидно, що кожне з них діє на інше з певною силою. Виникає запитання: як пов’язані між собою ці сили?

Проявом будь-якої взаємодії тіл є зміна швидкості їх руху, тобто отримання тілами прискорень. Ці прискорення протилежні за напрямом, а їх значення залежать від початкових умов і можуть бути різними. Сталим залишається відношення абсолютних значень прискорень двох тіл, яке обернено пропорційне відношенню їх мас:

Звідси випливає, що під час взаємодії двох тіл виконується рівність

Рис. 40.1. Взаємодія двох легкорухомих візків

ТРЕТІЙ ЗАКОН НЬЮТОНА. На підставі результатів подібних дослідів був сформульований третій закон Ньютона.

Сили, з якими тіла діють одне на одне, напрямлені вздовж однієї прямої, однакові за модулем та протилежні за напрямом.

Рис. 40.2. Взаємодія книжки та руки.

Важливою особливістю сил, що виникають під час взаємодії тіл, згідно з третім законом Ньютона, є те, що вони завжди мають одну й ту саму природу. У досліді з візками — це сили пружності, зумовлені електромагнітною взаємодією. Сили, з якими Земля та камінь діють одне на одного, мають гравітаційну природу. Відповідно до третього закону Ньютона сили, що виникають під час взаємодії двох тіл, однакові за модулем та протилежні за напрямом, але чому ж вони не врівноважуються? Виявляється, ці сили прикладені до різних тіл, а тому не можуть зрівноважувати одна одну (рис. 40.3). Щоб дві сили зрівноважилися, вони мають бути однакові за модулем, протилежні за напрямом і мають прикладатися до одного тіла.

Рис. 40.3. Взаємодія каменя з Землею

Рис. 40.4. Взаємодія двох скейтбордистів

Значення третього закону Ньютона полягає передусім у тому, що він виражає важливу властивість, спільну для будь-яких взаємодій: дія завжди викликає рівну їй протидію. Важливо, що одна з них прикладена до першого тіла, а інша — до другого. Сили, які діють між тілами, утворюють систему, і їх називають внутрішніми силами системи. Сума внутрішніх сил дорівнює нулю, що значно спрощує вивчення руху тіл, які не можна розглядати як матеріальні точки.

МЕЖІ ЗАСТОСУВАННЯ ЗАКОНІВ НЬЮТОНА. Як і другий, так і третій закон Ньютона виконується тільки в інерціальних системах відліку, визначених першим законом Ньютона. Щоб застосовувати другий та третій закони Ньютона, потрібно обрати систему відліку, в якій на тіла немає зовнішніх впливів або ці впливи скомпенсовані.

Рис. 40.5. Взаємодія легкоатлета із Землею

! Головне в цьому параграфі

Сили, з якими взаємодіючі тіла діють одне на одного, направлені вздовж однієї прямої, рівні за модулем та протилежні за напрямом. Третій закон Ньютона формулюють, ще й так: у дії завжди є протидія.

Закони механіки Ньютона встановлені для макроскопічних тіл, що рухаються порівняно з невеликими швидкостями, які набагато менші за швидкість світла. Закони Ньютона виконуються у інерціальних системах відліку.

Закони Ньютона дають змогу розв’язати основну задачу механіки: якщо відомі сили, що прикладені до тіла, можна визначити прискорення тіла у будь-який момент часу, у будь-якій точці траєкторії. І навпаки, якщо відоме положення тіла у будь-який момент часу, то закони Ньютона допомагають з’ясувати, які сили діють на тіло.

? Запитання для самоперевірки

1. Чи є відмінність між дією і протидією?
2. Чи зрівноважують одна одну сили, що виникають унаслідок взаємодії тіл?
3. Наведіть приклади, що підтверджують третій закон Ньютона.
4. Чим обумовлені межі застосування законів Ньютона?

Вправа до § 40

Рис. 40.7. До завдання 1.

2 (с). Куля масою 1 кг зіштовхується з кулею невідомої маси. Прискорення, яких набули тіла під час взаємодії 0,2 та 0,4 м/с² відповідно. Обчисліть значення сили взаємодії куль і масу другої кулі. Тертям можна знехтувати.

3 (д). Чи може людина:

а) піднятися вгору, схопившись за кінець мотузки, перекинутої через закріплений нерухомий блок та прив’язаній другим кінцем до паска людини;
б) зрушити з місця човен, коли людина, що перебуває в ньому, натисне на борт;
в) витягти саму себе з болота за волосся?

4 (д). Порівняйте модулі прискорень двох сталевих куль під час взаємодії, якщо радіус першої кулі в 2 рази більше радіуса другої.

5 (д). Порівняйте модулі прискорень двох куль однакового радіуса під час зіткнення, якщо перша куля виготовлена зі сталі, а друга зі свинцю.

6 (в). Візок рухається по горизонтальній поверхні зі швидкістю 0,5 м/с. Його наздоганяє другий візок, котрий рухається зі швидкістю 1,5 м/с. Після зіткнення обидва візка рухаються у тому ж напрямку зі швидкістю 1 м/с. Знайдіть відношення мас візків.

7 (в). Візок рухається по горизонтальній поверхні зі швидкістю 30 см/с і стикається з нерухомим візком такої ж маси. У результаті візок, який рухався зупинився. Визначіть швидкість руху другого візка після зіткнення.

Зміст