Strona główna
Zadania
ZakładkiForces and momentum
Newton's third law of motion
Trzecia zasada dynamiki Newtona
True or False? The sizes of the forces in an action-reaction force pair may be different.
Filip prowadzi prace na zewnątrz statku kosmicznego, ale teraz zabrakło paliwa w jego plecaku odrzutowym. Jak może wrócić do statku zanim skończy mu się powietrze? Po odpowiedź na to pytanie trzeba wrócić na Ziemię. Oto Kimo i Jenny! Kimo popycha Jenny, ale co się dzieje?
Oboje się poruszają. Oboje przyspieszają! Wygląda to tak: Kimo działa na Jenny siłą skierowaną w tę stronę, ale skoro Kimo też się porusza, na Kimo także musi działać siła. Nie ma zmiany prędkości bez działania siły. Pierwsza zasada dynamiki!
Dlatego zarówno na Kimo, jak i na Jenny działa pewna siła. Dwie siły o takich samych wartościach, ale przeciwnych zwrotach. Nazywamy je siłami akcji i reakcji. Widzieliście lub odczuliście to wiele razy: właśnie dlatego boli nas ręka, gdy uderzymy nią w ścianę, helikopter lata, pływak płynie do przodu poruszając ramionami, a broń odskakuje po wystrzeleniu z niej. Wszystkie te działania wywołują siły akcji i reakcji.
Na tym właśnie polega trzecia zasada dynamiki Newtona. Mówi ona tak: gdy dane ciało działa na inne ciało pewną siłą, na pierwsze ciało też działa siła o takiej samej wartości, ale przeciwnym zwrocie. Ręka naciska na ścianę, a ściana naciska na rękę. Helikopter popycha powietrze w dół, a powietrze popycha helikopter w górę. Pływak odpycha wodę do tyłu, a woda popycha pływaka do przodu.
Broń popycha pocisk do przodu, a pocisk odpycha broń w tył. To samo mamy tutaj. Gdy Kimo popycha Jenny, Jenny także popycha Kimo, ale w przeciwną stronę. Siła działająca na Kimo ma taką samą wartość, jak siła działająca na Jenny. Ponieważ Kimo i Jenny ważą tyle samo, pokonują taką samą odległość.
Co się jednak stanie, gdy zastąpimy Jenny czymś cięższym? Wartość siły reakcji będzie taka sama, jak w przypadku popchnięcia Kimo, ale słoń przesunie się tylko trochę. Ma to związek z drugą zasadą dynamiki Newtona. Trzeba większej siły, aby nadać przyspieszenie dużej masie, niż małej masie. Zatrzymajcie film i spróbujcie samodzielnie to przeanalizować!
No dobrze, a tutaj? Kimo naciska na ścianę! Ściana z kolei w ogóle się nie porusza. To samo tu. Siły mają taką samą wartość, ale ściana jest przytwierdzona do podłoża, z kolei podłoże jest przymocowane do Ziemi! Przyspieszenie równa się siła podzielona przez masę, a Ziemia ma o wiele większą masę, więc nawet nie zauważamy jej przyspieszenia.
Teraz Kimo ma pomysł, który może pomóc Filipowi dzięki użyciu trzech zasad dynamiki Newtona! Kimo działa siłą na piłkę, która zmienia prędkość i leci. Pierwsza zasada dynamiki. Gdy mocno ją rzuca, siła jest duża, a piłka znacznie przyspiesza. Druga zasada dynamiki.
Na Kimo działa siła reakcji o takiej samej wartości i przeciwnym zwrocie. Trzecia zasada dynamiki. I wreszcie mamy tarcie, które spowalnia ruch. Jak to pomoże Filipowi? Filip może zrobić to samo!
Rzucić coś i wykorzystać siłę reakcji, aby wrócić do statku kosmicznego! Wystarczy coś małego. Tak, na przykład klucz! W jakim kierunku trzeba go rzucić? Woooow!
Dokładnie! Aby zbliżyć się do statku, trzeba rzucić klucz w odwrotną stronę! Gdy Filip rzuca klucz, siła reakcji odpycha go w przeciwną stronę. Masa Filipa jest większa od masy klucza, więc przyspiesza on tylko trochę. Nie jest to jednak ważne bo w kosmosie nie ma siły tarcia, która mogłaby spowolnić jego ruch.
W ten sposób trzy zasady dynamiki Newtona razem pomogły Filipowi. Teraz miejmy nadzieję, że klucz, który porusza się ze stałą prędkością w kosmosie, nie zderzy się z niczym ważnym.