De De derde wet van Newton, ook wel genoemd wet van actie en reactie stelt dat wanneer het ene object kracht op het andere uitoefent, het laatste ook op het eerste een kracht van gelijke grootte en richting en tegengestelde richting uitoefent.
Isaac Newton maakte zijn drie wetten in 1686 bekend in zijn boek Philosophiae Naturalis Principia Mathematica o Wiskundige principes van natuurlijke filosofie.
Artikel index
De wiskundige formulering van de derde wet van Newton is heel eenvoudig:
F.12 -F.eenentwintig
Een van de krachten wordt geroepen actie en de andere is de reactie. Het is echter noodzakelijk om het belang van dit detail te benadrukken: beide werken op verschillende objecten. Ze doen het ook tegelijkertijd, hoewel deze terminologie ten onrechte suggereert dat de actie ervoor en de reactie erna plaatsvindt..
Omdat krachten vectoren zijn, worden ze vetgedrukt weergegeven. Deze vergelijking geeft aan dat we twee objecten hebben: object 1 en object 2. De kracht F.12 is degene die door object 1 op object 2 wordt uitgeoefend. De kracht F.eenentwintig wordt uitgeoefend door object 2 op object 1. En het teken (-) geeft aan dat ze tegenovergesteld zijn.
Bij het zorgvuldig observeren van de derde wet van Newton, wordt een belangrijk verschil waargenomen met de eerste twee: terwijl ze een enkel object aanroepen, verwijst de derde wet naar twee verschillende objecten.
En is dat als je goed nadenkt, interacties paren van objecten vereisen.
Om deze reden heffen de actie- en reactiekrachten elkaar niet op of balanceren ze elkaar, ook al hebben ze dezelfde grootte en richting, maar de tegenovergestelde richting: ze worden op verschillende lichamen toegepast..
Hier is een heel alledaagse toepassing van een interactie die verband houdt met de derde wet van Newton: een verticaal vallende bal en de aarde. De bal valt op de grond omdat de aarde een aantrekkingskracht uitoefent, die bekend staat als zwaartekracht. Door deze kracht valt de bal met een constante versnelling van 9,8 m / stwee.
Bijna niemand denkt er echter aan dat de bal ook een aantrekkingskracht uitoefent op de aarde. De aarde blijft natuurlijk onveranderd, want zijn massa is veel groter dan die van de bal en ervaart daardoor een verwaarloosbare versnelling.
Een ander opmerkelijk punt over de derde wet van Newton is dat contact tussen de twee op elkaar inwerkende objecten niet nodig is. Uit het zojuist aangehaalde voorbeeld blijkt wel: de bal heeft nog geen contact met de aarde gemaakt, maar oefent toch zijn aantrekkingskracht uit. En de bal ook op aarde.
Een kracht zoals de zwaartekracht, die onduidelijk werkt, ongeacht of er contact is tussen objecten of niet, wordt een "actiekracht op afstand" genoemd. Aan de andere kant vereisen krachten zoals wrijving en normaal dat de op elkaar inwerkende objecten in contact zijn, daarom worden ze "contactkrachten" genoemd..
Terugkerend naar het paar objecten bal - aarde, de indices P voor de bal en T voor de aarde kiezen en de tweede wet van Newton toepassen op elke deelnemer aan dit systeem, krijgen we:
F.resulterend = m.naar
De derde wet stelt dat:
mP.naarP. = - mTnaarT
naarP. = 9,8 m / stwee verticaal naar beneden gericht. Aangezien deze beweging in verticale richting plaatsvindt, kan de vectornotatie (vet) achterwege blijven; en als we de opwaartse richting als positief en naar beneden als negatief kiezen, hebben we:
naarP. = 9,8 m / stwee
mT ≈ 6 x 10 24 Kg
Ongeacht de massa van de bal is de versnelling van de aarde nul. Daarom wordt opgemerkt dat de bal naar de aarde valt en niet andersom..
Raketten zijn een goed voorbeeld van het toepassen van de derde wet van Newton. De raket die in de afbeelding aan het begin wordt getoond, stijgt dankzij de voortstuwing van hete gassen met hoge snelheid.
Velen geloven dat dit gebeurt omdat deze gassen op de een of andere manier "leunen" op de atmosfeer of op de grond om de raket te ondersteunen en voort te stuwen. Zo werkt het niet.
Net zoals de raket kracht uitoefent op de gassen en ze naar achteren verdrijft, oefenen de gassen een kracht uit op de raket, die dezelfde modulus heeft, maar in tegengestelde richting. Deze kracht geeft de raket zijn opwaartse versnelling.
Als je niet zo'n raket bij de hand hebt, zijn er andere manieren om te controleren of de derde wet van Newton werkt om voor voortstuwing te zorgen. Er kunnen waterraketten worden gebouwd, waarbij de nodige stuwkracht wordt geleverd door het water dat wordt verdreven door middel van een gas onder druk..
Opgemerkt moet worden dat het opstarten van een waterraket tijd kost en veel voorzorgsmaatregelen vereist.
Een meer betaalbare en directe manier om het effect van de derde wet van Newton te controleren, is door een paar schaatsen aan te trekken en jezelf tegen een muur te duwen..
Meestal wordt het vermogen om kracht uit te oefenen geassocieerd met objecten die in beweging zijn, maar de waarheid is dat immobiele objecten ook krachten kunnen uitoefenen. De schaatser wordt naar achteren geduwd dankzij de kracht die de immobiele muur op hem uitoefent.
De contactvlakken oefenen (normale) contactkrachten met elkaar uit. Wanneer een boek op een horizontale tafel rust, oefent het een verticale kracht uit die er normaal op wordt genoemd. Het boek oefent op de tafel een verticale kracht uit van dezelfde numerieke waarde en tegengestelde richting.
Kinderen en volwassenen kunnen gemakkelijk de derde wet van Newton ervaren en verifiëren dat de actie- en reactiekrachten elkaar niet opheffen en in staat zijn om bewegingen te maken..
Twee schaatsers op het ijs of op een zeer glad oppervlak kunnen elkaar voortstuwen en bewegingen in de tegenovergestelde richting ervaren, of ze nu dezelfde massa hebben of niet, dankzij de wet van actie en reactie.
Beschouw twee skaters met heel verschillende massa's. Ze staan midden op een ijsbaan met verwaarloosbare wrijving en zijn aanvankelijk stil. Op een gegeven moment duwen ze elkaar door constante kracht uit te oefenen met de handpalmen. Hoe zullen ze allebei verhuizen??
Het is belangrijk op te merken dat aangezien het een wrijvingsloos oppervlak is, de enige onevenwichtige krachten de krachten zijn die de schaatsers op elkaar uitoefenen. Hoewel het gewicht en de normaal op beide inwerken, balanceren deze krachten, anders zouden de schaatsers in verticale richting versnellen.
De derde wet van Newton stelt dat:
F.12 -F.eenentwintig
Dat wil zeggen, de kracht die wordt uitgeoefend door schaatser 1 op 2 is gelijk in grootte aan die uitgeoefend door 2 op 1, met dezelfde richting en tegengestelde richting. Merk op dat deze krachten op verschillende objecten worden toegepast, op dezelfde manier dat de krachten in het vorige conceptuele voorbeeld op de bal en de aarde werden uitgeoefend..
m1 naar1 = -mtwee naartwee
Omdat de krachten tegengesteld zijn, zullen de versnellingen die ze veroorzaken ook tegengesteld zijn, maar hun grootte zal anders zijn, aangezien elke schaatser een andere massa heeft. Laten we eens kijken naar de versnelling die de eerste skater heeft verworven:
Dus de volgende beweging is de scheiding van beide schaatsers in tegengestelde richtingen. In principe lagen de schaatsers midden op de baan stil. Elk oefent een kracht uit op de ander die voor versnelling zorgt zolang de handen in contact zijn en de duw duurt.
Daarna bewegen de schaatsers zich van elkaar af met een uniforme rechtlijnige beweging, omdat ongebalanceerde krachten niet langer werken. De snelheid van elke schaatser zal anders zijn als hun massa dat ook is.
Om problemen op te lossen waarbij de wetten van Newton moeten worden toegepast, is het noodzakelijk om zorgvuldig de krachten te tekenen die op het object inwerken. Deze tekening wordt een "vrijlichaam-diagram" of een "geïsoleerd-lichaam diagram" genoemd. De krachten die door het lichaam op andere objecten worden uitgeoefend, mogen in dit diagram niet worden weergegeven..
Als er meer dan één object bij het probleem betrokken is, is het noodzakelijk om voor elk van de objecten een vrijlichaamdiagram te tekenen, waarbij u eraan herinnert dat de actie-reactieparen op verschillende lichamen inwerken..
1- De schaatsers van de vorige sectie hebben respectieve massa's m1 = 50 kg en mtwee = 80 kg. Ze duwen elkaar met een constante kracht van 200 N. Het duwen duurt 0,40 seconden. Vind:
a) De versnelling die elke schaatser verkrijgt dankzij de stuwkracht.
b) De snelheid van elk wanneer ze uit elkaar gaan
a) Neem als positieve horizontale richting degene die van links naar rechts gaat. Als we de tweede wet van Newton toepassen met de waarden die door de verklaring worden verstrekt, hebben we:
F.eenentwintig = m1naar1
Waarvan:
Voor de tweede schaatser:
b) Om de snelheid te berekenen die ze dragen net bij het scheiden, worden de kinematische vergelijkingen van uniform versnelde rechtlijnige beweging gebruikt:
De beginsnelheid is 0, aangezien ze in het midden van de baan stilstonden:
vF. = bij
vf1 = een1t = -4 m / stwee . 0,40 s = -1,6 m / s
vf2 = eentweet = +2,5 m / stwee . 0,40 s = +1 m / s
Zoals verwacht, verwerft persoon 1, die lichter is, een grotere versnelling en dus meer snelheid. Let nu op het volgende over het product van de massa en de snelheid van elke schaatser:
m1 v1 = 50 kg. (-1,6 m / s) = - 80 kg.m / s
mtwee vtwee = 80 kg. 1 m / s = +80 kg.m / s
De som van beide producten is 0. Het product van massa en snelheid wordt momentum P genoemd. Het is een vector met dezelfde richting en gevoel voor snelheid. Als de schaatsers in rust waren en hun handen in contact waren, kon worden aangenomen dat ze hetzelfde object vormden waarvan het momentum was:
P.of = (m1 +mtwee) vof = 0
Na het einde van de push blijft de hoeveelheid beweging van het schaatssysteem 0. Hierdoor blijft de hoeveelheid beweging behouden.
Lopen is een van de meest alledaagse handelingen die kunnen worden uitgevoerd. Indien zorgvuldig geobserveerd, vereist de handeling van het lopen het duwen van de voet tegen de grond, zodat deze een gelijke en tegengestelde kracht op de voet van de rollator teruggeeft..
Het is precies die kracht die mensen in staat stelt te lopen. Tijdens de vlucht oefenen de vogels kracht uit op de lucht en de lucht duwt de vleugels zodat de vogel zichzelf voortstuwt.
Bij een auto oefenen de wielen krachten uit op de stoep. Dankzij de reactie van het wegdek oefent het krachten uit op de banden die de auto voortstuwen.
In de sport zijn de krachten van actie en reactie talrijk en hebben ze een zeer actieve deelname.
Laten we bijvoorbeeld eens kijken naar de atleet met zijn voet op een startblok. Het blok geeft een normale kracht als reactie op de druk die de atleet erop uitoefent. Het resultaat van deze normaal en het gewicht van de loper, resulteren in een horizontale kracht die de atleet in staat stelt zichzelf voort te stuwen..
Een ander voorbeeld waar de derde wet van Newton aanwezig is, zijn brandweerlieden die brandslangen vasthouden. Het uiteinde van deze grote slangen heeft een handvat op het mondstuk dat de brandweerman moet vasthouden wanneer de waterstraal naar buiten komt, om de terugslag te voorkomen die optreedt wanneer het water stroomt..
Om dezelfde reden is het handig om de boten aan het dok te binden voordat ze ze verlaten, omdat wanneer ze zichzelf duwen om het dok te bereiken, een kracht op de boot wordt uitgeoefend die deze ervan af beweegt..
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.