See võrdlus uurib erinevust Newtoni teise seaduse, mis kirjeldab, kuidas üksiku objekti liikumine muutub jõu rakendamisel, ja kolmanda seaduse vahel, mis selgitab kahe vastastikmõjus oleva keha jõudude vastastikust olemust. Koos moodustavad need klassikalise dünaamika ja masinaehituse aluse.
Esiletused
Teine seadus seob jõu objekti kiiruse muutusega.
Kolmas seadus sätestab, et jõud esinevad alati võrdsetes ja vastandlikes paarides.
Kiirendus on teise seaduse võrrandi peamine väljund.
Vastastikune interaktsioon on kolmanda seaduse põhiprintsiip.
Mis on Newtoni teine seadus?
Keskendub jõu, massi ja kiirenduse vahelisele seosele üksiku objekti puhul.
Üldnimetus: kiirenduse seadus
Põhivalem: F = ma
Süsteemi fookus: üksikobjekti analüüs
Mõõtühik: njuuton (N)
Põhimuutuja: kiirendus (a)
Mis on Newtoni kolmas seadus?
Kirjeldab kahe objekti vahelist vastastikmõju, väites, et jõud eksisteerivad alati paaridena.
Üldnimetus: tegevuse ja vastumõju seadus
Põhikontseptsioon: jõupaarid
Süsteemi fookus: kahe keha vastastikmõju
Suund: võrdne ja vastassuunaline
Põhimuutuja: interaktsioonijõud
Võrdlustabel
Funktsioon
Newtoni teine seadus
Newtoni kolmas seadus
Peamine fookus
Jõu mõju ühele objektile
Kahe objekti vahelise interaktsiooni olemus
Matemaatiline esitus
Jõud võrdub massi ja kiirenduse korrutisega
A jõud B-le = - B jõud A-le
Kaasatud objektide arv
Üks (kiirendatav objekt)
Kaks (vahetuvad kehad)
Seaduse tulemus
Ennustab keha liikumist
Tagab hoo säilitamise
Põhjus vs tagajärg
Selgitab efekti (kiirendust)
Selgitab jõu (interaktsiooni) "päritolu"
Vektori suund
Kiirendus on samas suunas kui netojõud
Jõud toimivad täpselt vastassuundades
Üksikasjalik võrdlus
Individuaalne liikumine vs. vastastikune interaktsioon
Newtoni teist seadust kasutatakse konkreetse objekti käitumise jälgimiseks. Kui teate auto massi ja selle mootori jõudu, siis teine seadus näitab, kui kiiresti see kiireneb. Kolmas seadus vaatleb aga interaktsiooni laiemat pilti; see selgitab, et kui auto rehvid suruvad vastu teed, surub tee rehvidele sama jõuga vastu.
Kvantitatiivne arvutus vs. sümmeetria
Teine seadus on oma olemuselt matemaatiline, andes valemi F=ma kaudu täpsed väärtused, mida inseneriteadus ja ballistika vajavad. Kolmas seadus on füüsikalise sümmeetria avaldus, mis väidab, et midagi ei saa puudutada ilma, et see sind vastu puudutaks. Kuigi teine seadus võimaldab meil arvutada, kui palju jõudu on vaja konkreetse tulemuse saavutamiseks, garanteerib kolmas seadus, et igal jõul on kaksikjõud.
Sisemised vs. välised perspektiivid
Isoleeritud süsteemis kirjeldab teine seadus välise netojõu põhjustatud sisekiirendust. Kolmas seadus selgitab, miks objekt ei saa end liigutada ainult sisejõudude abil. Kuna iga sisemine tõuge tekitab vastassuunas samaväärse sisemise tõmbe, näitab kolmas seadus, miks inimene ei saa end juustest püsti tõmmata ega autot seestpoolt kiirendada.
Rakendus propulsioonis
Raketilaadsed tõukejõusüsteemid tuginevad samaaegselt mõlemale seadusele. Kolmas seadus selgitab mehhanismi: rakett surub heitgaasi allapoole ja gaas surub raketti ülespoole. Teine seadus määrab seejärel tulemuseks oleva jõudluse, arvutades täpselt välja, kui kiiresti rakett kiireneb, lähtudes laeva massist ja selle vastastikmõju tekitatud tõukejõust (jõust).
Plussid ja miinused
Newtoni teine seadus
Eelised
+Trajektoori arvutamiseks hädavajalik
+Mõõdab füüsilist pingutust
+Ennustab objekti käitumist
+Masinaehituse alused
Kinnitatud
−Nõuab täpseid massiandmeid
−Matemaatika võib muutuda keeruliseks
−Piiratud ühe keha fookusega
−Nõuab kõigi jõudude tuvastamist
Newtoni kolmas seadus
Eelised
+Selgitab, kuidas liikumine algab
+Tagab impulsi jäävuse
+Lihtsustab interaktsioonianalüüsi
+Looduses universaalselt rakendatav
Kinnitatud
−Ei anna liikumisväärtusi
−Õpilased tõlgendavad seda sageli valesti
−Lihtne tasakaaluga segi ajada
−Kirjeldab ainult jõupaare
Tavalised eksiarvamused
Müüt
Tegevus- ja reaktsioonijõud tühistavad teineteise.
Tõelisus
Jõud tühistavad teineteise ainult siis, kui nad mõjuvad samale objektile. Kuna tegevus- ja reaktsioonijõud mõjuvad erinevatele objektidele (A B-le ja B A-le), siis nad ei tühista teineteist kunagi, vaid põhjustavad objektide liikumist või deformatsiooni.
Müüt
„Reaktsioonijõud“ ilmneb veidi pärast „toimejõudu“.
Tõelisus
Mõlemad jõud esinevad samaaegselt. Toime ja reaktsiooni vahel ei ole ajalist viivitust; need on sama interaktsiooni kaks poolt, mis eksisteerivad seni, kuni objektid omavahel suhtlevad.
Müüt
F=ma puhul on jõud see, mida objektil 'on' või 'kannab'.
Tõelisus
Objektil ei ole jõudu; sellel on mass ja kiirendus. Jõud on objektile avaldatav väline mõju, nagu selgitab teise seaduse matemaatiline seos.
Müüt
Raskemad esemed suruvad kokkupõrkel kõvemini kui kergemad.
Tõelisus
Kolmanda seaduse kohaselt, isegi kui veoauto liblikat tabab, on veoauto liblikale avaldatav jõud täpselt võrdne liblika veoautole avaldatava jõuga. „Kahjude” erinevus tuleneb teisest seadusest, kuna liblika väike mass põhjustab äärmuslikku kiirendust.
Sageli küsitud küsimused
Kuidas toimivad tegevuse-reaktsiooni paarid, kui objekt liigub?
Liikumine toimub seetõttu, et jõud mõjuvad erinevatele kehadele. Näiteks kõndides surub teie jalg Maad (toime) ja Maa surub teie jalga (reaktsioon). Kuna teie mass on Maaga võrreldes väike, põhjustab kolmanda seaduse jõud teie märkimisväärse kiirenduse, samas kui Maa liikumine jääb märkamatuks.
Kas teine seadus kehtib muutuva massiga objektide puhul?
Standardne F=ma valem eeldab, et mass on konstantne. Selliste objektide nagu raketid puhul, mis kaotavad kütuse põletamisel massi, kasutavad füüsikud teise seaduse keerukamat versiooni, mis keskendub impulsi muutusele ajas.
Miks ei loo kolmanda seaduse kaks jõudu tasakaalu?
Tasakaal tekib siis, kui ühele objektile mõjuvad kaks jõudu, mille summa on null. Kolmas seadus kirjeldab kahte jõudu, mis mõjuvad kahele erinevale objektile. Seega ei saa need jõud ühele kehale summaga võrduda nulliga ja ei loo kummagi üksiku objekti jaoks tasakaaluseisundit.
Kuidas rakett vaakumis töötab, kui pole midagi, mille vastu suruda?
See on klassikaline kolmanda seaduse rakendus. Rakett ei suru vastu õhku, vaid surub vastu omaenda kütust (heitgaase). Gaasi suurel kiirusel tahapoole paisates avaldab gaas raketile võrdse ja vastassuunalise jõu, lükates seda edasi olenemata ümbritsevast keskkonnast.
Kui F=ma, kas nullkiirendus tähendab nulljõudu?
See tähendab, et netojõud on null, mitte et jõude üldse poleks. Objektile võib mõjuda mitu jõudu, kuid kui need on tasakaalus, on kiirendus teise seaduse kohaselt null.
Mis on nendes seadustes jõuühik?
Standardühik on njuuton (N). Üks njuuton on defineeritud kui jõu hulk, mis on vajalik ühe kilogrammi kaaluva massi kiirendamiseks kiirusega üks meeter sekundis ruudus; see definitsioon on tuletatud otse teisest seadusest.
Kas kolmandat seadust saab rakendada gravitatsioonile?
Absoluutselt. Kui Maa tõmbab sind alla 700 njuutoni suuruse gravitatsioonijõuga, tõmbad sa samaaegselt Maad ülespoole täpselt 700 njuutoni suuruse jõuga. Sa liigud Maa poole, sest sinu mass on väiksem, järgides Teise Seaduse loogikat.
Kuidas need seadused selgitavad, miks relv tagasilöögi teeb?
Kui relv tulistab, avaldab see kuulile jõudu, et seda edasi kiirendada (teine seadus). Kolmanda seaduse kohaselt avaldab kuul relvale sama suurt jõudu. Kuna relv on kuulist palju raskem, kiirendab see tagasi (põrkub tagasi) aeglasemalt kui kuul edasi liigub.
Otsus
Kasutage teist seadust, kui teil on vaja arvutada teadaoleva massiga konkreetse objekti liigutamiseks vajalikku kiirust, aega või jõudu. Kasutage kolmandat seadust, kui teil on vaja mõista jõu allikat või analüüsida kahe erineva objekti või pinna vastastikmõju.