Šiame palyginime nagrinėjamas skirtumas tarp antrojo Niutono dėsnio, kuris aprašo, kaip pasikeičia vieno objekto judėjimas, kai jam veikia jėga, ir trečiojo dėsnio, kuris paaiškina abipusį jėgų tarp dviejų sąveikaujančių kūnų pobūdį. Kartu jie sudaro klasikinės dinamikos ir mechanikos inžinerijos pagrindą.
Akcentai
Antrasis dėsnis susieja jėgą su objekto greičio pokyčiu.
Trečiasis dėsnis teigia, kad jėgos visada veikia lygiomis ir priešingomis poromis.
Pagreitis yra pagrindinis Antrojo dėsnio lygties rezultatas.
Abipusė sąveika yra pagrindinis Trečiojo dėsnio principas.
Kas yra Antrasis Niutono dėsnis?
Dėmesys sutelkiamas į jėgos, masės ir pagreičio santykį atskiram objektui.
Bendrinis pavadinimas: Pagreičio dėsnis
Pagrindinė formulė: F = ma
Sistemos dėmesys: vieno objekto analizė
Matavimo vienetas: niutonas (N)
Pagrindinis kintamasis: pagreitis (a)
Kas yra Trečiasis Niutono dėsnis?
Apibūdina dviejų objektų sąveiką, teigdamas, kad jėgos visada egzistuoja poromis.
Bendrinis pavadinimas: Veiksmo ir atoveikio dėsnis
Pagrindinė koncepcija: jėgų poros
Sistemos dėmesys: dviejų kūnų sąveika
Kryptingumas: lygiavertis ir priešingas
Pagrindinis kintamasis: sąveikos jėga
Palyginimo lentelė
Funkcija
Antrasis Niutono dėsnis
Trečiasis Niutono dėsnis
Pagrindinis dėmesys
Jėgos poveikis vienam objektui
Dviejų objektų sąveikos pobūdis
Matematinis vaizdavimas
Jėga lygi masės ir pagreičio sandaugai
A jėga, veikianti B = - B jėga, veikianti A
Dalyvaujančių objektų skaičius
Vienas (objektas, kuris yra greitinamas)
Du (vienu kitu besikeičiantys kūnai)
Įstatymo rezultatas
Prognozuoja kūno judėjimą
Užtikrina impulso išsaugojimą
Priežastis ir pasekmė
Paaiškina „efektą“ (pagreitį)
Paaiškina jėgos (sąveikos) „kilmę“
Vektorinė kryptis
Pagreitis yra ta pačia kryptimi kaip ir grynoji jėga
Jėgos veikia visiškai priešingomis kryptimis
Išsamus palyginimas
Individualus judėjimas ir abipusė sąveika
Antrasis Niutono dėsnis naudojamas konkretaus objekto elgesiui sekti. Jei žinote automobilio masę ir jo variklio jėgą, antrasis dėsnis nurodo, kaip greitai jis įsibėgės. Tačiau trečiasis dėsnis žvelgia į platesnį sąveikos vaizdą; jis paaiškina, kad automobilio padangoms spaudžiant kelią, kelio danga spaudžia padangas ta pačia jėga.
Kiekybinis skaičiavimas ir simetrija
Antrasis dėsnis yra iš esmės matematinis, pateikiantis tikslias vertes, reikalingas inžinerijai ir balistikai, per formulę F=ma. Trečiasis dėsnis yra fizinės simetrijos teiginys, teigiantis, kad negalite paliesti kažko, kad jis jūsų neliestų. Nors Antrasis dėsnis leidžia mums apskaičiuoti, kiek jėgos reikia konkrečiam rezultatui pasiekti, Trečiasis dėsnis garantuoja, kad kiekviena jėga turi dvynę.
Vidinės ir išorinės perspektyvos
Izoliuotoje sistemoje Antrasis dėsnis aprašo išorinės jėgos sukeltą vidinį pagreitį. Trečiasis dėsnis paaiškina, kodėl objektas negali judėti pats, naudodamas vien vidines jėgas. Kadangi kiekvienas vidinis stūmimas sukuria lygiavertį vidinį traukos jėgą priešinga kryptimi, Trečiasis dėsnis parodo, kodėl žmogus negali savęs pakelti už plaukų ar pakelti automobilio iš vidaus.
Taikymas variklyje
Varymo sistemos, tokios kaip raketos, vienu metu remiasi abiem dėsniais. Trečiasis dėsnis paaiškina mechanizmą: raketa stumia išmetamąsias dujas žemyn, o dujos stumia raketą aukštyn. Antrasis dėsnis tada nustato gautą našumą, tiksliai apskaičiuodamas, kaip greitai raketa įsibėgės, remdamasis laivo mase ir tos sąveikos sukurta trauka (jėga).
Privalumai ir trūkumai
Antrasis Niutono dėsnis
Privalumai
+Būtina trajektorijų skaičiavimams
+Kiekybiškai įvertina fizines pastangas
+Numato objekto elgesį
+Mechanikos inžinerijos pagrindai
Pasirinkta
−Reikalingi tikslūs masės duomenys
−Matematika gali tapti sudėtinga
−Apribota vieno kūno fokusavimu
−Reikia nustatyti visas jėgas
Trečiasis Niutono dėsnis
Privalumai
+Paaiškina, kaip prasideda judėjimas
+Užtikrina impulso išsaugojimą
+Supaprastina sąveikos analizę
+Universaliai pritaikomas gamtoje
Pasirinkta
−Nepateikia judesio verčių
−Dažnai studentai neteisingai interpretuoja
−Lengva supainioti su pusiausvyra
−Aprašo tik jėgų poras
Dažni klaidingi įsitikinimai
Mitas
Veiksmo ir reakcijos jėgos viena kitą panaikina.
Realybė
Jėgos viena kitą panaikina tik tada, kai veikia tą patį objektą. Kadangi veiksmo ir reakcijos jėgos veikia skirtingus objektus (A – B, o B – A), jos niekada viena kitos nepanaikina, o sukelia objektų judėjimą arba deformaciją.
Mitas
„Reakcijos“ jėga atsiranda šiek tiek po „veiklos“ jėgos.
Realybė
Abi jėgos veikia vienu metu. Tarp veiksmo ir reakcijos nėra laiko uždelsimo; tai yra tos pačios sąveikos dvi pusės, egzistuojančios tol, kol objektai sąveikauja.
Mitas
Formulėje F=ma jėga yra tai, ką objektas „turi“ arba „neša“.
Realybė
Objektas neturi jėgos; jis turi masę ir pagreitį. Jėga yra išorinė įtaka objektui, kaip paaiškina Antrojo dėsnio matematinis ryšys.
Mitas
Susidūrimo metu sunkesni objektai stumia stipriau nei lengvesni.
Realybė
Pagal Trečiąjį dėsnį, net jei sunkvežimis atsitrenkia į drugelį, jėga, kurią sunkvežimis veikia drugelį, yra lygiai lygi jėgai, kurią drugelis veikia sunkvežimį. „Žalos“ skirtumas atsiranda dėl Antrojo dėsnio, nes maža drugelio masė lemia didelį pagreitį.
Dažnai užduodami klausimai
Kaip veikia veiksmo ir reakcijos poros, jei objektas juda?
Judėjimas vyksta dėl jėgų, veikiančių skirtingus kūnus. Pavyzdžiui, kai einate, jūsų koja stumia Žemę (Veiksmas), o Žemė stumia jūsų pėdą (Reakcija). Kadangi jūsų masė yra maža, palyginti su Žeme, Trečiojo dėsnio jėga priverčia jus žymiai greitėti, o Žemės judėjimas lieka neaptinkamas.
Ar Antrasis dėsnis galioja objektams, kurių masė kinta?
Standartinė F=ma formulė daro prielaidą, kad masė yra pastovi. Tokiems objektams kaip raketos, kurie praranda masę degindami kurą, fizikai naudoja pažangesnę Antrojo dėsnio versiją, kurioje daugiausia dėmesio skiriama impulso pokyčiui laikui bėgant.
Kodėl dvi jėgos, aprašytos Trečiajame dėsnyje, nesukuria pusiausvyros?
Pusiausvyra atsiranda, kai dvi jėgos veikia vieną objektą ir jų suma lygi nuliui. Trečiasis dėsnis aprašo dvi jėgas, veikiančias du skirtingus objektus. Todėl jų suma negali būti lygi nuliui vienam kūnui ir jos nesukuria pusiausvyros būsenos nė vienam atskiram objektui.
Kaip raketa veikia vakuume, kur nėra ko spausti?
Tai klasikinis trečiojo dėsnio taikymas. Raketa nestumia oro, o stumia savo pačios kurą (išmetamąsias dujas). Dideliu greičiu išstumdamos dujas atgal, jos veikia raketą vienodo ir priešingo stiprumo jėga, stumdamos ją į priekį, nepaisydamos supančios aplinkos.
Jei F = ma, ar nulinis pagreitis reiškia nulinę jėgą?
Tai reiškia, kad grynoji jėga lygi nuliui, o ne tai, kad jėgų iš viso nėra. Objektą gali veikti kelios jėgos, tačiau jei jos yra subalansuotos, pagal Antrąjį dėsnį pagreitis bus lygus nuliui.
Koks jėgos vienetas šiuose dėsniuose?
Standartinis matavimo vienetas yra niutonas (N). Vienas niutonas apibrėžiamas kaip jėgos kiekis, reikalingas vieno kilogramo masei pagreitinti vieno metro per sekundę kvadratu greičiu, o šis apibrėžimas tiesiogiai kilęs iš Antrojo fizikos dėsnio.
Ar trečiasis dėsnis gali būti taikomas gravitacijai?
Žinoma. Jei Žemė jus traukia 700 niutonų gravitacijos jėga, jūs tuo pačiu metu traukiate Žemę aukštyn lygiai 700 niutonų jėga. Jūs judate Žemės link, nes jūsų masė yra mažesnė, vadovaujantis Antrojo dėsnio logika.
Kaip šie dėsniai paaiškina, kodėl ginklas atatrankos metu?
Kai šaunamasis ginklas iššauna, jis veikia kulką jėga, kad ją pagreitintų į priekį (antrasis dėsnis). Pagal trečiąjį dėsnį, kulka veikia tokią pačią jėgą atgal į ginklą. Kadangi šautuvas yra daug sunkesnis už kulką, jis greitėja atgal (atšoka) mažesniu greičiu nei kulka skrieja į priekį.
Nuosprendis
Antrąjį dėsnį naudokite, kai reikia apskaičiuoti greitį, laiką ar jėgą, reikalingą konkrečiam žinomos masės objektui perkelti. Trečiąjį dėsnį naudokite, kai reikia suprasti jėgos šaltinį arba išanalizuoti dviejų skirtingų objektų ar paviršių sąveiką.