Ньютонның үшінші заңы: әрекетке тең және қарама-қарсы реакция болады. Денелердің өзара әсерлесуі тең күштермен жүзеге асады. Физика, механика түсіндіріледі.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ньютонның классикалық механикадағы үшінші қозғалыс заңында сипатталғандай, барлық күштер жұптар түрінде пайда болады. Егер бір дененің екіншісіне күші әсер етсе, онда екінші дененің біріншісіне тең және қарама-қарсы реакция күші әсер етеді. Үшінші заңды былай да айтуға болады: "Кез келген әрекетке әрқашан тең және қарама-қарсы реакция болады: немесе екі дененің бір-біріне әсері әрқашан тең және қарама-қарсы бағытта болады". Екі күштің қайсысы әрекет, ал қайсысы реакция екенін анықтау маңызды емес. Олардың кез келгенін әрекет деп қарастыруға болады, ал екіншісі – оған сәйкес реакция болады.
As described by the third of Newton's laws of motion of classical mechanics, all forces occur in pairs such that if one object exerts a force on another object, then the second object exerts an equal and opposite reaction force on the first. The third law is also more generally stated as: "To every action there is always opposed an equal reaction: or the mutual actions of two bodies upon each other are always equal, and directed to contrary parts." The attribution of which of the two forces is the action and which is the reaction is arbitrary. Either of the two can be considered the action, while the other is its associated reaction.
Жермен өзара әрекеттесу
Жерге күш түсіргенде, жер сол күшке тең, қарсы бағыттағы күшпен итеріледі. Қолданбалы физиканың, мысалы биомеханика сияқты салаларында, жердің көрсеткен күші "жердің реакциялық күші" деп аталады; ал жерге әсер ететін дененің күші "әрекет" деп қарастырылады. Адам секіруді қалағанда, жерге қосымша төменге қарай күш түсіреді ("әрекет"). Сонымен бірге, жер адамға жоғары қарай күш түсіреді ("қарсы әрекет"). Егер бұл жоғары қарайғы күш адамның салмағынан артық болса, ол жоғары қарай үдеуге алып келеді. Бұл күштер жерге перпендикуляр болғанда, оларды "қалыпты күш" деп те атайды. Сол сияқты, көліктің айналатын дөңгелектері жерге кері қарай сырғанауға тырысады. Егер жер тым сырғалмаса, онда екі сүргіш күш пайда болады: дөңгелектің жерге кері бағыттағы "әрекеті", және жердің дөңгелекке алға бағыттағы "қарсы әрекеті". Бұл алға қарайғы күш көлікті жылға береді.
When something is exerting force on the ground, the ground will push back with equal force in the opposite direction. In certain fields of applied physics, such as biomechanics, this force by the ground is called 'ground reaction force'; the force by the object on the ground is viewed as the 'action'. When someone wants to jump, he or she exerts additional downward force on the ground ('action'). Simultaneously, the ground exerts upward force on the person ('reaction'). If this upward force is greater than the person's weight, this will result in upward acceleration. When these forces are perpendicular to the ground, they are also called a normal force. Likewise, the spinning wheels of a vehicle attempt to slide backward across the ground. If the ground is not too slippery, this results in a pair of friction forces: the 'action' by the wheel on the ground in backward direction, and the 'reaction' by the ground on the wheel in forward direction. This forward force propels the vehicle.
Гравитациялық күштер
Жер, басқа планеталар сияқты, Күнді айналып жүреді, себебі Күн гравитациялық тартылыс күшін тартады, ол Жерді өзіне тартып, орталыққа қарай жылдамдататын күш ретінде әрекет етеді, әйтпесе Жер ғарышқа ұшып кетер еді. Егер Күннің тартылысы әрекет болса, онда Жер де бірден Күнге гравитациялық тартылыс күшімен кері әрекет етеді. Жердің тартылысы Күннің тартылысымен бірдей күшті, бірақ бағыты қарама-қарсы. Күннің массасы Жерден әлдеқайда үлкен болғандықтан, Күн Жердің тартылысына көрінбейтіндей болып көрінеді, бірақ іс жүзінде ол әсер етеді, анимацияда көрсетілгендей (нақты масштабта емес). Екі дененің біріккен қозғалысын дұрыс сипаттау үшін (осы уақытта басқа аспан денелерін ескермей) олар екеуі де біріккен жүйенің масса орталығы, астрономияда барицентр деп аталатын нүктесінің айналасында айналады.
The Earth, among other planets, orbits the Sun because the Sun exerts a gravitational pull that acts as a centripetal force, holding the Earth to it, which would otherwise go shooting off into space. If the Sun's pull is considered an action, then Earth simultaneously exerts a reaction as a gravitational pull on the Sun. Earth's pull has the same amplitude as the Sun but in the opposite direction. Since the Sun's mass is so much larger than Earth's, the Sun does not generally appear to react to the pull of Earth, but in fact it does, as demonstrated in the animation (not to precise scale). A correct way of describing the combined motion of both objects (ignoring all other celestial bodies for the moment) is to say that they both orbit around the center of mass, referred to in astronomy as the barycenter, of the combined system.
Қолдау массасы
Жер бетіндегі кез келген масса Жердің гравитациялық күшімен тартылады; бұл күш оның салмағы деп те аталады. Оған сәйкес әрекет – массаның планетаға түсіретін гравитациялық күші. Егер объект қозғалмай тұру үшін, мысалы, ілінген арқанмен, немесе астындағы бетпен, немесе оның үстінде жүзетін сұйықтықпен демеліп тұрса, онда жоғары бағытталған демеу күші (кернеу күші, қалыпты күш, итеру күші) де болады. Бұл демеу күші – «тең және қарама-қарсы» күш; біз мұны Ньютонның үшінші заңынан емес, объектінің тыныш күйде қалуынан білеміз, демек күштер тепе-тең болуы керек. Осы демеу күшіне де әрекет бар: объект демеу арқанын төмен тартады немесе демеу бетіне немесе сұйықтыққа төмен қарай итеріледі. Осылайша, төрт күш тең шамада болады:
Any mass on earth is pulled down by the gravitational force of the earth; this force is also called its weight. The corresponding 'reaction' is the gravitational force that mass exerts on the planet. If the object is supported so that it remains at rest, for instance by a cable from which it is hanging, or by a surface underneath, or by a liquid on which it is floating, there is also a support force in upward direction (tension force, normal force, buoyant force, respectively). This support force is an 'equal and opposite' force; we know this not because of Newton's third law, but because the object remains at rest, so that the forces must be balanced. To this support force there is also a 'reaction': the object pulls down on the supporting cable, or pushes down on the supporting surface or liquid. In this case, there are therefore four forces of equal magnitude:
F1. Жердің объектіге түсіретін гравитациялық күші (төменге қарай)
F2. Объектінің Жерге түсіретін гравитациялық күші (жоғарыға қарай)
F3. Демеудің объектіге түсіретін күші (жоғарыға қарай)
F4. Объектінің демеуге түсіретін күші (төменге қарай)
F1. gravitational force by earth on object (downward)
F2. gravitational force by object on earth (upward)
F3. force by support on object (upward)
F4. force by object on support (downward)
Ньютонның үшінші заңына сәйкес F1 және F2 күштері тең; F3 және F4 күштері үшін де осы айтылады. F1 және F3 күштерінің теңдігі объект тепе-теңдікте болса және басқа күштер қолданылмаса ғана мүмкін. (Бұл Ньютонның үшінші заңымен ешқандай қатысы жоқ.)
Forces F1 and F2 are equal, due to Newton's third law; the same is true for forces F3 and F4. Forces F1 and F3 are equal if and only if the object is in equilibrium, and no other forces are applied. (This has nothing to do with Newton's third law.)
Жазықтағы масса
Егер масса пружинадан ілінетін болса, бұрынғыдай қарастырулар қолданылады. Бірақ, егер бұл жүйе қоздырылса (мысалы, массаға жоғары немесе төмен қарай сәл итеру берілсе), масса жоғары-төмен тербеліс бастайды. Осы үдеулердің (және одан кейінгі тежелулердің) нәтижесінде, Ньютонның екінші заңынан, байқалатын жылдамдық өзгеруіне жауапты таза күш бар деген қорытындыға жетеміз. Массаны төмен тартатын гравитациялық күш енді пружинаның жоғары қарай бағытталған серпімді күшіне тең емес. Бұрынғы бөлімде айтылған терминология бойынша, F1 және F3 енді тең емес. Дегенмен, F1 = F2 және F3 = F4 екендігі әлі де рас, себебі бұл Ньютонның үшінші заңымен сәйкес келеді.
If a mass is hanging from a spring, the same considerations apply as before. However, if this system is then perturbed (e. g., the mass is given a slight kick upwards or downwards, say), the mass starts to oscillate up and down. Because of these accelerations (and subsequent decelerations), we conclude from Newton's second law that a net force is responsible for the observed change in velocity. The gravitational force pulling down on the mass is no longer equal to the upward elastic force of the spring. In the terminology of the previous section, F1 and F3 are no longer equal. However, it is still true that F1 = F2 and F3 = F4, as this is required by Newton's third law.
Себептік қате түсінік
"Әрекет" және "қарсы әрекет" терминдері себеп-салдар туралы жаңылыс түсінік тудырады, бірдей "әрекет" себеп, ал "қарсы әрекет" – салдар сияқты. Сондықтан екінші күштің бірінші күштің нәтижесінде пайда болғанын және тіпті бірінші күштен кейін орын алғанын ойлау оңай. Бұл дұрыс емес, күштер бір мезгілде және бірдей себеппен пайда болады. Егер күштер адамның ниетімен туындаса (мысалы, футболшы допты тепсе), бұл ниет көбінесе асимметриялық түсіндіруге алып келеді, онда допқа ойыншының әсері "әрекет", ал доптың ойыншыға әсері "қарсы әрекет" деп қарастырылады. Бірақ физикалық тұрғыдан алғанда, жағдай симметриялық. Доп пен ойыншыға әсер ететін күштер олардың жақындығымен түсіндіріледі, бұл контактілік күштер жұбына әкеледі (негізінен электрлік итергіш күштерден туындайды). Ойыншының шешімімен туындаған бұл жақындық физикалық талдауға қатысы жоқ. Физикалық тұрғыдан алғанда, "әрекет" және "қарсы әрекет" атауларын ауыстыруға болады. Бұл дұрыс емес, үшінші заң екі түрлі нысанға әсер ететін күштерге қатысты. Ал үстел үстінде жатқан кітапқа төмен қарай жердің гравитациялық күші, ал үстелден жоғары қарай нормальды күш әсер етеді, екі күш те бір кітапқа әсер етеді. Кітап үдемейтіндіктен, бұл күштер Ньютонның екінші заңына сәйкес дәл теңестірілуі керек. Олар "бірдей және қарама-қарсы", бірақ олар бір нысанға әсер етеді, сондықтан олар Ньютонның үшінші заңындағы әрекет-қарсы әрекет күштері емес. Ньютонның үшінші заңының мағынасындағы нақты әрекет-қарсы әрекет күштері – кітаптың салмағы (Жердің кітапқа тартуы) және кітаптың жерге жоғары қарай гравитациялық күші. Кітап сонымен қатар үстелге төмен қарай итермелейді, ал үстел кітапқа жоғары қарай итермелейді. Сонымен қатар, кітапқа әсер ететін күштер әрқашан бірдей болмайды; егер кітапты үшінші күшпен төмен қарай басса, немесе үстел еңкейсе, немесе үстел мен кітап жүйесі үдейтін лифтте болса, олар өзгеше болады. Бір нысанға әсер ететін күштердің кез келген саны барлық күштердің қосындысын қарастыру арқылы есептеледі. Бұл мәселенің себебі, үшінші заң көбінесе қысқартылған түрде айтылады: әрбір әрекетке тең және қарама-қарсы қарсы әрекет болады, күштер екі түрлі нысанға әсер ететіндігін еске салмайды. Сонымен қатар, салмақ пен нормальды күш арасында себеп-салдар байланысы бар: егер нысан салмағы болмаса, ол үстелден қолдау күші сезінбейді, ал салмақ қолдау күшінің күшін анықтайды. Бұл себеп-салдарлық байланыс үшінші заңға емес, жүйедегі басқа физикалық қатынастарға байланысты.
The terms 'action' and 'reaction' have the misleading suggestion of causality, as if the 'action' is the cause and 'reaction' is the effect. It is therefore easy to think of the second force as being there because of the first, and even happening some time after the first. This is incorrect; the forces are perfectly simultaneous, and are there for the same reason. When the forces are caused by a person's volition (e. g. a soccer player kicks a ball), this volitional cause often leads to an asymmetric interpretation, where the force by the player on the ball is considered the 'action' and the force by the ball on the player, the 'reaction'. But physically, the situation is symmetric. The forces on ball and player are both explained by their nearness, which results in a pair of contact forces (ultimately due to electric repulsion). That this nearness is caused by a decision of the player has no bearing on the physical analysis. As far as the physics is concerned, the labels 'action' and 'reaction' can be flipped. This is incorrect; the third law refers to forces on two different objects. In contrast, a book lying on a table is subject to a downward gravitational force (exerted by the earth) and to an upward normal force by the table, both forces acting on the same book. Since the book is not accelerating, these forces must be exactly balanced, according to Newton's second law. They are therefore 'equal and opposite', yet they are acting on the same object, hence they are not action reaction forces in the sense of Newton's third law. The actual action reaction forces in the sense of Newton's third law are the weight of the book (the attraction of the Earth on the book) and the book's upward gravitational force on the earth. The book also pushes down on the table and the table pushes upwards on the book. Moreover, the forces acting on the book are not always equally strong; they will be different if the book is pushed down by a third force, or if the table is slanted, or if the table and book system is in an accelerating elevator. The case of any number of forces acting on the same object is covered by considering the sum of all forces. A possible cause of this problem is that the third law is often stated in an abbreviated form: For every action there is an equal and opposite reaction, without the details, namely that these forces act on two different objects. Moreover, there is a causal connection between the weight of something and the normal force: if an object had no weight, it would not experience support force from the table, and the weight dictates how strong the support force will be. This causal relationship is not due to the third law but to other physical relations in the system.
Орталыққа жүгіретін және орталықтан қозғыш күш
Тағы бір жиі кездесетін қателік – "дене сезінетін центробектік күш – сол дененің центростремителiк күшіне реакциясы" деп айту. Егер дене бір уақытта центростремителiк күш пен оған тең және қарама-қарсы центробектік күш әсер етсе, нәтижелік күш нөлге тең болып, дененің дөңгелек қозғалыс жасауы мүмкін болмас еді. Центробектік күш кейде нақты емес күш немесе жалған күш деп аталады, мұның себебі – мұндай күш тек инерциялық емес санақ жүйелерінде есептеулер немесе өлшемдер жүргізілген кезде ғана пайда болады.
Another common mistake is to state that "the centrifugal force that an object experiences is the reaction to the centripetal force on that object." If an object were simultaneously subject to both a centripetal force and an equal and opposite centrifugal force, the resultant force would vanish and the object could not experience a circular motion. The centrifugal force is sometimes called a fictitious force or pseudo force, to underscore the fact that such a force only appears when calculations or measurements are conducted in non inertial reference frames.