Witaj! Dzisiaj zajmiemy się jednym z najważniejszych praw fizyki, czyli trzecią zasadą dynamiki Newtona. Nie martw się, brzmi poważnie, ale postaram się wytłumaczyć to w prosty i przystępny sposób, używając przykładów z życia codziennego. Zaczynajmy!
Czym jest Trzecia Zasada Dynamiki Newtona?
Trzecia zasada dynamiki Newtona mówi o wzajemnym oddziaływaniu ciał. Krótko mówiąc, każda akcja wywołuje reakcję równą co do wartości i przeciwną co do kierunku. To znaczy, jeśli jedno ciało działa na drugie z jakąś siłą, to drugie ciało oddziałuje na pierwsze z siłą o takiej samej wartości, ale w przeciwnym kierunku. Pomyśl o tym jak o fizycznym "coś za coś".
Ważne jest, żeby zrozumieć, że akcja i reakcja działają na różne ciała. To kluczowe! Jeśli akcja i reakcja działałyby na to samo ciało, to siły by się znosiły i nie byłoby ruchu. Ale ponieważ działają na różne ciała, mogą wywoływać ruch lub zmiany w ruchu.
Kluczowe Pojęcia
Zanim przejdziemy dalej, zdefiniujmy kilka ważnych pojęć:
Siła
Siła to oddziaływanie między ciałami, które powoduje zmianę stanu ruchu ciała (przyspieszenie, spowolnienie, zmianę kierunku) lub jego odkształcenie. Mierzymy ją w niutonach (N).
Akcja
Akcja to siła, którą jedno ciało wywiera na drugie. To "pierwszy krok" w interakcji.
Reakcja
Reakcja to siła, którą drugie ciało wywiera na pierwsze w odpowiedzi na akcję. Jest równa co do wartości akcji, ale przeciwna co do kierunku.
Przykłady z Życia Codziennego
Teraz, żeby lepiej zrozumieć trzecią zasadę dynamiki, przeanalizujmy kilka przykładów:
Chodzenie
Kiedy chodzisz, twoja stopa odpycha się od ziemi do tyłu (to jest akcja). W odpowiedzi ziemia odpycha twoją stopę do przodu (to jest reakcja). Ta reakcja ziemi pozwala ci się poruszać do przodu. Bez reakcji ziemi, po prostu ślizgałbyś się w miejscu!
Pływanie
Podczas pływania odpychasz wodę do tyłu (akcja), a woda odpycha cię do przodu (reakcja). To właśnie ta reakcja wody pozwala ci się przemieszczać w wodzie.
Rakieta
Rakieta wyrzuca gorące gazy w dół (akcja), a gazy odpychają rakietę do góry (reakcja). Dzięki temu rakieta może pokonać siłę grawitacji i wznosić się w kosmos.
Uderzenie Piłki
Kiedy uderzasz piłkę, działasz na nią siłą (akcja). Piłka z kolei działa na twoją rękę z taką samą siłą, ale w przeciwnym kierunku (reakcja). To dlatego czujesz ból lub wibracje w ręce po uderzeniu.
Siedzenie na Krześle
Kiedy siedzisz na krześle, wywierasz na niego siłę (twój ciężar, akcja). Krzesło z kolei wywiera na ciebie siłę skierowaną w górę (reakcja), która równoważy twój ciężar. Dzięki temu nie zapadasz się w krzesło. Wyobraź sobie, że krzesło jest bardzo słabe i nie jest w stanie wygenerować wystarczającej reakcji – wtedy by się złamało!
Zadania z Trzecią Zasadą Dynamiki Newtona
Teraz przejdźmy do zadań, żeby utrwalić wiedzę:
Zadanie 1: Człowiek w Łódce
Człowiek o masie 80 kg stoi w łódce o masie 120 kg. Człowiek przechodzi z jednego końca łódki na drugi, pokonując odległość 4 m względem łódki. Jak daleko przesunie się łódka względem wody?
Rozwiązanie:
Kiedy człowiek idzie po łódce, działa na nią siłą (akcja). Łódka z kolei działa na człowieka siłą o tej samej wartości, ale w przeciwnym kierunku (reakcja). To powoduje, że łódka przesuwa się w przeciwną stronę niż człowiek. Możemy użyć zasady zachowania pędu, żeby obliczyć, jak daleko przesunie się łódka.
Pęd początkowy układu (człowiek + łódka) jest równy zero (zakładamy, że na początku spoczywają). Po przejściu człowieka, pęd układu nadal musi być równy zero. Oznacza to, że pęd człowieka i pęd łódki muszą się równoważyć.
Oznaczmy:
- mc = masa człowieka (80 kg)
- mł = masa łódki (120 kg)
- xc = przesunięcie człowieka względem wody
- xł = przesunięcie łódki względem wody
Wiemy, że xc - xł = 4 m (przesunięcie człowieka względem łódki). Z zasady zachowania pędu mamy:
mc * vc + mł * vł = 0
Ponieważ prędkość to zmiana położenia w czasie, możemy zapisać:
mc * xc + mł * xł = 0
Podstawiamy xc = 4 + xł:
80 * (4 + xł) + 120 * xł = 0
320 + 80xł + 120xł = 0
200xł = -320
xł = -1.6 m
Łódka przesunie się o 1.6 metra w kierunku przeciwnym do kierunku, w którym szedł człowiek.
Zadanie 2: Dwa Wózki
Dwa wózki o masach 2 kg i 3 kg stoją na gładkiej powierzchni. Człowiek pcha wózek o masie 2 kg z siłą 10 N. Jaką siłą wózek o masie 2 kg działa na wózek o masie 3 kg?
Rozwiązanie:
W tym przypadku, siła 10 N działa na cały układ (dwa wózki). Musimy obliczyć przyspieszenie układu, a następnie użyć tego przyspieszenia do obliczenia siły, z jaką wózek o masie 2 kg działa na wózek o masie 3 kg.
Całkowita masa układu to 2 kg + 3 kg = 5 kg.
Z drugiej zasady dynamiki Newtona (F = ma), obliczamy przyspieszenie układu:
a = F / m = 10 N / 5 kg = 2 m/s2
Teraz, wózek o masie 2 kg musi działać na wózek o masie 3 kg siłą, która spowoduje, że ten drugi wózek będzie przyspieszał z przyspieszeniem 2 m/s2. Używamy ponownie drugiej zasady dynamiki Newtona:
F = m * a = 3 kg * 2 m/s2 = 6 N
Wózek o masie 2 kg działa na wózek o masie 3 kg z siłą 6 N.
Podsumowanie
Mam nadzieję, że teraz trzecia zasada dynamiki Newtona jest dla ciebie bardziej zrozumiała. Pamiętaj, że każda akcja wywołuje reakcję, są one równe co do wartości, przeciwne co do kierunku i działają na różne ciała. Ćwicz rozwiązywanie zadań, a z pewnością opanujesz tę zasadę do perfekcji!
Powodzenia w nauce!
