Третий закон Ньютона

Слайд 1. Третий закон Ньютона

Силы действия и противодействия: почему тела взаимодействуют именно так?

Слайд 2. Природа взаимодействия

В классической механике силы никогда не возникают поодиночке. Любое действие одного тела на другое всегда является взаимодействием.

Если вы давите на стену, стена с такой же силой давит на вас. Это фундаментальное свойство материи, которое Исаак Ньютон сформулировал в своём третьем законе.

Слайд 3. Формулировка закона

Тела взаимодействуют друг с другом с силами, которые:

Имеют одинаковую физическую природу (обе гравитационные, обе упругие и т.д.)

Равны по модулю: $|{\vec{F}}_1|=|{\vec{F}}_2|$

Направлены вдоль одной прямой в противоположные стороны

Приложены к РАЗНЫМ телам

Слайд 4. Математическая запись

Слайд 5. Свойства сил взаимодействия

Силы возникают одновременно. Нельзя сказать, какая из них первична. Они всегда одной природы: если одна магнитная, то и вторая магнитная.

Силы направлены строго в противоположные стороны. Главное: они приложены к разным объектам, поэтому не могут уравновесить друг друга.

Слайд 6. Пример 1: Ходьба

Когда мы идем, мы толкаем землю назад (сила действия).

Земля толкает нашу стопу вперед (сила противодействия).

Именно сила со стороны земли заставляет нас ускоряться.

Без трения (на скользком льду) это взаимодействие нарушается.

Слайд 7. Пример 2: Движение ракеты

Ракета выбрасывает раскаленные газы вниз с огромной силой.

Газы, в свою очередь, толкают ракету вверх с точно такой же силой.

Это работает даже в вакууме, так как ракете не нужно «отталкиваться от воздуха» — она отталкивается от собственного топлива.

Слайд 8. Сравнение модулей сил

Независимо от массы тел, силы их взаимодействия всегда равны. Если комар сталкивается с грузовиком, сила, с которой комар бьет грузовик, равна силе, с которой грузовик бьет комара. Разница лишь в ускорении, которое они получают.

Слайд 9. Главное заблуждение

Часто спрашивают: «Если силы равны и противоположны, почему они не компенсируют друг друга и тела движутся?»

Ответ: Законы Ньютона говорят о силах, приложенных к ОДНОМУ телу. В третьем законе силы приложены к РАЗНЫМ телам. Чтобы найти ускорение мяча, мы учитываем только силу, действующую на мяч, а не силу, с которой мяч давит на руку.

Слайд 10. Примеры пар сил

Обратите внимание: во всех парах участвуют два тела, и силы имеют одинаковую физическую природу.

Слайд 11. Алгоритм анализа

Выделите два взаимодействующих тела (например, Магнит и Скрепка).

Определите направление силы, с которой первое тело действует на второе.

Изобразите равную ей по модулю обратную силу, действующую на первое тело.

Слайд 12. Проверь себя: Взаимодействие тел

Согласно III закону Ньютона, силы действия и противодействия равны: $|{\vec{F}}_{\text{л}}|=|{\vec{F}}_{\text{т}}|$. Почему же телега едет? Секрет в том, что на систему действуют внешние силы: лошадь отталкивается от земли с силой трения, которая больше, чем сила трения покоя колёс телеги.

При столкновении силы взаимодействия абсолютно равны по модулю. Почему же гибнет только комар? Ответ во II законе: $a=\frac{F}{m}$. Из-за ничтожной массы комара та же самая сила сообщает ему смертельное ускорение, а автомобиль его не замечает.

Почему силы не компенсируют друг друга? Силы действия и противодействия приложены к РАЗНЫМ телам. Чтобы силы могли уравновеситься (дать равнодействующую $\vec{R}=0$), они должны быть приложены к одному и тому же объекту.

Земля притягивает яблоко с силой $F=mg$. По III закону Ньютона, яблоко притягивает Землю с точно такой же силой! Но огромная масса Земли делает её ускорение навстречу яблоку настолько малым, что мы его не можем измерить.

Слайд 13. Вопросы для обсуждения

Почему при выстреле из ружья ощущается отдача?

Если вы тянете за один конец динамометра, а ваш друг за другой с силой 10 Н, что покажет прибор?

Может ли человек поднять сам себя за волосы, как барон Мюнхгаузен?

Как изменится взаимодействие, если одно тело значительно массивнее другого?

Слайд 14. Основные выводы

Силы всегда рождаются парами при взаимодействии двух тел.

Эти силы равны по величине и противоположны по направлению: ${\vec{F}}_1=-{\vec{F}}_2$.

Они имеют одинаковую природу и не уравновешивают друг друга.

Третий закон Ньютона выполняется в инерциальных системах отсчета.