Fizyka dla liceum/III zasada dynamiki

III zasada dynamiki

Skutkiem działania siły na ciało może być odkształcenie ciała lub zmiana jego prędkości. Możemy zaobserwować, że jeśli dwa ciała na siebie oddziaływują, każde z nich dozna pewnej zmiany - np. zderzenie dwóch kul może spowodować spowolnienie jednej kuli oraz początek ruchu drugiej kuli.

Opiszmy dokładniej zderzenie poruszającej się kuli z kulą nieruchomą. Podczas zderzenia, jedna z kul zadziała pewną siłą na drugą kulę, siła ta nada jej przyspieszenie i ta zacznie się poruszać. Jednocześnie, druga kula spowoduje zmianę prędkości kuli uderzającej (wyhamuje ją), w takim razie również zadziała pewną siłą.

III zasada dynamiki opisuje, jak działają siły podczas oddziaływania na siebie dwóch ciał. Każde takie oddziaływanie polega na zasadzie 'akcji i reakcji'. Wracając do przykładu, pierwsza kula podczas zderzenia działa pewną siłą, powoduje to poruszenie drugiej kuli. Uderzenie jest jednak 'wzajemne' - druga kula zachowuje się podobnie i również działa pewną siłą na pierwszej kuli, powoduje to jej odbicie się.

Występuje więc siła F pierwszej kuli -> działająca na drugą kulę oraz siła F drugiej kuli -> działająca na pierwszą kulę. Zależność tych sił, w dowolnym tego typu przypadku, jest precyzyjnie opisana poniższą zasadą.

Prawo fizyczne - III zasada dynamiki

Jeżeli ciało A działa na ciało B siłą FAB, to ciało B działa siłą FBA na ciało A. Wartości obu sił są równe, mają ten sam kierunek i przeciwny zwrot.

Można dzięki niej wytłumaczyć wiele zagadnień. Za prosty przykład może posłużyć sytuacja, w której uderzamy pięścią w ścianę - działamy na ścianę pewną siłą, która może ją odkształcić, jednocześnie ściana na to 'reaguje' i taka sama siła działa na naszą pięść.

Przykład

Opiszmy sytuację, gdy na stole leży ciężarek. Z powodu przyciągania przez grawitację, na ciężarek działa siła ciężkości, ciągnąca go w dół. Powoduje to nacisk na stół - mówimy, że ciężarek działa siłą nacisku na stół. Z III zasada dynamiki wiemy, że działanie to jest wzajemne, więc stół również działa siłą na ciężarek - jest to siła reakcji.

//dwa rysunki - (ciężarek_stół_Fc) (ciężarek_stół_Fn_Fr)

Rysunki obok przedstawiają: (1.) działającą na ciężarek siłę ciężkości F_c oraz (2.) oddziaływanie 'ciężarek - stół', czyli siłę nacisku F_N i siłę reakcji F_R.

Ciężarek naciska na stół tylko z powodu grawitacji - dlatego siła nacisku jest równa jego sile ciężkości. III zasada dynamiki informuje nas, że siły w oddziaływaniu ciężarka ze stołem mają identyczną wartość - siła nacisku i siła reakcji. Ponadto, mają ten sam kierunek, ale są skierowane przeciwnie.

//rysunek - (ciężarek_stół_Fc_Fn_Fr)

Zauważmy, że siły działające na ciężarek równoważą się - siła ciężkości oraz taka sama, przeciwnie skierowana siła reakcji. Zatem, możemy fakt utrzymywania ciężarka przez stół wytłumaczyć fizycznie: mimo działania grawitacji, ciężarek się nie porusza, ponieważ suma sił na niego działająca wynosi zero i nie nadaje mu to żadnego przyspieszenia.