Примеры применения 3 закона ньютона на практике. Формулировка третьего закона Ньютона: примеры, связь с ускорением системы и с ее импульсом

На груз в лифте действуют сила тяжести и сила реакции опоры .

По второму закону Ньютона:

Направим координатную ось , как показано на рисунке и запишем это векторное равенство в проекциях на координатную ось:

откуда сила реакции опоры:

Груз будет действовать на пол лифта с силой, равной его весу. По третьему закону Ньютона, эта сила равна по модулю силе, с которой пол лифта действует на груз, т.е. силе реакции опоры:

Ускорение свободного падения м/с

Подставив в формулу численные значения физических величин, вычислим:

Сила удара, с которой второй шар действует на первый:

а сила удара, с которой первый шар действует на второй:

По третьему закону Ньютона, эти силы противоположны по направлению и равны по модулю, поэтому можно записать.

В известной игре «перетягивание каната» обе партии действуют друг на друга (через канат) с одинаковыми силами, как это следует из закона действия и противодействия. Значит, выиграет (перетянет канат) не та партия, которая сильнее тянет, а та, которая сильнее упирается в Землю.

Рис. 72. Лошадь сдвинет и повезет нагруженные сани, потому что со стороны дороги на ее копыта действуют большие силы трения, чем на скользкие полозья саней

Как объяснить, что лошадь везет сани, если, как это следует из закона действия и противодействия, сани тянут лошадь назад с такой же по модулю силой , с какой лошадь тянет сани вперед (сила )? Почему эти силы не уравновешиваются? Дело в том, что, во-первых, хотя эти силы равны и прямо противоположны, они, приложены к разным телам, а во-вторых, и на сани и на лошадь действуют еще и силы со стороны дороги (рис. 72). Сила со стороны лошади приложена к саням, испытывающим, кроме этой силы, лишь небольшую силу трения полозьев о снег; поэтому сани начинают двигаться вперед. К лошади же, помимо силы со стороны саней , направленной назад, приложены со стороны дороги, в которую она упирается ногами, силы , направленные вперед и большие, чем сила со стороны саней. Поэтому лошадь тоже начинает двигаться вперед. Если поставить лошадь на лед, то сила со стороны скользкого льда будет недостаточна, и лошадь не сдвинет сани. То же будет и с очень тяжело нагруженным возом, когда лошадь, даже упираясь ногами, не сможет создать достаточную силу, чтобы сдвинуть воз с места. После того как лошадь сдвинула сани и установилось равномерное движение саней, сила будет уравновешена силами (первый закон Ньютона).

Подобный же вопрос возникает и при разборе движения поезда под действием электровоза. И здесь, как и в предыдущем случае, движение возможно лишь благодаря тому, что, кроме сил взаимодействия между тянущим телом (лошадь, электровоз) и «прицепом» (сани, поезд), на тянущее тело действуют со стороны дороги или рельсов силы, направленные вперед. На идеально скользкой поверхности, от которой нельзя «оттолкнуться», ни сани с лошадью, ни поезд, ни автомобиль не могли бы сдвинуться с места.

Рис. 73. При нагревании пробирки с водой пробка вылетает в одну сторону, а «пушка» катится в противоположную сторону

Третий закон Ньютона позволяет рассчитать явление отдачи при выстреле. Установим на тележку модель пушки, действующую при помощи пара (рис. 73) или при помощи пружины. Пусть вначале тележка покоится. При выстреле «снаряд» (пробка) вылетает в одну сторону, а «пушка» откатывается в другую. Откат пушки и есть результат отдачи. Отдача есть не что иное, как противодействие со стороны снаряда, действующее, согласно третьему закону Ньютона, на пушку, выбрасывающую снаряд. Согласно этому закону сила, действующая со стороны пушки на снаряд, все время равна силе, действующей со стороны снаряда на пушку, и направлена противоположно ей. Таким образом, ускорения, получаемые пушкой и снарядом, направлены противоположно, а по модулю обратно пропорциональны массам этих тел. В результате снаряд и пушка приобретут противоположно направленные скорости, находящиеся в том же отношении. Обозначим скорость, полученную снарядом, через , а скорость, полученную пушкой, через , а массы этих тел обозначим через и соответственно. Тогда

Здесь и - модули скоростей.

Выстрел из всякого оружия сопровождается отдачей. Старинные пушки после выстрела откатывались назад. В современных орудиях ствол укрепляется на лафете не жестко, а при помощи приспособлений, которые позволяют стволу отходить назад; затем пружины снова возвращают его на место. В автоматическом огнестрельном оружии явление отдачи используется для того, чтобы перезарядить орудие. При выстреле отходит только затвор. Он выбрасывает использованную гильзу, а затем пружины, возвращая его на место, вводят в ствол новый патрон. Этот принцип используется не только в пулеметах и автоматических пистолетах, но и в скорострельных пушках.

В известной игре «перетягивание каната» обе партии действуют друг на друга (через канат) с одинаковыми силами, как это следует из закона действия и противодействия. Значит, выиграет (перетянет канат) не та партия, которая сильнее тянет, а та, которая сильнее упирается в Землю.

Как объяснить, что лошадь везет сани, если, как это следует из закона действия и противодействия, сани тянут лошадь назад с такой же по модулю силой F 2 , с какой лошадь тянет сани вперед (сила F 1)? Почему эти силы не уравновешиваются?

Дело в том, что, во-первых, хотя эти силы равны и прямо противоположны, они приложены к разным телам, а во-вторых, и на сани и на лошадь действуют еще и силы со стороны дороги (рис. 9).

Сила F 1 со стороны лошади приложена к саням, испытывающим, кроме этой силы, лишь небольшую силу трения f 1 полозьев о снег; поэтому сани начинают двигаться вперед. К лошади же, помимо силы со стороны саней F 2 направленной назад, приложены со стороны дороги, в которую она упирается ногами, силы f 2 , направленные вперед и большие, чем сила со стороны саней. Поэтому лошадь тоже начинает двигаться вперед. Если поставить лошадь на лед, то сила со стороны скользкого льда будет недостаточна; и лошадь не сдвинет сани. То же будет и с очень тяжело нагруженным возом, когда лошадь, даже упираясь ногами, не сможет создать достаточную силу, чтобы сдвинуть воз с места. После того как лошадь сдвинула сани и установилось равномерное движение саней, сила f 1 будет уравновешена силами f 2 (первый закон Ньютона).

Подобный же вопрос возникает и при разборе движения поезда под действием электровоза. И здесь, как и в предыдущем случае, движение возможно лишь благодаря тому, что, кроме сил взаимодействия между тянущим телом (лошадь, электровоз) и «прицепом» (сани, поезд), на тянущее тело действуют со стороны дороги или рельсов силы, направленные вперед. На идеально скользкой поверхности, от которой нельзя «оттолкнуться», ни сани с лошадью, ни поезд, ни автомобиль не могли бы сдвинуться с места.

Третий закон Ньютона позволяет объяснить явление отдачи при выстреле. Установим на тележку модель пушки, действующую при помощи пара (рис. 10) или при помощи пружины. Пусть вначале тележка покоится. При выстреле «снаряд» (пробка) вылетает в одну сторону, а «пушка» откатывается в другую.

Откат пушки и есть результат отдачи. Отдача есть не что иное, как противодействие со стороны снаряда, действующее, согласно третьему закону Ньютона, на пушку, выбрасывающую снаряд. Согласно этому закону сила, действующая со стороны пушки на снаряд, все время равна силе, действующей со стороны снаряда на пушку, и направлена противоположно ей.

Урок по теме: Третий закон Ньютона.

Цель урока:

Изучить третий закон Ньютона, добиться понимания этого закона и умения применения его для решения простых задач, показать применение этого закона при объяснении движения тел.

Задачи урока:

Образовательные: сформулировать третий закон Ньютона, добиться усвоения закона.

Воспитательные: формировать систему взглядов на мир; воспитывать интерес к творческой и исследовательской работе.

Развивающие: развивать речь, мышление; совершенствовать умственную деятельность: анализ, синтез, классификация, способность наблюдать, делать выводы, выделять существенные признаки объектов, выдвигать гипотезы, проверять результаты.

Тип урока: изучение нового учебного материала.

Вид урока: смешанный урок.

Методы:

проблемное обучение;

эвристический;

Оборудование: тележки, гирьки, динамометр, нить длиной 200 мм с петлями на концах.

План урока.

1. Организационный момент.

2. Проверка знаний учащихся

3. Изучение нового материала.

4. Эксперимент.

5.Закрепление материала.

6. Домашнее задание.

Ход урока:

Организационный момент.

Учитель здоровается с детьми и проверяет отсутствующих.

2. Проверка знаний учащихся.

Физический диктант:

1 вариант

Инерциальная система отсчета – это система, в которой …

Сила – это физическая величина, характеризующая …

2 вариант

1. В инерциальной системе отсчета тело движется без ускорения, если ….

   Во всех инерциальных системах отсчета …

3. Изучение нового материала

Постановка проблемы:

Учитель:

1. Сколько сил на свете есть,

Ни кому не в силах счесть,

Но Ньютоном нам дано,

Что их четное число.

Как вы понимаете это высказывание?

Ученики дают различные варианты ответов.

Учитель:

2. Хорошо, давайте уточним и проведем опыт: Ударьте рукой по столу. Что вы испытали?

Ученики: Боль.

Учитель:

Почему? Ведь Вы бьёте стол, а не он вас. Вот на этот вопрос мы ответим, если поймем третий закон Ньютона.

Учитель:

Мы уже не раз указывали на то, действие тел друг на друга всегда взаимно, т.е. тела всегда взаимодействуют. Теперь, мы можем сказать, что каждое из взаимодействующих тел действует на соседнее с некоторой силой. Именно, при взаимодействии двух тел, каждое из тел получает ускорение. И отношение ускорений обратно пропорционально отношению масс а 1 , деленное на а 2 равняется m 2 , деленное на m 1 . (
) Отсюда следует, что
. Проделаем следующий опыт. Направим две тележки с разными массами друг против друга. Опыт показал, что при взаимодействии тележек ускорения направлены противоположно. Обратим внимание, что мы берем в этом уравнении абсолютные значения ускорений.

Если же написать в векторном виде, то, тоже самое выражение примет следующий вид:
. Но
, а
. В результате получается, что
, где F один и F два это силы, действующие на первое и второе тело. т.е., опыт показывает что, два тела взаимодействуют силами, равными по модулю и противоположными по направлению. Это и есть третий закон Ньютона.

Учитель:

Итак, мы пришли к решению проблемы, поставленной в начале урока. Кто сделает вывод и обобщение?

Ученик:

Любая приложенная сила имеет силу противодействия, силы существуют парами при взаимодействии тел.

Давайте посмотрим это на эксперименте. Убедимся, что тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположны по направлению.

Учитель: Итак, третий закон Ньютона относится к двум различным силам, приложенным к двум различным объектам, - силе действия , с которой тело 1 действует на тело 2, и силе противодействия , с которой тело 2 действует на тело 1. Эти силы не уравновешиваются, так как они действуют на разные тела. Причем безразлично, какая сила называется силой действия, а какая – противодействия.

Особенности третьего закона Ньютона

Возникают при взаимодействии

Появляются парами

Силы F Приложены к различным телам

Не уравновешиваются, хотя и равны по величине,

противоположны по направлению

и действуют по одной прямой

Одной природы

Учитель: приведите примеры применения третьего закона Ньютона из жизни.

Ученики приводят примеры, например:

Стул давит на пол, пол на ножки стула

Груз давит на линейку, линейка на груз, не дает ему падать.

Шарик на нити растягивает нить, а нить не дает шарику падать.

4. Эксперимент.

Учитель:

Теперь рассмотрим еще один пример появления двух сил при взаимодействии.

Проделаем опыт. Подогреем спиртовкой висящий на проволоке металлический патрон с водой, закрытый пробкой. При закипании воды пробка вылетает в одну сторону, а патрон движется в другую сторону. Где ещё мы можем это наблюдать? При стрельбе (отдача), при любом реактивном движении.

5.Закрепление материала

1. К динамометру с обеих сторон привязаны нити, к ним подвешены одинаковые грузы массой по 204 г. (Перекинув нити через блоки, закрываю шкалу динамометра) Что покажет динамометр? (Ответ 2Н).

Ученики: 2Н…5…0,2…

(Выслушав несколько возможных ответов, открываем шкалу.)

2. Лошадь тянет телегу, телега тянет лошадь с той же по величине силой, но в противоположную сторону, в соответствии с третьим законом Ньютона. Почему вся система движется (может, и с ускорением)? (Спорим, приходим к выводу, что и лошадь, и телега взаимодействуют с Землёй, но лошадь подковами толкает землю (а та её) сильнее, чем гладкие ободья колёс телеги.).

6. Домашнее задание

Подумайте, кто выигрывает в игре «Перетягивание каната». Объясните, на следующем уроке обсудим.

Физика: Старый учебник для 10 класса. Г.Я. Мякишев. § 28, новый учебник § 26.