Trzecia zasada dynamiki Newtona (akcja–reakcja)

Trzecia zasada dynamiki Newtona mówi, że jeśli ciało A działa siłą na ciało B, to ciało B działa siłą o tej samej wartości i przeciwnym zwrocie na ciało A. Obie siły występują jednocześnie i działają na różne ciała.

Dla jednego oddziaływania,

$$\vec{F}_{A \text{ on } B} = -\vec{F}_{B \text{ on } A}$$

Szybki sposób, by to zapamiętać, jest taki: każde oddziaływanie ma zawsze dwie strony. Nigdy nie szukaj siły z trzeciej zasady bez wcześniejszego nazwania obu ciał.

Dlaczego równe i przeciwne siły się nie znoszą

Wyrażenie „akcja–reakcja” jest trochę mylące, bo brzmi tak, jakby chodziło o następstwo w czasie. W fizyce ta para sił występuje jednocześnie.

Równie ważne jest to, że siły te nie działają na to samo ciało. Dlatego nie znoszą się na jednym diagramie sił. Siły znoszą się tylko wtedy, gdy działają na to samo ciało.

Przykład: dwóch łyżwiarzy odpycha się od siebie

Wyobraź sobie dwóch łyżwiarzy stojących na lodzie o prawie zerowym tarciu. Łyżwiarz A odpycha łyżwiarza B w prawo siłą $40\ \mathrm{N}$.

W tej samej chwili łyżwiarz B odpycha łyżwiarza A w lewo siłą $40\ \mathrm{N}$. Te dwa odepchnięcia tworzą parę z trzeciej zasady, ponieważ pochodzą z tego samego oddziaływania i są skierowane przeciwnie.

Jeśli łyżwiarze mają różne masy, ich przyspieszenia nadal mogą być różne. To nie narusza tej zasady. Trzecia zasada Newtona mówi, że siły są równe co do wartości, a nie że przyspieszenia są równe. Z drugiej zasady Newtona wynika, że łyżwiarz o mniejszej masie uzyska większe przyspieszenie, ponieważ dla stałej masy $a = F_{net}/m$.

Jak rozpoznać parę akcja–reakcja

Skorzystaj z tej krótkiej listy kontrolnej:

1. Nazwij dwa oddziałujące ze sobą ciała.
2. Zapisz jedną siłę jasno, na przykład „siła łyżwiarza A działająca na łyżwiarza B”.
3. Zamień ciała miejscami, aby otrzymać drugą siłę: „siła łyżwiarza B działająca na łyżwiarza A”.
4. Sprawdź, czy obie siły pochodzą z tego samego oddziaływania.
5. Potwierdź, że działają na różne ciała i mają przeciwne zwroty.

Jeśli choć jeden z tych warunków nie jest spełniony, prawdopodobnie nie masz do czynienia z parą z trzeciej zasady.

Typowe błędy związane z trzecią zasadą Newtona

• Myślenie, że para sił się znosi, bo siły są równe i przeciwne. Nie znoszą się, chyba że działają na to samo ciało.
• Traktowanie „akcji” jako pierwszej, a „reakcji” jako późniejszej. Obie siły występują jednocześnie.
• Dobieranie niewłaściwych sił. Reakcją na twoje pchnięcie ściany jest siła ściany działająca na ciebie, a nie twój ciężar ani siła nacisku podłoża.
• Zakładanie, że równe siły muszą dawać taki sam ruch. Ta sama siła działająca na różne masy może powodować różne przyspieszenia.

Gdzie stosuje się trzecią zasadę Newtona

Trzecia zasada Newtona pojawia się zawsze, gdy dwa ciała oddziałują ze sobą: podczas chodzenia, skakania, pchania wózka, pływania albo gdy rakieta wyrzuca spaliny do tyłu. W każdym z tych przypadków dokładny ruch nadal zależy od pełnego obrazu sił działających na każde ciało.

Na przykład podczas chodzenia twoja stopa odpycha podłoże do tyłu. Podłoże z kolei działa na ciebie do przodu dzięki sile tarcia. Jeśli powierzchnia nie może zapewnić wystarczającego tarcia, ta siła do przodu jest zbyt mała i chodzenie staje się trudne.

Jedna kontrolna myśl, która zapobiega większości błędów

Jeśli dwie równe i przeciwne siły wydają się znikać, zadaj jedno pytanie: czy działają na to samo ciało? Jeśli odpowiedź brzmi nie, to nie są siłami, które znoszą się na jednym diagramie sił.

Spróbuj podobnego sprawdzenia pary sił

Wybierz jedno codzienne oddziaływanie, na przykład pchanie ściany albo odbicie się od podłogi. Zapisz tę parę słowami, zanim cokolwiek narysujesz: „siła, którą ty działasz na ścianę” oraz „siła, którą ściana działa na ciebie”. Taki nawyk bardzo ułatwia stosowanie trzeciej zasady Newtona w trudniejszych zadaniach z mechaniki.