Реакция (физика)

редактировать

Как описано в третьем из законов движения Ньютона из классической механики, все силы возникают парами, так что если один объект оказывает силу на другой объект, то второй объект оказывает на первый равную и противоположную силу реакции. Третий закон также в более общем виде сформулирован следующим образом: «Каждому действию всегда противопоставляется равное противодействие: или взаимные действия двух тел друг на друга всегда равны и направлены на противоположные части». Приписывание того, какая из двух сил является действием, а какая противодействием, произвольно. Любой из двух вариантов можно рассматривать как действие, а другой - как связанную с ним реакцию.

Содержание

  • 1 Примеры
    • 1.1 Взаимодействие с землей
    • 1.2 Гравитационные силы
    • 1.3 Поддерживаемая масса
    • 1.4 Масса пружины
  • 2 Причинное неверное толкование
    • 2.1 'Равно и противоположно '
    • 2.2 Центростремительная и центробежная сила
  • 3 См. Также
  • 4 Ссылки
  • 5 Библиография

Примеры

Взаимодействие с землей

Когда что-то оказывает силу на земля будет отталкиваться с равной силой в противоположном направлении. В некоторых областях прикладной физики, таких как биомеханика, эта сила, действующая на землю, называется «силой реакции земли »; сила объекта на земле рассматривается как «действие».

Когда кто-то хочет прыгнуть, он или она прилагает дополнительную силу, направленную вниз, на землю («действие»). Одновременно земля оказывает на человека восходящую силу («реакция»). Если эта направленная вверх сила больше веса человека, это приведет к восходящему ускорению. Когда эти силы перпендикулярны земле, они также называются нормальной силой.

. Точно так же вращающиеся колеса транспортного средства пытаются скользить назад по земле. Если земля не слишком скользкая, это приводит к паре сил трения : «действие» колеса на землю в обратном направлении и «реакция» земли на колесо в прямом направлении. направление. Эта поступающая вперед сила приводит в движение автомобиль.

Гравитационные силы

Два тела, похожие на Солнце и Землю, то есть с огромной разницей в массе - красный X отмечает барицентр

Земля, среди других планет, вращается вокруг Солнца, потому что Солнце оказывает гравитационное притяжение, которое действует как центростремительная сила, удерживая Землю к нему, который иначе полетел бы в космос. Если притяжение Солнца рассматривается как действие, то Земля одновременно оказывает на Солнце реакцию в виде гравитационного притяжения. Притяжение Земли имеет ту же амплитуду, что и Солнце, но в противоположном направлении. Поскольку масса Солнца намного больше, чем у Земли, Солнце обычно не реагирует на притяжение Земли, но на самом деле это так, как показано на анимации (не в точном масштабе). Правильный способ описания совместного движения обоих объектов (игнорируя на данный момент все другие небесные тела) - сказать, что они оба вращаются вокруг центра масс, называемого в астрономии барицентром., комбинированной системы.

Поддерживаемая масса

Любая масса на Земле притягивается гравитационной силой Земли; эта сила также называется его весом. Соответствующая «реакция» - это гравитационная сила, которую масса оказывает на планету.

Если объект поддерживается так, что он остается неподвижным, например, тросом, на котором он висит, или поверхностью под ним, или жидкостью, на которой он плавает, также имеется поддержка усилие в направлении вверх (растяжение сила, нормальная сила, выталкивающая сила соответственно). Эта опорная сила является «равной и противоположной» силой; мы знаем это не из-за третьего закона Ньютона, а потому, что объект остается в покое, поэтому силы должны быть уравновешены.

На эту опорную силу также существует «реакция»: объект тянет вниз за поддерживающий трос или давит на опорную поверхность или жидкость. В этом случае, следовательно, есть четыре силы равной величины:

  • F1. сила притяжения земли на объект (вниз)
  • F2. гравитационная сила объекта на земле (вверх)
  • F3. сила опорой на объект (вверх)
  • F4. сила объекта на опоре (вниз)

Силы F 1 и F 2 равны по третьему закону Ньютона; то же самое верно для сил F 3 и F 4. Силы F 1 и F 3 равны тогда и только тогда, когда объект находится в равновесии, и никакие другие силы не применяются. (Это не имеет ничего общего с третьим законом Ньютона.)

Масса на пружине

Если масса висит на пружине, применяются те же соображения, что и раньше. Однако, если эта система затем возмущается (например, масса получает легкий толчок вверх или вниз, скажем), масса начинает колебаться вверх и вниз. Из-за этих ускорений (и последующих замедлений) мы делаем вывод из второго закона Ньютона, что результирующая сила ответственна за наблюдаемое изменение скорости. Сила тяжести, притягивающая массу вниз, больше не равна восходящей упругой силе пружины. В терминологии предыдущего раздела F 1 и F 3 больше не равны.

Тем не менее, все еще верно, что F 1 = F 2 и F 3 = F 4, поскольку этого требует третий закон Ньютона.

Причинное неверное толкование

Термины «действие» и «реакция» содержат вводящее в заблуждение предположение причинности, как если бы «действие» является причиной, а «реакция» - Эффект. Поэтому легко думать, что вторая сила присутствует благодаря первой и даже происходит через некоторое время после первой. Это неверно; эти силы совершенно одновременны и существуют по той же причине.

Когда силы вызваны волей человека (например, футболист бьет по мячу), эта волевая причина часто приводит к асимметричной интерпретации, где сила, действующая на мяч игроком, считается «действием», а сила, воздействующая на игрока, - «реакцией». Но физически ситуация симметрична. Силы, действующие на мяч и на игрока, объясняются их близостью, что приводит к паре контактных сил (в конечном итоге из-за электрического отталкивания). То, что эта близость вызвана решением игрока, не имеет отношения к физическому анализу. Что касается физики, то ярлыки «действие» и «противодействие» можно поменять местами.

«Равно и противоположно»

Одна из проблем, часто наблюдаемых преподавателями физики, заключается в том, что студенты склонны к применить третий закон Ньютона к парам «равных и противоположных» сил, действующих на один и тот же объект. Это неверно; третий закон относится к силам, действующим на два разных объекта. Например, книга, лежащая на столе, подвергается действию направленной вниз гравитационной силы (действующей со стороны Земли) и направленной вверх нормальной силы со стороны стола. Поскольку книга не ускоряется, эти силы должны быть точно уравновешены в соответствии с первым или вторым законом Ньютона. Следовательно, они «равны и противоположны». Однако эти силы не всегда одинаково сильны; они будут другими, если книгу толкают вниз под действием третьей силы, или если стол наклонен, или если система стола и книги находится в ускоряющемся лифте. Случай трех или более сил рассматривается как сумма всех сил.

Возможная причина этой проблемы заключается в том, что третий закон часто формулируется в сокращенной форме: для каждого действия существует равная и противоположная реакция без деталей, а именно, что эти силы действуют на два разных объекта. Кроме того, существует причинно-следственная связь между весом что-то и нормальной силой: если объект не имел никакого веса, он не будет испытывать усилие поддержки со стола, а вес диктует, насколько сильна поддержка сила будет. Эта причинно-следственная связь возникает не из-за третьего закона, а из-за других физических отношений в системе.

Центростремительная и центробежная сила

Другой распространенной ошибкой является утверждение, что «центробежная сила, которую испытывает объект, является реакцией на центростремительную силу, действующую на этот объект».

Если объект был одновременно подвержен как центростремительной силе, так и равной и противоположной центробежной силе, равнодействующая сила исчезнет, ​​и объект не сможет испытывать круговое движение. Центробежную силу иногда называют фиктивной силой или псевдосилой, чтобы подчеркнуть тот факт, что такая сила появляется только тогда, когда вычисления или измерения проводятся в неинерциальных системах отсчета.

См. Также

Литература

Библиография

  • Фейнман, Р.П., Лейтон и Сэндс (1970) Лекции Фейнмана по физике, том 1, Эддисон Уэсли Лонгман, ISBN 0-201 -02115-3.
  • Резник, Р. и Д. Холлидей (1966) Physics, Part 1, John Wiley Sons, New York, 646 стр + приложения.
  • Уоррен, JW (1965) Учение of Physics, Butterworths, London, 130 стр.
Последняя правка сделана 2021-06-03 09:46:28
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте