2. Деякі відомості про сили

Сила – це міра механічної взаємодії тіл, яка визначає інтенсивність і напрям цієї взаємодії.

Згідно з третім законом Ньютона сила дії може виникнути лише тоді, коли існує якась сила протидії (сила реакції).

Згідно з тим же законом сила дії і сила протидії завжди однакові за розміром і протилежно направлені.

Звідси випливають висновки, про які ми часто не замислюємось:

● сила не існує сама по собі, в однині. Вона виникає тільки у результаті взаємодії тіл, тобто тільки у вигляді двох сил одночасно – сили дії і сили протидії (реакції). Якщо сили протидії немає, то не може бути і сили дії, хоча кожне окремо взяте тіло має певні потенційні можливості для її створення;

● якщо протидія не може бути великою, то і сила не може бути великою, бо вони завжди однакові за розміром. Велику силу дії можна одержати лише у тому випадку, коли може існувати і велика протидія.

Приклад: удар кулаком по воді безболісний на відміну від удару по бетонній плиті.

Таким чином, якщо розглядаємо якусь силу, то повинні пам’ятати, що вона можлива лише у тому випадку, якщо може зустріти таку ж за розміром протидію собі.

Тобто дія і протидія − це два боки однієї медалі, їхній союз нерозривний, одна без другої не існує, вони завжди однакові за розміром і весь час протиборствують, зрівноважуючи одна одну.

Ми, як правило, над цими деталями не замислюємось і вважаємо що сили існують незалежно від того, взаємодіє носій сили з якимось тілом чи не взаємодіє.

3. Застосування третього закону Ньютона для визначення сил взаємодії тіл

Положення по те, що сила дії і сила протидії завжди однакові за розміром дозволяє спрощувати розв’язок багатьох задач.

Задача 1. Потрібно визначити, яку силу протидії розвиває дошка у результаті деформації, що виникає при навантаженні дошки гирею з вагою (рис. 2).

Відповідь. Сила дії нам відома, це вага гирі . А сила протидії, згідно з третім законом Ньютона, завжди дорівнює силі дії, тобто .

Задача 2. На дорозі зіткнулись легковий автомобіль масою 1т і вантажівка масою 3 т. Яким чином сила удару, яка виникла у момент зіткнення, розподілилась між цими автомобілями?

Відповідь. Згідно з третім законом Ньютона сила дії завжди дорівнює силі протидії. Це означає, що сила удару у точці зіткнення автомобілів однакова.

Але наслідки дії цієї сили на той і інший автомобілі різні. Оскільки маса легковика утричі менша за масу вантажівки, то це викличе утричі більше сповільнення всіх частин легковика, ніж вантажівки. Це означає, що на кожну складову частину легковика у момент удару діятимуть утричі більші сили інерції, ніж на складові частини вантажівки. Тобто пошкодження легковика і травмування його пасажирів будуть набагато більшими, ніж у вантажівки.

4. Визначення максимально можливої сили взаємодії при наявності обмежень на значення сили дії та сили протидії

У практиці часто зустрічаються випадки, коли якась з сил взаємодії (сила дії чи сила протидії) має обмеження.

У таких ситуаціях для визначення максимально можливої сили взаємодії тіл потрібно керуватись наступним:

● з’ясувати потенційно можливі сили дії та протидії одного і другого тіл;

● прийняти максимально можливий розмір реальної сили рівним тій з потенційних сил (дії чи протидії), яка є меншою. Наприклад, у випадку взаємодії руки і стінки між ними може існувати реальна сила, максимально можливий розмір якої обмежується силою руки.

А у випадку взаємодії руки і віконного скла між ними може існувати реальна сила, максимально можливий розмір якої обмежується міцністю віконного скла.

Приклади. Якщо повісити ганчірку і бити по ній кулаком, то руку ніколи не пошкодиш, бо ганчірка нездатна створити для кулака істотну протидію. Якщо ж невдало вдарити по боксерській груші, то руку можна і зламати, бо груша чинить кулакові велику протидію.

Тиск робочої рідини на виході з гідравлічного насоса однозначно пов’язаний із тим, чи зустрічає потік рідини протидію. При відсутності протидії тиск відсутній або дуже малий: у системі мащення зношеного двигуна тиск завжди малий, бо великі зазори у зношених підшипниках не створюють достатню протидію потокові оливи.

Сила інерції – це особлива сила протидії. Вона завжди виникає тоді, коли не вистачає інших сил протидії і завжди забезпечує потрібну протидію, якою б великою вона не була. Тобто сила інерції – це протидія, потенційні можливості якої нескінченно великі.