2.6. Третий закон ньютона

Третий закон Ньютона формулируется следующим образом: силы взаимодействия двух материальных точек равны по величине, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти материальные точки.

.

Одну из сил,  или , согласно Ньютону иногда называют действием, а другую – противодействием. Третий закон Ньютона иначе называют законом действия и противодействия. «Если кто нажимает пальцем на камень, – писал Ньютон, – то и палец его также нажимается камнем. Если лошадь тащит камень, привязанный к канату, то и обратно (если можно так выразиться) она с равным усилием оттягивается к камню...». Всякому действию соответствует равное и противоположно направленное противодействие (рис.2.7). Следует, однако, заметить, что «действие» по своей природе ничем не отличается от «противодействия». Так, тяжелое тело, лежащее на столе, давит на стол, испытывая со стороны стола противоположно направленное противодействие. Действие – давление камня на стол – обусловлено деформацией камня, противодействие – давление стола на камень – обусловлено деформацией стола. В основе подразделения сил на «действующие» и «противодействующие» лежит представление об активных телах, производящих действие, и пассивных телах, оказывающих противодействие. Так, если мы поднимаем груз за нитку, то активным телом, производящим действие, будем мы сами, а пассивным телом, оказывающим противодействие, будет груз. Однако подразделение тел на активные и пассивные можно провести далеко не всегда. Например, когда Солнце и планета притягиваются друг к другу силами всемирного тяготения, то в этом взаимодействии они выступают совершенно равноправно, и нельзя указать, какое из взаимодействующих тел является активным, а какое – пассивным. Какую из сил,  или , назвать действием, а какую – противодействием, – это в большинстве случаев вопрос соглашения.

Обосновывая равенство сил действия и противодействия, Ньютон писал: «Относительно притяжений дело может быть изложено вкратце следующим образом: между двумя взаимно притягивающимися телами надо вообразить помещённым какое-либо препятствие, мешающее их сближению. Если бы одно из тел А притягивалось бы телом В сильнее, нежели тело В притягивается телом А, то препятствие испытывало бы со стороны тела А большее давление, нежели со стороны тела В и, следовательно, не осталось бы в равновесии. Преобладающее давление вызвало бы движение системы, состоящей из двух тел и препятствия, в сторону тела В, и в свободном пространстве эта система, двигаясь ускоренно, ушла бы в бесконечность. Такое заключение нелепо и противоречит первому закону, по которому система должна бы оставаться в своём состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения. Отсюда следует, что оба тела давят на препятствие с равными силами, а значит, и притягиваются взаимно с таковыми же».

В основу третьего закона Ньютона положено ньютоновское допущение о мгновенном распространении взаимодействия, которое носит название принципа дальнодействия в классической механике. Согласно этому принципу взаимодействие между телами распространяется в пространстве с бесконечно большой скоростью. Иначе говоря, если изменить состояние одного тела, то сразу же можно обнаружить хотя бы очень слабое изменение во взаимодействующих с ним телах, как бы далеко они не находились.

Сейчас мы знаем, что в действительности это не так – существует конечная максимальная скорость распространения взаимодействий, которая равна скорости света в вакууме. Поэтому третий закон Ньютона (а также и второй) имеет определенные границы применимости.

Примеры

Пример 1        

Пример 2

Пример 3

Пример 4

Пример 5

Баскетболист, забивший мяч, завис на кольце. Противодействующей силе упругости, действующей на спортсмена со стороны кольца, является сила упругой деформации кольца, действующая на кольцо со стороны спортсмена и приложенная к кольцу. Противодействующей силе тяжести, действующей на спортсмена, будет сила гравитационного притяжения Земли баскетболистом, приложенная к Земле

Сила, с которой самосвал действует на троллейбус при столкновении, равна силе, с которой троллейбус действует на самосвал. При этом последствия действия этих сил для самосвала и троллейбуса могут сильно отличаться. Но ведь в третьем законе Ньютона речь идет только о равенстве сил действия и противодействия, но ничего не говорится о последствиях этого взаимодействия

Сила, действующая на спортсмена со стороны строп парашюта, равна по величине силе, действующей на стропы со стороны спортсмена

Сила, с которой спортсмен действует на штангу, и сила, с которой штанга действует на спортсмена, равны по величине и противоположны по направлению. Эти силы приложены к разным телам. Сила, действующая на штангу со стороны спортсмена, уравновешена силой тяжести штанги. Сила, действующая на спортсмена со стороны штанги, в сумме с силой тяжести и силой нормальной реакции опоры, действующими на спортсмена, дают ноль. В результате и штанга, и спортсмен в рассматриваемый момент времени покоятся

На спортсмена и на катер действуют со стороны соединяющего их каната силы натяжения, равные по величине и противоположные по направлению. Под действием результирующих сил, действующих на катер и спортсмена, эти тела могут двигаться с разными скоростями, ускорениями и в разных направлениях