Третій закон Ньютона.

Вдругому законі Ньютона йшла мова про сили, що діють на дане тіло. Але, сила характеризує взаємодію принаймні двох тіл. Роль другого тіла в динамічних явищах відображена в третьому законі Ньютона:

Два тіла взаємодіють між собою із силами, які направлені вздовж однієї прямої, рівними за модулем і протилежними за напрямком:

(1.30)

Необхідно пам’ятати, що в третьому законі Ньютона мова йде про сили, прикладені до різних тіл, тому не можна говорити про рівнодійну цих сил.

Що ж стосується умов виконання всіх трьох законів Ньютона, то слід зазначити, що вони виконуються тільки в нерелятивіському випадку, тобто тоді, коли тіла рухаються повільно (мається на увазі те, що їхня швидкість мала, в порівнянні із швидкістю світла – ).

Сили тертя

Сили тертя виникають при контактній взаємодії тіл. Розрізняють зовнішнє тертя і внутрішнє. Сили зовнішнього тертя виникають між поверхнями двох твердих тіл, які дотикаються. Якщо сила тертя виникає між частинками однієї і тієї ж речовини, то вона називається силою внутрішнього тертя.

Якщо між поверхнями тіл, що дотикаються, немає ніякого прошарку то таке тертя називають сухим. А тертя між поверхнею твердого тіла і рідиною або газом або між шарами рідини або газу називається в'язким тертям.

Сухе тертя в свою чергу поділяється на тертя ковзання і тертя кочення. Сили тертя завжди напрямлені по дотичних до тертьових поверхонь і напрямлені проти відносної швидкості цих поверхонь. Сухе тертя між поверхнями може виникати не тільки при відносному русі двох тіл, а й при намаганні викликати цей рух.

Наприклад, для того щоб зрушити з місця масивне тіло потрібно прикласти достатньо велику силу. Якщо ця сила недостатня, то тіло буде знаходитись в спокої. Але між поверхнею цього тіла і поверхнею, на якій воно знаходиться, виникне сила тертя, яка називається силою тертя спокою.

Якщо зовнішня сила досягне певного значення, то тіло починає ковзати. Сила тертя, рівна по величині зовнішній силі, при якій тіло починає ковзати, називаєтьсямаксимальною силою тертя спокою(рис. 1.7³).

Як показує експеримент, максимальна сила тертя спокою пропорційна силі нормального тиску, тобто силі, яка перпендикулярна до поверхні дотичних тіл і притискає ці поверхні одна до одної. Крім того, вона залежить від матеріалу, з якого виготовлені тіла і від способу обробки поверхонь:

, (1.31)

де μ— коефіцієнт пропорційності, який називаєтьсякоефіцієнтом тертя,N —сила реакції опори, яка за III законом Ньютона по модулю рівна силі нормального тиску (рис. 1.8).

Сили тертя пояснюють взаємодію між нерівностями поверхонь, що дотикаються. Ці нерівності “чіпляються” між собою. У випадку, якщо поверхні оброблені дуже якісно, то сила тертя виникає внаслідок взаємодії між атомами, що знаходяться на цих поверхнях. Якщо зовнішня сила досягне значення, рівного значенню максимального тертя спокою, то тіло починає ковзати по поверхні, але сила тертя при цьому не зникає і вона називається в цьому випадку силою тертя ковзання. Сила тертя ковзання залежить також від природи і способу обробки поверхні. Але вона також залежить і від відносної швидкості тертьових поверхонь. Найбільш характерний вид цієї залежності такий (рис. 1.9):

На практиці часто приймають, що сила тертя ковзання не залежить від швидкості і дорівнює максимальному значенню сили тертя спокою.

У випадку, якщо одне тіло котиться по поверхні іншого, то виникає сила тертя кочення. Формулу, за допомогою якої можна визначити тертя кочення, дослідним шляхом встановив Ньютон. Він показав,

що сила тертя кочення пропорційна силі нормального тиску і обернено пропорційна радіусу тіла:

, (1.32)

де μ_k—коефіцієнт тертя кочення.

Як видно із залежності, коефіцієнт тертя кочення має розмірність довжини, він не залежить від швидкості кочення і радіуса тіла, а залежить від матеріалу і стану поверхні тіл.

Експеримент показує, що сила тертя кочення при тих же умовах завжди менша від сили тертя ковзання. Сили тертя відіграють надзвичайно важливу роль в природі, а також в житті і практичній діяльності людини. Завдяки силі тертя ми можемо ходити по поверхні Землі. Вона буває корисною і шкідливою.

При русі тіл в рідині або газі також виникає сила тертя. Можна вважати, що для невеликих швидкостей сила тертя пропорційна швидкості тіла:

, (1.33)

де k₁–коефіцієнт в’язкого тертяабокоефіцієнт в’язкості. Він залежить від розмірів, форми і стану поверхні тіла, а також властивостей рідини або газу, в якому рухається тіло.

На відміну від сухого, в'язке тертя характерне тим, що в цьому випадку не існує сили тертя спокою. Сила в'язкого тертя стає рівною нулю одночасно із швидкістю. При збільшенні швидкості, сила тертя починає залежати нелінійно від швидкості і для певних швидкостей вона пропорційна квадрату швидкості:

, (1.33а)

а при ще більших швидкостях пропорційна кубу швидкості:

. (1.33б)