Реакција (физика)

Како што е опишано со третиот Њутнов закон од класичната механика сите сили се случуваат во парови при што едено од телата дејствува со сила на другото тело, а притоа второто тело дејствува на првото тело со еднаква сила но со спротивна насока.^[1]^[2] Третиот закон исто така гласи: „За секоја акција секогаш постои спротивна по насока еднаква реакција или заемнодејјствата меѓу двете тела се секогаш еднакви и насочени спротивно едно на друго.“^[3] Утврдувањето на која од силите е реактивна е оставено на избор на набљудувачот. И двете сили може да се сметаат за акција додека пак другата може да се смета за реакција.

Примери

Заемно дејство со Земјата

Кога силата на напрегање дејствува на подлогата, подлогата ќе ја одбие со еднаква сила во спротивна насока. Во одредени полиња на применетата физика, како што е биомеханиката, оваа сила од подлогата е наречена 'сила на реакција на Земјата'. Силата од телото врз подлогата е наречена 'акција'.

Кога некој сака да скокне, тој или таа врши дополнителна сила надолу кон подлогата ('акција'). Истовремено, подлогата предизвикува сила со спротивна насока кон лицето ('реакција'). Ако силата што дејствува нагоре е поголема од масата на лицето, ова ќе резултира со забрзување нагоре. Кога овие сили се нормални на Земјата, тие се наречени нормални сили.

На ист начин, вртечките тркала на возилото се обидуваат да пролизгаат наназад преку подлогата. Ако подлогата не е многу лизгава, резултира со сили на триење во пар: 'акцијата' од тркалото врз подлогата насочена назад, и 'реакцијата' од подлогата врз тркалото насочена напред. Оваа сила насочена напред го придвижува возилото.

Гравитациски сили

Две тела слични на Сонцето и Земјата т.е. со голема разлика во масата, каде со црвениот X се означува барицентарот.

Земјата, како и другите планети, ротира околу Сонцето бидејќи Сонцето врши гравитациско привлекување кое делува како центрипетална сила, привлекувајќи ја Земјата кон себе, а во спротивно би ја исфрлило во вселената. Ако привлекувањето на Сонцето се смета како акција, тогаш Земјата истовремено врши реакција, како гравитациско привлекување на Сонцето. Земјиното привлекување ја има истата амплитуда како и Сонцето, но во спротивна насока. Бидејќи сончевата маса е многу поголема од Земјината, Сонцето воопшто не реагира на привлекувањето на Земјата, но всушност реагира, како што е тоа прикажано на анимацијата (не во точен размер). Правилен начин да ги опишеме комбинираните движења на двете тела (игнорирајќи ги другите небесни тела во моментот) е да кажеме дека и двете ротираат околу центарот на масата, кој во астрономијата се нарекува барицентар, на комбинирани системи.

Маса на подлога

Било која маса на Земјата е привлечена надолу од гравитациската сила на Земјата; Оваа сила уште се нарекува тежина. Соодветната 'реакција' е гравитациската сила која масата дејствува на планетата.

Ако телото е оставено во состојба на мирување, на пример тело обесено на конец, или пак е поставено на некоја површина, или пак плови во некоја течност, постои и дополнителна сила насочена нагоре (затегнувачка сила, нормална сила, пловна сила). Дополнителната сила е, е еднаква на спротивната сила, при што ова не го знаеме од третиот Њутнов закон, но бидејќи телото останува во мирување, силите мора да се во рамнотежа.

Дополнителната сила е исто така реакција: телото тежи надолу затегнувајќи го конецот или приитискајќи надолу на површината или течноста. Во тој случај имаме 4 сили еднакви по големина:

F1. гравитациска сила од Земјата на телото (надолу)
F2. гравитациска сила од телото на Земјата (нагоре)
F3. сила од подлогата на телото (нагоре)
F4. силата од телото на подлогата (надолу)

Силите F1 и F2 се еднакви поради третиот Њутнов закон; Истото е вистинито за силите F3 и F4. Силите F1 и F3 се еднакви само ако телото е во рамнотежа, и ако не се применети други сили. Ова нема никаква врска со третиот Њутнов закон.

Маса на пружина

Ако масата виси на пружината, истото разгледување важи како и претходно. Меѓутоа, ако системот се извади од рамнотежа (на пример, ако на масата и е даден мал удар нагоре или надолу), масата започнува да осцилира нагоре и надолу. Поради овие забрзувања (и последователни забавувања), од вториот Њутнов закон ние заклучуваме дека нето силата е одговорна за забележаната промена во брзината. Гравитациската сила што ја влече масата надолу не е повеќе еднаква со нагорната еластична сила на пружината. Во терминологијата од претходниот пасус, F1 и F3 не се повеќе еднакви.

Сеедно, сè уште важи дека F1 = F2 и F3 = F4, како што се бара во третиот Њутнов закон.

Вообичаено погрешно толкување

Термините 'акција' и 'реакција' погрешно се толкувани од каузалноста, како да 'акцијата' е причината, а 'реакцијата' е ефектот. Поради тоа, лесно е да се замисли дека втората сила е создадена како последица на првата и дури се случува некое време после првата. Тое не е точно. Силите се случуваат совршено истовремено и постојат од истата причина.

Кога силите се предизвикани од човечката волја (на пример, фудбалер шутира топка), оваа своеволна причина често води кон асиметрично толкување, каде што силата на ударот врз топката се смета како 'акција', а силата од топката кон играчот како 'реакција'. Но физички, ситуацијата е симетрична. Силите на топката и играчот се објаснети со нивните блискости, кои резултираат како контактни сили во пар. (во крајна линија тоа се должи на електричната одбивност). Бидејќи нивната блискост е предизвикана од одлуката на играчот тоа не влијае врз физичката анализа. Што се однесува до физиката, поимите 'акција' и 'реакција' можат да бидат заменети.

'Еднакво и спротивно'

Проблемот често разгледуван од професорите по физика е дека студентите се обидуваат да го применат Третиот Њутнов закон како пар од 'еднакви и спротивни' сили, кои дејствуваат врз истото тело.^[4]^[5] Тоа не е точно. Третиот закон се однесува на силите на две различни тела. На пример, книгата која лежи на масата е предмет на надолната гравитациска сила (предизвикана од земјата) и на нагорната нормална сила предизвикана од масата. Бидејќи книгата не забрзува, овие сили мораат да бидат точно изабланасирани, според првиот или вториот Њутнов закон. Поради тоа тие се 'еднакви и спротивни'. Меѓутоа, овие сили не се секогаш со еднаква јачина. Тие би биле различни ако книгата е турната надолу од трета сила, или ако масата се искриви или ако системот книга-маса се наоѓа во лифт кој забрзува. Случајот од три или повеќе сили е опфатен од збирот на сите сили.

Можна причина за овој проблем е тоа што третиот закон е често ставен во скратена форма: За секоја акција постои еднаква и спротивна реакција, без детали дека овие сили дејствуваат на две различни тела. Згора на тоа, постои причинска поврзаност помеѓу масата на нешто и нормалната сила: ако телото нема маса, тоа нема да издржи дополнителна сила од масата и масата диктира колкава ќе биде дополнителната сила. Причинската врска не е поради третиот Њутнов закон туку поради физичките односи во системот.

Центрипетална и центрифугална сила

Уште една заедничка грешка е е да се каже дека

Центрифугалната сила која телото ја издржува е рекација од цернтрипеталната сила од телото.

Ако телата биле истовремено предмет на центрипетална сила и еднаква но спротивна центрифугална сила, резултантата сила ќе исчезне и телото нема да може да издржи кружно двиожење. Центрифугалната сила понекогаш е наречена фиктивна сила или квази сила, за да се нагласи фактот дека таа сила се појавува исклучително кога пресметките или мерењата се спроведени во неинерцијални референтни рамки.

Поврзано

Наводи

↑ Taylor, John R. (2005). Classical Mechanics. University Science Books. стр. 17–18. ISBN 9781891389221.
↑ Shapiro, Ilya L.; de Berredo-Peixoto, Guilherme (2013). Lecture Notes on Newtonian Mechanics: Lessons from Modern Concepts. Springer Science & Business Media. стр. 116. ISBN 1461478251. Посетено на 28 September 2016.
↑ This translation of the third law and the commentary following it can be found in the "Principia" on page 20 of volume 1 of the 1729 translation.
↑ Colin Terry and George Jones (1986). „Alternative frameworks: Newton's third law and conceptual change“. European Journal of Science Education. 8 (3): 291–298. Bibcode:1986IJSEd...8..291T. doi:10.1080/0140528860080305. Посетено на 2013-10-26. This report highlights some of the difficulties that children experience with Newton's third law.
↑ Cornelis Hellingman (1992). „Newton's Third Law Revisited“. Physics Education. 27: 112–115. Bibcode:1992PhyEd..27..112H. doi:10.1088/0031-9120/27/2/011. Посетено на 2013-10-26. ... following question in writing: Newton’s third law speaks about ‘action’ and ‘reaction’. Imagine a bottle of wine standing on a table. If the gravitational force that attracts the bottle is called the action, what force is the reaction to this force according to Newton’s third law? The answer most frequently given was: ‘The normal force the table exerts on the bottle’.

Литература

Feynman, R. P., Leighton and Sands (1970) The Feynman Lectures on Physics, Volume 1, Addison Wesley Longman, ISBN 0-201-02115-3.
Resnick, R. and D. Halliday (1966) Physics, Part 1, John Wiley & Sons, New York, 646 pp + Appendices.
Warren, J. W. (1965) The Teaching of Physics, Butterworths, London,130 pp.

[Taylor-1] Taylor, John R. (2005). Classical Mechanics. University Science Books. стр. 17–18. ISBN 9781891389221.

[2] Shapiro, Ilya L.; de Berredo-Peixoto, Guilherme (2013). Lecture Notes on Newtonian Mechanics: Lessons from Modern Concepts. Springer Science & Business Media. стр. 116. ISBN 1461478251. Посетено на 28 September 2016.

[Scolium1-3] This translation of the third law and the commentary following it can be found in the "Principia" on page 20 of volume 1 of the 1729 translation.

[4] Colin Terry and George Jones (1986). „Alternative frameworks: Newton's third law and conceptual change“. European Journal of Science Education. 8 (3): 291–298. Bibcode:1986IJSEd...8..291T. doi:10.1080/0140528860080305. Посетено на 2013-10-26. This report highlights some of the difficulties that children experience with Newton's third law.

[5] Cornelis Hellingman (1992). „Newton's Third Law Revisited“. Physics Education. 27: 112–115. Bibcode:1992PhyEd..27..112H. doi:10.1088/0031-9120/27/2/011. Посетено на 2013-10-26. ... following question in writing: Newton’s third law speaks about ‘action’ and ‘reaction’. Imagine a bottle of wine standing on a table. If the gravitational force that attracts the bottle is called the action, what force is the reaction to this force according to Newton’s third law? The answer most frequently given was: ‘The normal force the table exerts on the bottle’.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]