ニュートンの運動定義の第3法則

ニュートンの第3運動法則は、 物体Aが物体Bに力を加える場合、物体Bは反対方向に同じ大きさの力を物体Aに加えます。

多くの場合、これらの力の1つは呼ばれます "アクション" と他の1つ "反応"。これらの2つの用語を使用して、人々がニュートンの第3運動法則を述べるために使用する別の方法は、次のように言うことです。 すべての行動に対して、等しく反対の反応があります。ただし、アクションとリアクションが2つの異なるボディに作用することも指定されているため、前に示したステートメントの方が少し好きです。

ここで言及されている2つの力は ニュートンの第3法則ペア （または アクション-リアクションペア）。ニュートンの第3法則のペアには、次の特性があります。

1. それらは同じタイプです
2. それらは同じ大きさです
3. それらは反対方向に作用します
4. 彼らは同じ線に沿って行動します
5. 彼らは同じ期間行動します
6. 彼らは2つの別々の体に作用します

たとえば、人が壁を押すと、壁は反対方向に同じ大きさの力を人に戻します。人が壁を押すことは接触力であり、壁が人を押すことも接触力です。

自由体図とニュートンの第3運動法則

このセクションを読む前に、これらの計算を行うときに発生するさまざまなタイプの力に精通していることを確認してください。

物体に作用する力を説明するために、私たちはしばしば 自由体図。これらの図では、特定の状況に関係する各ボディを個別に描画し、そのボディに作用する力のみを示しています。たとえば、リンゴがテーブルの上に置かれていると想像してみましょう。

リンゴとテーブルの自由体図は次のようになります。

上の図では、1つのニュートンの第3法則ペアを識別できます。リンゴがテーブルを押し下げます（

）、そしてテーブルはリンゴを押し戻します（

).

リンゴは静止しているので、リンゴにかかる力はバランスが取れています（ニュートンの最初の法則による）。このように、テーブルのそばでリンゴを上向きに押します（

）地球によるリンゴの下向きの引っ張りによってバランスが取れています（重力による）（

）。これらの2つの力が いいえ ニュートンの第3法則のペア。 1つは重力で、もう1つは通常の反力です。リンゴの重さは、地球が重力でリンゴを引き下げることから来ています。次に、リンゴは同じ大きさの重力で地球を上向きに引っ張ります。これは、リンゴの重さと3番目の法則のペアを形成する力です。この力は地球に作用し、この力は図には示されていません。

したがって、重さを経験しているオブジェクトは、その重さに等しい力で地球を上向きに引っ張っています。もちろん、私たちは地球が物体に会うために急いでいるのを見ることはありません。これは、によると

,

。典型的な物体の重さの大きさを持つ地球を上向きに引っ張る場合、地球の質量は非常に大きいため、地球の加速度は非常に小さくなります。

ニュートンの運動の第3法則の例

質量0.13kgのリンゴが落ちています。リンゴの重さ、およびリンゴの重さのニュートンの第3法則のペアを見つけます。この2番目の力がどの物体に作用するかを記述し、このオブジェクトの加速度を見つけます。

まず、リンゴの重さは

。ニュートンの第3法則のペアは、地球を上向きに引っ張るリンゴです。これも1.28Nの同じ大きさです。地球の質量は5.97×10です。²⁴ kg。この力による地球の加速度は

MS^-2、無視できるほど小さいです。

ボートを漕ぐときは、ニュートンの第3運動法則を利用します。パドルを使用して水を後方に押し、ニュートンの第3運動法則に従って、水がパドルを前方に押します。パドルがボートに取り付けられているため、ボートもパドルとともに前進します。同様に、ニュートンの第3運動法則のおかげで、ロケットを発射することもできます。ロケットは排気ガスとして大量の空気を下向きに放出し、空気はロケットを上向きに推進します。

ニュートンの第3運動法則を理解できないことを示す良い例は、インターネットのトローリングサイトで共有されることが多い一対の磁石を動力源とする永久に動く車の概念です。アイデアを以下に示します。

この考えによれば、車のボンネットに取り付けられた磁石は、その前に保持された磁石によって永久に前方に引っ張られます。アトラクションは無期限に続くので、車は永遠に前方に加速されます。

ニュートンの第3運動法則によれば、車のボンネット上の磁石は、その前の磁石を等しく反対の力で引き付けるため、この素朴なアイデアは機能しません（この図の左側）。この磁石もポールで車に取り付けられているので、この力で車が後方に移動します。最終的に、2つの力は互いに完全に打ち消し合い（ニュートンの第3法則のペアであるため、大きさが同じで方向が反対になります）、車は静止したままになります。