Terza legge del moto di Newton

La terza legge del moto di Newton dice che se un corpo A esercita una forza sul corpo B, allora il corpo B esercita una forza di uguale intensità, in direzione opposta, sul corpo A.

Spesso, una di queste forze è chiamata "azione" e l'altro "reazione". Usando questi due termini, un altro modo che le persone usano per enunciare la terza legge del moto di Newton è dire, Ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria. Tuttavia, preferisco leggermente l'affermazione che ho fatto prima perché specifica anche che azione e reazione agiscono su due corpi diversi.

Le due forze qui menzionate sono chiamate a Le coppie di terza legge di Newton (o an coppia azione-reazione). Le terze coppie di leggi di Newton hanno le seguenti proprietà:

1. Sono dello stesso tipo
2. Hanno la stessa grandezza
3. Agiscono in direzioni opposte
4. Agiscono sulla stessa linea
5. Agiscono per la stessa durata
6. Agiscono su due corpi separati

Ad esempio, se una persona spinge un muro, il muro esercita una forza di uguale intensità nella direzione opposta sulla persona. La spinta della persona sul muro è una forza di contatto e anche la spinta del muro sulla persona è una forza di contatto.

Diagrammi di corpo libero e terza legge del moto di Newton

Prima di leggere questa sezione, assicurati di avere familiarità con i diversi tipi di forze che emergono quando eseguiamo questi calcoli.

Per illustrare le forze che agiscono sui corpi, spesso disegniamo diagrammi a corpo libero. In questi diagrammi, disegniamo separatamente ogni corpo coinvolto in una data situazione, mostrando solo le forze che agiscono su quel corpo. Ad esempio, immaginiamo una mela appoggiata su un tavolo.

Il diagramma di corpo libero per la mela e la tabella sarebbe il seguente:

Nel diagramma sopra, puoi identificare la terza coppia di leggi di Newton. La mela si abbassa sul tavolo (

), e il tavolo si rialza sulla mela (

).

La mela è a riposo, quindi le forze sulla mela sono bilanciate (secondo la prima legge di Newton). In questo modo, la spinta verso l'alto sulla mela vicino al tavolo (

) è bilanciato dall'attrazione verso il basso esercitata sulla mela dalla Terra (dovuta alla gravità) (

). È importante notare che queste due forze sono non Coppie di terza legge di Newton. Uno è gravitazionale, l'altro è una normale forza di reazione. Il peso della mela proviene dalla Terra che attrae la mela con una forza gravitazionale. Quindi, la mela attira la Terra verso l'alto con una forza gravitazionale di uguale magnitudo. Questa è la forza che formerebbe la terza coppia di leggi con il peso della mela. Questa forza agisce sulla Terra e questa forza non è mostrata nel diagramma.

Quindi, qualsiasi oggetto che ha un peso sta anche tirando la Terra verso l'alto con una forza uguale a quel peso. Naturalmente, non vediamo mai la Terra correre verso l'oggetto. Questo perché, secondo

,

. Per una spinta verso l'alto sulla Terra che ha una grandezza pari al peso di un oggetto tipico, l'accelerazione della Terra è estremamente piccola perché la Terra ha una massa molto grande.

Esempio della terza legge del moto di Newton

Una mela con una massa di 0,13 kg sta cadendo. Trova il peso della mela e la terza coppia di leggi di Newton del peso della mela. Indica su quale corpo agisce questa seconda forza e trova l'accelerazione di questo oggetto.

Innanzitutto, il peso della mela è

. La terza coppia di leggi di Newton è la mela che tira la Terra verso l'alto. Anche questo ha la stessa magnitudine di 1,28 N. La Terra ha una massa di 5,97×10²⁴ kg. L'accelerazione della Terra dovuta a questa forza è

SM^-2, che è trascurabilmente piccolo.

Usiamo la terza legge del moto di Newton quando vendiamo una barca. Con la pagaia, spingiamo l'acqua all'indietro e, secondo la terza legge del moto di Newton, l'acqua spinge la pagaia in avanti. Poiché la pagaia è attaccata alla barca, anche la barca si muove in avanti con la pagaia. Allo stesso modo, un razzo può essere lanciato anche grazie alla terza legge del moto di Newton. Il razzo espelle una massa d'aria come scarico verso il basso e l'aria a sua volta spinge il razzo verso l'alto.

Un buon esempio che illustra l'incapacità di comprendere la terza legge del movimento di Newton è il concetto di un'auto in perenne movimento alimentata da una coppia di magneti, spesso condivisa su siti di trolling su Internet. L'idea è illustrata di seguito:

Secondo questa idea, il magnete attaccato al cofano dell'auto sarà sempre tirato in avanti dal magnete tenuto davanti ad esso. Poiché l'attrazione continua indefinitamente, l'auto verrebbe accelerata in avanti per sempre.

Questa idea ingenua non funziona perché, secondo la terza legge del moto di Newton, il magnete sul cofano dell'auto attirerà il magnete davanti a sé con una forza uguale e contraria (a sinistra, in questo diagramma). Poiché anche questo magnete è attaccato all'auto tramite il palo, questa forza farebbe sì che l'auto si muova all'indietro. Alla fine, le due forze si annullerebbero completamente (sono le terze coppie di leggi di Newton, quindi hanno le stesse grandezze e direzioni opposte), e l'auto rimarrà ferma.