1. Ви вже знаєте, що другий закон Ньютона встановлює залежність прискорення одного з взаємодіючих тіл від його маси і діючої на нього сили. Однак в результаті взаємодії кожне тіло набуває прискорення, і, отже, на кожне з взаємодіючих тіл діє сила.
Наприклад, в описаному в § 12 досвіді (див. Рис. 43) кожна візок в результаті взаємодії набувала прискорення і, отже, на кожен візок діяла сила.
Взаємодіють і лежить на горизонтальному столі книга і стіл. Книга діє на стіл з силою P. прикладеної до столу і спрямованої вертикально вниз, і деформує його (рис. 48). У столі виникає сила пружності, і він діє на книгу з силою Fупр. спрямованої вертикально вгору і прикладеної до книги.
Вдаривши по столу рукою, можна відчути взаємодія тіл. При цьому рука діє на стіл з деякою силою, а хворобливе відчуття, що виникає в руці, свідчить про те, що і з боку столу на руку також діяла деяка сила.
2. З'ясуємо, як співвідносяться між собою сили, з якими діють один на одного взаємодіючі тіла. Для цього закріпимо в штативі один над іншим два демонстраційних динамометра (рис. 49, а). До верхнього динамометру підвісимо магніт, а на столик нижнього динамометра покладемо сталевий брусок. Встановимо стрілки динамометрів на нуль. Наблизимо магніт і брусок один до одного (рис. 49, б). Ми побачимо, що вони притягнуться, а стрілки динамометрів відхиляться від нуля.
Показання динамометрів дозволяють зробити наступні висновки: при взаємодії магніту і бруска сила діє як на брусок, так і на магніт; модуль сили, що діє на брусок, дорівнює модулю сили, що діє на магніт; сили, що діють на магніт і на брусок, спрямовані в протилежні сторони.
3. Ці висновки можна отримати, виконавши математичні перетворення. У § 12 дослідним шляхом було встановлено, що при взаємодії двох тіл відношення модулів їх прискорень дорівнює зворотному відношенню мас =. або m1a1 = m2a2.
Оскільки прискорення, які отримують тіла при взаємодії, спрямовані в протилежні сторони, то можна записати
Але відповідно до другого закону Ньютона m1a1 = F1 - сила, що діє на перше тіло, а m2a2 = F2 - сила, що діє на друге тіло. отже,
Це рівність висловлює третій закон Ньютона.
тіла діють один на одного з силами, рівними за модулем і спрямованими в протилежні сторони.
Ці сили спрямовані вздовж прямої, що з'єднує взаємодіючі тіла (матеріальні точки).
4. Третій закон Ньютона показує, що сили завжди з'являються парами. Ці сили часто називають силами дії та протидії. При цьому байдуже, яку з двох сил назвати силою дії, а яку, силою протидії.
Слід зазначити, що сили дії і протидії прикладені до різних тіл і тому не компенсують один одного. Так, в розглянутому досвіді (див. Рис. 49) сила F1 прикладена до магніту, а сила F2 - до бруска.
Сили, які виникають при взаємодії тіл, є силами однієї природи. Наприклад, якщо тіло взаємодіє із Землею, то Земля діє на нього з силою тяжіння і тіло діє на Землю з силою тяжіння. Що лежить на столі книга діє на стіл з силою пружності, і стіл діє на книгу також з силою пружності.
5. Третій закон Ньютона так само, як перший і другий закони, виконується в інерційних системах відліку.
При переході від однієї системи відліку до іншої не змінюються ні прискорення, ні маса тіла, ні діюча на нього сила. Отже, можна стверджувати, що закони Ньютона мають один і той же вид в будь-якій інерційній системі відліку. Узагальнимо цей висновок і на інші закони механіки:
закони механіки однакові для всіх інерційних систем відліку т. е. все механічні явища протікають однаково у всіх інерціальних системах відліку при однакових початкових умовах.
Це твердження називають принципом відносності Галілея.
Питання для самоперевірки
1. Сформулюйте третій закон Ньютона.
2. Чи можна знайти рівнодіючу сил дії і протидії?
3. Яка природа сил дії і протидії?
4. У яких системах відліку виконується третій закон Ньютона?
5. Сформулюйте принцип відносності Галілея.
1. Поясніть, як здійснюється переміщення людини по землі. Намалюйте йде людини і покажіть всі діючі на нього при ходьбі сили.
2. Два хлопчика стоять на ковзанах на льоду і натягують мотузку, тримаючи її за кінці (рис. 50, а). Зробіть малюнок і покажіть діючі на хлопчиків і на мотузку сили, які дорівнюють по третьому закону Ньютона. Припустимо, що мотузку розрізали посередині і з'єднали з динамометром (рис. 50, б). Що покаже динамометр, якщо сила, з якою натягує мотузку один з хлопчиків, дорівнює 40 Н?
3. Вам відомо, що Земля і Місяць притягуються один до одного. Порівняйте силу, що діє з боку Землі на Місяць, з силою, що діє з боку Місяця на Землю.