Home » Articole » RO » Știință » Fizica » Mecanica » Acțiunea și reacțiunea

Acțiunea și reacțiunea

postat în: Mecanica 0

Așa cum este descris de a treia din legile lui Newton de mișcare a mecanicii clasice, toate forțele apar în perechi astfel încât dacă un obiect exercită o forță asupra unui alt obiect, atunci al doilea obiect exercită o forță de reacție egală și opus asupra primului. A treia lege este, de asemenea, mai general menționată: „Pentru fiecare acțiune există întotdeauna de o reacție egală și de sens contrar: sau acțiunile reciproce ale două corpuri una asupra celeilalte sunt întotdeauna egale și direcționate în sensuri contrare”. Atribuirea termenilor pentrui cele două forțe ca acțiunea și reacțiunea este arbitrară. Oricare dintre cele două poate fi considerată acțiune, în timp ce cealaltă este reacția asociată.

Exemple

Interacțiunea cu solul

Când ceva exercită o forță asupra solului, solul va împinge înapoi cu aceeași forță în direcția opusă. În anumite domenii ale fizicii aplicate, cum ar fi biomecanica, această forță de la sol se numește „forță de reacție la sol”; forța obiectului asupra pământului este privită ca „acțiune”.

Când cineva dorește să sară, exercită o forță suplimentară descendentă asupra pământului („acțiunea”). În același timp, pământul exercită o forță ascendentă asupra persoanei („reacția”). Dacă această forță în sus este mai mare decât greutatea persoanei, aceasta va accelerarea în sus. Când aceste forțe sunt perpendiculare pe pământ, ele sunt numite și forțe normale.

De asemenea, roțile unui vehicul încearcă să alunece înapoi pe pământ. În cazul în care solul nu este prea alunecos, rezultă o pereche prin forțele de frecare: „acțiunea” roții asupra solului în direcția inversă și „reacția” solului asupra roții în direcția înainte. Această forță spre înainte propulsează vehiculul.

Forțele gravitaționale

Pământul, ca și alte planete, orbitează Soarele deoarece Soarele exercită o forță gravitațională care acționează ca o forță centripetală, ținând Pământul aproape de el, care altfel s-ar fi îndepărtat în spațiu. Dacă atracția Soarelui este considerată o acțiune, atunci Pământul exercită simultan o reacție ca o atracție gravitațională asupra Soarelui. Atracția Pământului are aceeași amplitudine ca și a Soarelui, dar în direcția opusă. Din moment ce masa Soarelui este mult mai mare decât cea a Pământului, Soarele nu pare, în general, să reacționeze la atracția Pământului, dar în realitate reaționează. O modalitate corectă de a descrie mișcarea combinată a ambelor obiecte (ignorând toate celelalte corpuri celeste pentru moment) este aceea de a spune că ambele orbitează în jurul centrului de masă, numit în astronomie baricentru, al sistemului combinat.

Masa sprijinită

Diferitele forțe care acționează în cazul unei mase agățate
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Tension_figure.svg

(Diferitele forțe care acționează în cazul unei mase agățate de un cablu de susținere.)

Orice masă de pe pământ este trasă de forța gravitațională a pământului; această forță este numită și greutatea sa. „Reacția” corespunzătoare este forța gravitațională pe care o exercită masa asupra planetei.

Dacă obiectul este sprijinit astfel încât să rămână în repaus, de exemplu printr-un cablu de care acesta este agățat, sau printr-o suprafață dedesubt, sau printr-un lichid pe care plutește, există, de asemenea, o forță de susținere în direcția ascendentă (tensiunea mecanică, forța normală, forța flotantă, respectiv). Această forță de sprijin este o forță „egală și opusă”; nu știm asta din cauza legii a treia a lui Newton, ci pentru că obiectul rămâne în repaus, astfel încât forțele trebuie să fie echilibrate.

La această forță de sprijin există și o „reacție”: obiectul este trage în jos pe cablul de susținere sau împins în jos pe suprafața de susținere sau pe lichid. În acest caz, există, prin urmare, patru forțe de magnitudine egală:

  • F1. forța gravitațională a pământului asupra obiectului (în jos)
  • F2. forța gravitațională a obiectului asupra pământului (în sus)
  • F3. forța sprijinului asupra obiectului (în sus)
  • F4. forța obiectului asupra suportului (în jos)

Forțele F1 și F2 sunt egale din cauza Legii a treia a lui Newton; același lucru este valabil și pentru forțele F3 și F4. Forțele F1 și F3 sunt egale doar dacă obiectul este în echilibru și nu se aplică alte forțe. Asta nu are nimic de-a face cu legea a treia a lui Newton.

Masa pe un arc

Oscilator armonic
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Mass-spring-system.png

(O masă suspendată de un arc este exemplul clasic al unui oscilator armonic.)

Dacă o masă este atârnată de un arc, aceleași considerații se aplică la fel ca și înainte. Cu toate acestea, dacă acest sistem este apoi perturbat (de exemplu, masei i se aplică un mic impuls în sus sau în jos), masa începe să oscileze în sus și în jos. Din cauza acestor accelerații (și a decelerărilor ulterioare), concluzionăm din a doua lege a lui Newton că o forță netă este responsabilă de schimbarea observată a vitezei. Forța gravitațională care trage în jos masa nu mai este egală cu forța elastică în sus a arcului. În terminologia din secțiunea anterioară, F1 și F3 nu mai sunt egale.

Cu toate acestea, este încă adevărat că F1 = F2 și F3 = F4, așa cum este cerut de legea a treia a lui Newton.

Interpretări cauzale greșite

Termenii „acțiune” și „reacție” au sugestia înșelătoare de cauzalitate, ca și cum „acțiunea” este cauza și „reacția” este efectul. Prin urmare, este ușor să ne gândim la a doua forță ca fiind acolo din cauza primei și chiar să se întâmple la ceva timp după prima. Acest lucru este incorect; forțele sunt perfect simultane și sunt acolo din același motiv.

Atunci când forțele sunt cauzate de voința unei persoane (de exemplu, un jucător de fotbal lovește o minge), această cauză care ține de voință conduce deseori la o interpretare asimetrică, unde forța jucătorului asupra mingii este considerată „acțiunea” și forța cu care minge acționează asupra jucătorului este „reactia”. Dar din punct de vedere fizic situația este simetrică. Forțele asupra mingii și asupra jucătorului sunt explicate prin apropierea lor, ceea ce duce la o pereche de forțe de contact. Faptul că această apropiere este cauzată de o decizie a jucătorului nu are nicio influență asupra analizei fizice. În ceea ce privește fizica, etichetele „acțiune” și „reacție” pot fi schimbate.

„Egal și opus”

O problemă frecvent observată de profesorii de fizică este aceea că elevii tind să aplice legea a treia a lui Newton perechilor de forțe „egale și opuse” care acționează asupra aceluiași obiect. Acest lucru este incorect; a treia lege se referă la forțe asupra a două obiecte diferite. De exemplu, o carte aflată pe o masă este supusă unei forțe gravitaționale descendente (exercitate de pământ) și unei forțe normale în sus de masă. Din moment ce cartea nu se accelerează, aceste forțe trebuie să fie exact echilibrate, în conformitate cu prima sau a doua lege a lui Newton. Prin urmare, acestea sunt „egale și opuse”. Cu toate acestea, aceste forțe nu sunt întotdeauna la fel de puternice; acestea vor fi diferite dacă cartea este împinsă de o a treia forță sau dacă masa este înclinată sau dacă sistemul de masă și carte se află într-un ascensor accelerator. Cazul a trei sau mai multe forțe este acoperit prin examinarea sumei tuturor forțelor.

O posibilă cauză a acestei probleme este că a treia lege este adesea declarată într-o formă abreviată: pentru fiecare acțiune există o reacție egală și opusă, fără detaliile, și anume că aceste forțe acționează pe două obiecte diferite. Mai mult decât atât, există o legătură cauzală între greutatea a ceva și forța normală: dacă un obiect nu are nicio greutate, nu ar experimenta forța de sprijin de la masă, iar greutatea dictează cât de puternică va fi forța de sprijin. Această relație cauzală nu se datorează legii a treia, ci altor relații fizice în sistem.

Forța centripetă și forța centrifugă

O altă greșeală obișnuită este aceea de a menționa acest lucru

Forța centrifugă pe care un obiect o experimentează este reacția la forța centripetală asupra acelui obiect.

Dacă un obiect a fost supus simultan atât unei forțe centripetale, cât și unei forțe centrifuge egale și opuse, forța rezultantă ar dispărea, iar obiectul nu a putut să sufere o mișcare circulară. Forța centrifugă este uneori numită forță fictivă sau pseudoforță, pentru a sublinia faptul că o astfel de forță apare numai când calculele sau măsurătorile sunt efectuate în cadre de referință neinerțiale.

Fizica fenomenologică - Compendiu - Volumul 2
Fizica fenomenologică – Compendiu – Volumul 2

Un compendiu care se dorește a fi exhaustiv pentru domeniul fizicii, cu accent pe explicarea fenomenelor și aplicațiilor practice. O carte pentru studiul personal, concisă și ușor de citit, care clarifică aceste teorii ale fizicii, cel mai important domeniu al … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $9,99$29,02 Selectează opțiunile
Fizica fenomenologică - Compendiu - Volumul 1
Fizica fenomenologică – Compendiu – Volumul 1

Un compendiu care se dorește a fi exhaustiv pentru domeniul fizicii, cu accent pe explicarea fenomenelor și aplicațiilor practice. O carte pentru studiul personal, concisă și ușor de citit, care clarifică aceste teorii ale fizicii, cel mai important domeniu al … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $9,99$28,47 Selectează opțiunile
Mecanica fenomenologică
Mecanica fenomenologică

O privire de ansamblu asupra mecanicii clasice, care intenționează să ofere o acoperire a principiilor și tehnicilor fundamentale, un domeniu vechi dar care se află la baza întregii fizicii, și care în ultimii ani a cunoscut o dezvoltare rapidă. Se … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $4,99 Selectează opțiunile

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *