Aplikasi Hukum Ketiga Newton, Eksperimen dan Latihan

Itu Hukum ketiga Newton, disebut juga Hukum tindakan dan reaksi Dia menegaskan bahwa ketika suatu objek memberikan kekuatan pada yang lain, yang terakhir juga memberikan kekuatan pertama dengan besarnya dan arah yang sama dan indera yang berlawanan.

Isaac Newton merilis tiga undang -undang pada tahun 1686 dalam bukunya Filsafat naturalis principia mathematica atau prinsip matematika filsafat alam.

Roket luar angkasa menerima propulsi yang diperlukan berkat gas yang dikeluarkan. Sumber: Pixabay.

[TOC]

Penjelasan dan Rumus

Formulasi matematika hukum ketiga Newton sangat sederhana:

F₁₂ = -F_{dua puluh satu}

Salah satu kekuatan dipanggil tindakan Dan yang lainnya adalah reaksi. Namun, perlu untuk menyoroti pentingnya detail ini: keduanya bertindak pada objek yang berbeda. Mereka juga melakukannya secara bersamaan, meskipun terminologi ini secara tidak benar menunjukkan bahwa tindakan terjadi sebelum dan reaksi setelahnya.

Karena kekuatan adalah vektor, mereka dinyatakan dengan berani. Persamaan ini menunjukkan bahwa ada dua objek: objek 1 dan objek 2. Kekuatan F₁₂ Itu adalah salah satu yang melatih objek 1 pada objek 2. Kekuatan F_{dua puluh satu} dilaksanakan oleh objek 2 pada objek 1. Dan tanda (-) menunjukkan bahwa mereka ditentang.

Saat mengamati hukum ketiga Newton dengan hati -hati, ada perbedaan penting dengan dua yang pertama: sementara mereka memohon satu objek, undang -undang ketiga mengacu pada dua objek yang berbeda.

Dan jika Anda berpikir dengan cermat, interaksi membutuhkan pasangan objek.

Itulah sebabnya kekuatan tindakan dan reaksi tidak dibatalkan atau seimbang, meskipun mereka memiliki besarnya dan arah yang sama, tetapi sebaliknya: mereka diterapkan dalam tubuh yang berbeda.

Aplikasi

Interaksi Bola - Bumi

Berikut adalah aplikasi interaksi yang sangat harian yang terkait dengan hukum ketiga Newton: bola yang jatuh secara vertikal dan bumi. Bola jatuh ke tanah karena bumi memberikan gaya tarik, yang dikenal sebagai gravitasi. Kekuatan ini menyebabkan bola jatuh dengan akselerasi konstan 9.8 m/s².

Namun, hampir tidak ada yang berpikir tentang fakta bahwa bola juga memberikan kekuatan ketertarikan di bumi. Tentu saja bumi tetap tidak dapat diubah, karena massanya jauh lebih besar dari pada bola dan karenanya mengalami akselerasi tercela.

Masalah penting lainnya tentang undang -undang ketiga Newton adalah bahwa kontak antara dua objek yang berinteraksi tidak diperlukan. Ini terbukti dengan contoh yang baru saja dikutip: bola masih tidak melakukan kontak dengan bumi, namun tetap saja ia melatih ketertarikannya. Dan bola di bumi juga.

Gaya sebagai gravitasi, yang bertindak secara bergantian baik jika ada kontak antara objek seolah -olah tidak ada nama "gaya aksi jarak". Sebaliknya kekuatan seperti gesekan dan normal, mereka mengharuskan objek yang berinteraksi bersentuhan, sehingga mereka disebut "kekuatan kontak".

Rumus yang diekstraksi dari contoh

Kembali ke pasangan objek bola - bumi, memilih tarif p untuk bola dan t untuk bumi dan menerapkan hukum kedua Newton untuk setiap peserta dalam sistem ini diperoleh:

Itu dapat melayani Anda: variabel diskrit: karakteristik dan contoh

F_hasilnya = m.ke

Hukum ketiga menyatakan bahwa:

M_Pke_P = - m_Tke_T

ke_P = 9.8 m/s² diarahkan ke bawah secara vertikal. Karena gerakan ini terjadi di sepanjang arah vertikal dapat dikeluarkan dengan notasi vektor (tebal); Dan memilih arah naik dan turun sebagai negatif, Anda memiliki:

ke_P = 9,8 m/s²

M_T ≈ 6 x 10 ²⁴ Kg

Terlepas dari massa bola, percepatan bumi adalah nol. Itulah mengapa diamati bahwa bola jatuh ke arah bumi dan bukan sebaliknya.

Pengoperasian roket

Rockets merupakan contoh yang baik dari penerapan hukum ketiga Newton. Roket yang ditunjukkan pada gambar di awal naik berkat propulsi gas panas dengan kecepatan tinggi.

Banyak yang percaya bahwa ini terjadi karena gas -gas ini entah bagaimana "mendukung" atmosfer atau di tanah untuk mendukung dan mendorong roket. Itu tidak berhasil seperti itu.

Saat roket memberikan kekuatan pada gas dan mengusirnya kembali, gas -gas mengerahkan kekuatan pada roket, yang memiliki modul yang sama, tetapi arah yang berlawanan. Kekuatan ini adalah yang memberikan roket dengan akselerasinya.

Jika Anda tidak memiliki roket ini dengan tangan, ada cara lain untuk memverifikasi bahwa hukum ketiga Newton bekerja untuk memberikan propulsi. Roket air dapat dibangun, di mana dorongan yang diperlukan ditawarkan oleh air per gas bertekanan.

Perlu dicatat bahwa start -up roket air membutuhkan waktu dan membutuhkan banyak tindakan pencegahan.

Penggunaan sepatu roda

Cara yang lebih terjangkau dan segera untuk memverifikasi efek hukum ketiga Newton adalah menempatkan beberapa sepatu roda dan mempromosikan dinding.

Sebagian besar waktu kemampuan untuk mengerahkan kekuatan dengan objek yang bergerak dikaitkan, tetapi kebenarannya adalah bahwa objek yang tidak bergerak juga dapat memberikan kekuatan. Skater didorong ke belakang berkat kekuatan yang diberikan Gerakan di atasnya.

Permukaan kontak mengerahkan kekuatan kontak (normal) satu sama lain. Ketika sebuah buku didukung di atas meja horizontal, itu memberikan gaya vertikal normal di atasnya. Buku ini memberikan kekuatan vertikal dengan nilai numerik yang sama dan indera yang berlawanan.

Eksperimen Anak: Skaters

Anak -anak dan orang dewasa dapat mengalami hukum ketiga Newton dan memverifikasi bahwa kekuatan tindakan dan reaksi tidak dibatalkan dan mampu memberikan gerakan.

Dua skaters di atas es atau di permukaan yang sangat halus dapat didorong masing -masing.

Pertimbangkan dua skater dengan adonan yang sangat berbeda. Mereka berada di tengah -tengah gelanggang es dengan gesekan tercela dan awalnya sedang istirahat. Dalam sekejap mereka saling mendorong menerapkan kekuatan konstan dengan telapak tangan. Bagaimana keduanya akan bergerak?

Dapat melayani Anda: menyeimbangkan vektor: perhitungan, contoh, latihanDua skater didorong di tengah gelanggang es. Sumber: Benjamin Crowell (Pengguna Wikipedia Bcrowell) [CC BY-SA 3.0 (http: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/3.0/]]

Penting untuk menekankan bahwa karena itu adalah permukaan tanpa gesekan, satu -satunya kekuatan yang tidak seimbang adalah kekuatan yang diterapkan oleh skater satu sama lain. Sementara berat dan tindakan normal pada keduanya, kekuatan -kekuatan ini seimbang, dari apa yang akan dipercepat para skaters ke arah vertikal.

Rumus diterapkan dalam contoh ini

Hukum ketiga Newton menyatakan bahwa:

F₁₂ = -F_{dua puluh satu}

Yaitu, gaya yang diberikan oleh skater 1 pada 2, sama besarnya dengan yang dimasukkan 2 pada 1, dengan arah yang sama dan arah yang berlawanan. Perhatikan bahwa kekuatan -kekuatan ini diterapkan pada objek yang berbeda, dengan cara yang sama seperti kekuatan berada di bola dan bumi dalam contoh konseptual sebelumnya.

M₁ ke₁ = -m₂ ke₂

Karena kekuatannya berlawanan, percepatan yang menyebabkan juga, tetapi besarnya akan berbeda, karena setiap skater memiliki massa yang berbeda. Mari kita lihat akselerasi yang diperoleh oleh skater pertama:

Jika massa skater pertama lebih besar dari yang kedua, percepatannya akan lebih rendah. Ini diharapkan karena memiliki inersia yang lebih besar. Skater teringan memperoleh akselerasi yang lebih besar. Jika massa sama, percepatan juga akan terjadi.

Jadi gerakan yang terjadi di bawah ini adalah pemisahan kedua skaters dalam arti yang berlawanan. Pada prinsipnya para skaters sedang istirahat di tengah lintasan. Masing -masing memberikan kekuatan pada sisi lain yang memberikan akselerasi saat tangan bersentuhan dan dorongan bertahan.

Setelah itu para skaters menjauh dari satu sama lain dengan gerakan bujursangkar yang seragam, dengan tidak bertindak tidak seimbang. Kecepatan setiap skater akan berbeda jika massa mereka juga.

Olahraga diselesaikan

Untuk memecahkan masalah di mana hukum Newton harus diterapkan, perlu untuk menarik kekuatan yang bertindak dengan hati -hati. Gambar ini disebut "Diagram Tubuh Bebas" atau "Diagram Tubuh Terisolasi". Dalam diagram ini kekuatan yang diberikan tubuh pada objek lain tidak boleh ditampilkan.

Jika ada lebih dari satu objek yang terlibat dalam masalah, itu perlu.

1- Skaters dari bagian sebelumnya memiliki massa masing-masing₁ = 50 kg dan m₂ = 80 kg. Mereka saling mendorong dengan kekuatan konstan 200 n. Dorongan memiliki durasi 0.40 detik. Menemukan:

a) percepatan yang diperoleh oleh setiap skater berkat dorongan.

b) kecepatan masing -masing saat mereka terpisah

Larutan

a) Ambil sebagai alamat positif horizontal yang berubah dari kiri ke kanan. Menerapkan hukum kedua Newton dengan nilai -nilai yang diberikan oleh pernyataan itu adalah:

F_{dua puluh satu} = m₁ke₁

Darimana:

Untuk skater kedua:

b) Untuk menghitung kecepatan yang mereka bawa tepat ketika terpisah, persamaan kinematik dari gerakan bujursangkar yang dipercepat secara seragam digunakan:

Dapat melayani Anda: induktansi timbal balik: formula/koefisien, aplikasi, latihan

Kecepatan awal adalah 0, karena mereka sedang istirahat di tengah trek:

v_F = At

v_F1 = a₁t = -4 m/s² . 0.40 s = -1.6 m/s

v_F2 = a₂T = +2.5 m/s² . 0.40 s = +1 m/s

Hasil

Seperti yang diharapkan, orang 1 menjadi lebih ringan memperoleh akselerasi yang lebih besar dan karenanya kecepatan lebih cepat. Sekarang amati yang berikut tentang produk adonan karena kecepatan setiap skater:

M₁ v₁ = 50 kg . (-1.6 m/s) = - 80 kg.MS

M₂ v₂ = 80 kg . 1 m/s = +80 kg.MS

Jumlah kedua produk adalah 0. Produk massa dengan kecepatan disebut jumlah gerakan P. Itu adalah vektor dengan arah dan rasa kecepatan yang sama. Ketika para skater sedang istirahat dan bersentuhan, dapat diasumsikan bahwa mereka membentuk objek yang sama yang jumlah gerakannya adalah:

P_{salah satu} = (m₁ +M₂) v_{salah satu} = 0

Setelah dorongan selesai, jumlah pergerakan sistem skating tetap 0. Oleh karena itu jumlah gerakan dipertahankan.

Contoh Hukum Ketiga Newton dalam Kehidupan Sehari -hari

Berjalan

Berjalan adalah salah satu tindakan paling sehari -hari yang dapat dilakukan. Jika diamati dengan hati -hati, aksi berjalan membutuhkan mendorong kaki ke tanah, sehingga mengembalikan kekuatan yang sama dan berlawanan di kaki pejalan kaki.

Ketika kami terus menerapkan hukum ketiga Newton. Sumber: Pixabay.

Justru kekuatan itulah yang memungkinkan orang untuk berjalan. Pada penerbangan, burung -burung mengerahkan kekuatan di udara dan udara mendorong sayap sehingga burung itu didorong ke depan.

Pergerakan mobil

Di dalam mobil, roda memberikan kekuatan di trotoar. Berkat reaksi trotoar, itu memberikan kekuatan ban yang mendorong mobil ke depan.

Olahraga

Dalam latihan olahraga, kekuatan aksi dan reaksi banyak dan memiliki partisipasi yang sangat aktif.

Misalnya, mari kita lihat atlet dengan kaki didukung oleh blok starter. Blok memberikan kekuatan normal sebagai reaksi terhadap dorongan yang diberikan atlet. Hasil dari normal ini dan berat koridor, menghasilkan gaya horizontal yang memungkinkan atlet untuk mengemudi ke depan.

Atlet menggunakan blok starter untuk menambahkan impuls ke depan pada output. Sumber: Pixabay.

Selang api

Contoh lain di mana hukum ketiga Newton hadir adalah dalam petugas pemadam kebakaran yang memegang selang api. Akhir dari selang besar ini memiliki pegangan pada nozzle yang harus dipegang oleh petugas pemadam kebakaran ketika jet air keluar, untuk menghindari kemunduran yang terjadi ketika air keluar dengan kecepatan penuh.

Untuk alasan yang sama itu nyaman.

Referensi

1. Giancoli, d.  2006. Fisika: Prinsip dengan aplikasi. Edisi Keenam. Prentice Hall. 80 - 82.
2. Rex, a. 2011. Dasar -dasar fisika. Pearson. 73 - 75.
3. Tipler, hlm. 2010. Fisik. Volume 1. Edisi ke -5. Editorial dikembalikan. 94 - 95.
4. Stern, d. 2002. Astronom ke astronave. Diambil dari: PWG.GSFC.pot.Pemerintah.