3.9. Взаимодействие тел. Третий закон Ньютона

Теоретическая справка

Третий закон Ньютона: силы, с которыми взаимодействую тела, одинаковы по модулю и противоположны по направлению

$\overrightarrow{F}_{12}=-\overrightarrow{F}_{21}$,

где $\overrightarrow{F}_{12}$ — сила, с которой первое тело действует на второе, а $\overrightarrow{F}_{21}$ — сила, с которой второе тело действует на первое.

Примеры проявления третьего закона Ньютона:

1. Сила реакции опоры. На любое тело вблизи поверхности Земли действует сила, называемая силой тяжести. Сила тяжести — это сила, с которой Земля притягивает к себе другие тела. Из-за земного притяжения тела, опирающие на некоторую поверхность, будут давить с некоторой силой на эту поверхность. Сила — с которой тело давит на опору называется весом тела. Обозначение — $\overrightarrow{P}$. Тогда, согласно третьему закону Ньютона, опора также должна оказывать воздействие на тело. Сила, с которой опора будет давить на тело называется силой реакции опоры. Обозначение — $\overrightarrow{N}$. Причем, согласно третьему закону Ньютона, будут выполняться равенства

$\overrightarrow{P}=-\overrightarrow{N}$,

$P=N$.

Покажем эти силы на чертеже

2. Сила натяжения нити. Представим, что некоторое тело подвесили при помощи нити. Тогда, опять же в следствии земного притяжения, груз будет пытаться растянуть нить. Сила, с которой груз растягивает подвес, также называется весом тела. Но тогда, опять же согласно третьему закону Ньютона, нить также должна оказывать действие на тело. Сила, с которой нить будет действовать на тело называется сила натяжения нити. Обозначение — $\overrightarrow{T}$. Для силы натяжения нити выполняются равенства

$\overrightarrow{P}=-\overrightarrow{T}$,

$P=T$.

Силы, о которых говорится в третьем законе Ньютона, обладают следующими свойствами:

а) они всегда образуются парами;
б) это силы одной природы;
в) эти силы не компенсируют друг друга, так как приложены к разным телам.

Решение заданий Открытого банка заданий ФИПИ

1. В первом случае мальчик растягивает верёвку в разные стороны, взявшись за её концы, а во втором он тянет за один конец двумя руками, привязав другой к стенке. В обоих случаях каждая рука действует с одной и той же силой. Натяжение верёвки

1) в первом случае в 2 раза больше, чем во втором
2) во втором случае в 2 раза больше, чем в первом
3) одинаково в обоих случаях
4) во втором случае в 4 раза больше, чем в первом

2. Между двумя небесными телами действуют гравитационные силы. Масса первого тела $m_1$ много меньше массы второго тела $m_2$ ($m_1<<m_2$). Каково соотношение между модулями силы $F_1$, действующей  со  стороны  первого  тела  на  второе,  и  силы $F_2$,  действующей  со  стороны  второго тела на первое?

1) $F_1<<F_2$     
2) $F_1=F_2$
3) $F_1>F_2$
4) $F_1<F_2$

3. Масса Луны примерно в 81 раз меньше массы Земли. Если Земля притягивает Луну с силой, равной по модулю F, то Луна притягивает Землю с силой

1) $\frac{F}{9}$
2) $\frac{F}{81}$
3) $9F$
4) $F$

 

4. Жёсткость  первой  пружины  в  9  раз  больше  жёсткости  второй  пружины.  Один  и  тот  же  груз подвешивают поочерёдно к этим пружинам. Сравните силы, действующие на груз со стороны первой (F1 ) и второй (F2 ) пружин?

1) $F_1=9F_2$
2) $9F_1=F_2$
3) $F_1=F_2$
4) $F_1=3F_2$

5. О лобовое стекло движущегося автомобиля ударилась муха. Сила, действующая на автомобиль со стороны мухи,

1) больше, чем сила, действующая на муху со стороны автомобиля
2) меньше, чем сила, действующая на муху со стороны автомобиля
3) равна силе, действующей на муху со стороны автомобиля
4) равна нулю

6. На рисунке изображены две гири, висящие на невесомых нитях. Масса каждой гири указана на рисунке. Сила натяжения нити

1) в точке А равна 3 Н, в точке В равна 5 Н
2) в точке А равна 8 Н, в точке В равна 2 Н
3) в точке А равна 8 Н, в точке В равна 5 Н
4) в точке А равна 3 Н, в точке В равна 2 Н

5. Шарик  массой  400  г  подвешен  на  невесомой  нити  к  потолку  лифта.  Сила  натяжения  нити больше 4 Н в момент, когда лифт

1) движется равномерно вверх
2) начинает подъём
3) покоится
4) начинает спуск

6. Два мальчика растягивают верёвку, взявшись за её концы, в разные стороны: в первом случае они растягивают её с одинаковой силой по 50 Н каждый, а во втором случае один из мальчиков резко дёрнул с силой 80 Н, в то время как другой продолжал держать её с прежней силой. Натяжение верёвки

1) в первом случае 50 Н, а во втором 80 Н
2) в первом случае 100 Н, а во втором 130 Н
3) одинаково в обоих случаях и равно 50 Н
4) в первом ноль, а во втором 30 Н

7. Брусок подвешен к потолку на лёгкой нерастяжимой нити. На рисунке показаны сила натяжения нити $T$ , действующая на брусок сила тяжести $mg$ , а также вес бруска $P$. Какое(-ие) из приведённых ниже утверждений являе(-ю)тся правильным(-и)?

А. Согласно третьему закону Ньютона $T=P$.
Б. Согласно третьему закону Ньютона $T=mg$.

1) только А                             
2) только Б                             
3) и А, и Б                            
4) ни А, ни Б

8. Нить, привязанная одним концом к вбитому в стену гвоздю, разорвётся, если другой её конец тянуть с  силой не  менее 50  Н. С  какой наименьшей  силой F надо растягивать эту же нить в разные стороны, чтобы она порвалась?