뉴턴의 제3법칙에 따르면 말이 수레를 끈다. 어려운 법

역학의 세 가지 기본 법칙 중 그 유명한 "뉴턴의 제3법칙", 즉 작용과 반작용의 법칙만큼 많은 혼란을 야기하는 것은 없을 것입니다. 모두가 그것을 알고 있고, 다른 경우에도 올바르게 적용하는 방법을 알고 있지만, 이해하는 데 있어 모호함에서 자유로운 사람은 거의 없습니다. 독자 여러분, 아마도 당신은 그를 즉시 이해할 만큼 운이 좋았을 것입니다. 그러나 나는 그를 처음 만난 지 10년 만에 그를 완전히 이해했다고 고백합니다.

다른 사람들과 이야기하면서 나는 많은 사람들이 상당한 유보를 통해서만 이 법의 정확성을 인정할 준비가 되어 있다는 것을 한 번 이상 확신했습니다. 그들은 움직이지 않는 신체의 경우 이것이 사실이라는 것을 쉽게 인정하지만 그것이 움직이는 신체의 상호 작용에 어떻게 적용될 수 있는지 이해하지 못합니다... 법칙에 따르면 행동은 항상 반응과 동일하고 반대입니다. 이는 말이 수레를 끌면 수레도 같은 힘으로 말을 뒤로 당긴다는 것을 의미합니다. 하지만 수레는 제자리에 있어야 합니다. 수레는 왜 여전히 움직이고 있나요? 이 힘이 같다면 왜 서로 균형을 이루지 못하는 걸까요?

이것은 이 법칙과 관련된 일반적인 난제입니다. 그럼 법이 잘못된 걸까요? 아니요, 그는 절대적으로 사실입니다. 우리는 그것을 오해하고 있을 뿐입니다. 힘은 서로 다른 몸체, 즉 하나는 수레에, 다른 하나는 말에 적용되기 때문에 서로 균형을 이루지 않습니다. 그렇습니다. 힘은 동일합니다. 하지만 동일한 힘이 항상 동일한 효과를 낳습니까? 동일한 힘이 모든 물체에 동일한 가속도를 부여합니까? 신체에 대한 힘의 효과는 신체, 즉 신체 자체가 힘에 제공하는 "저항"에 달려 있지 않습니까?

생각해 보면 수레가 같은 힘으로 그를 뒤로 당기더라도 말이 수레를 끄는 이유가 분명해집니다. 수레에 작용하는 힘과 말에 작용하는 힘은 매 순간 동일합니다. 그러나 수레는 바퀴에 의해 자유롭게 움직이고 말은 땅에 놓여 있기 때문에 수레가 말을 향해 굴러가는 이유를 이해할 수 있습니다. 또한 수레가 말의 추진력에 반대하지 않는다면... 말 없이도 가능할 것이라는 사실도 생각해 보십시오. 가장 약한 힘이 수레를 움직이게 해야 할 것입니다. 그런 다음 수레의 반대를 극복하려면 말이 필요합니다 3.

3 (수레가 균일하게 움직일 때 수레의 움직임을 방해하는 마찰력을 극복하기 위해 약간의 힘(이것이 말의 역할)이 필요합니다.

마차 역설에 대한 Perelman의 설명에 대해 논쟁이 있을 수 있습니다. 물론 힘은 말과 수레 등 다양한 몸체에 적용됩니다. 그러나 그들 사이에는 팀이라는 견고한 연결이 있습니다. 그리고 이러한 관점에서 보면 말과 수레는 하나의 몸으로 볼 수 있다. 말과 수레의 움직임은 땅이 이 두 물체에 어떻게 작용하는지, 즉 지지대의 반작용에 주의를 기울이면 쉽게 설명할 수 있습니다. 말의 발 아래에 지지대가 없고 수레에서 밀린다면 말이 아무리 애쓰고 마부가 채찍으로 아무리 몰아도 이 이상한 마차는 아무데도 가지 않을 것입니다. 기사(20페이지) "지원 없이 이동이 가능한가요?"

이 모든 것이 더 잘 이해될 것이고 법이 "작용은 반응과 같다"라는 일반적인 짧은 형식이 아니라 예를 들어 다음과 같이 표현된다면 덜 당황하게 될 것입니다: "반대하는 힘은 작용하는 것과 같습니다 힘." 결국 여기서는 힘만 동일하지만 힘이 다른 몸체에 적용되기 때문에 동작(일반적으로 이해되는 것처럼 "힘의 작용"으로 신체의 움직임을 이해하는 경우)은 다릅니다.

같은 방식으로 극지방의 얼음이 Chelyuskin의 선체를 압착했을 때 그 측면이 동일한 힘으로 얼음을 눌렀습니다. 이 재앙은 강력한 얼음이 무너지지 않고 이러한 압력을 견딜 수 있었기 때문에 발생했습니다. 배의 선체는 강철로 만들어졌지만 단단한 몸체는 아니었지만이 힘에 굴복하여 부서지고 부서졌습니다. (“첼류스킨” 사망의 신체적 원인에 대한 자세한 내용은 아래에 설명되어 있습니다)

심지어 신체의 추락에도 반작용의 법칙이 적용됩니다. 사과는 지구에 끌려 땅으로 떨어진다. 그러나 똑같은 힘으로 사과는 지구 전체를 끌어당깁니다. 엄밀히 말하면 사과와 지구는 서로 떨어지지만, 사과와 지구는 떨어지는 속도가 다릅니다. 동일한 상호 인력이 사과와 지구에 10m/s 2 의 가속도를 부여합니다. 이는 지구의 질량이 사과의 질량을 초과하는 만큼 적은 수입니다. 물론, 지구의 질량은 사과의 질량보다 엄청나게 크므로 지구는 실제로 총알과 같다고 간주될 수 있을 정도로 미미한 변위를 받습니다. 그렇기 때문에 우리는 “사과와 땅이 서로 위에 떨어진다”라고 말하는 대신에 사과가 땅에 떨어진다고 말하는 것입니다 *.

* (반응의 법칙에 대해서는 장을 참조하십시오. 내 "Entertaining Mechanics" 중 1개입니다.)

역학의 세 가지 기본 법칙 중 어느 것도 유명한 "뉴턴의 제3법칙", 즉 작용과 반작용의 법칙만큼 많은 혼란을 야기하지는 않습니다. 누구나 그것을 알고 있고 다른 경우에도 올바르게 적용하는 방법을 알고 있지만 이해에 있어 모호함에서 자유로운 사람은 거의 없습니다. 독자 여러분, 아마도 당신은 그를 즉시 이해할 만큼 운이 좋았을 것입니다. 그러나 나는 그를 처음 만난 지 10년 만에 그를 완전히 이해했다고 고백합니다.

다른 사람들과 이야기하면서 나는 대다수가 상당한 유보를 통해서만 이 법의 정확성을 인정할 준비가 되어 있다고 여러 번 확신했습니다. 그들은 움직이지 않는 신체의 경우 이것이 사실이라는 것을 쉽게 인정하지만 그것이 움직이는 신체의 상호 작용에 어떻게 적용될 수 있는지 이해하지 못합니다... 법에 따르면 행동은 항상 반응과 동일하고 반대입니다. 이는 말이 수레를 끌면 수레도 같은 힘으로 말을 뒤로 당긴다는 것을 의미합니다. 하지만 수레는 제자리에 있어야 합니다. 수레는 왜 여전히 움직이고 있나요? 이 힘이 같다면 왜 서로 균형을 이루지 못하는 걸까요?

이 모든 것이 더 잘 이해될 것이고 법이 "작용은 반응과 같다"라는 일반적인 짧은 형식이 아니라 예를 들어 다음과 같이 표현된다면 덜 당황하게 될 것입니다: "반대하는 힘은 작용하는 것과 같습니다 힘." 결국 여기서는 힘만 동일하지만 힘이 다른 몸체에 적용되기 때문에 동작(일반적으로 이해되는 것처럼 "힘의 작용"으로 신체의 움직임을 이해하는 경우)은 일반적으로 다릅니다.

같은 방식으로 극지방의 얼음이 Chelyuskin의 선체를 압착했을 때 그 측면이 동일한 힘으로 얼음을 눌렀습니다. 이 재앙은 강력한 얼음이 무너지지 않고 이러한 압력을 견딜 수 있었기 때문에 발생했습니다. 배의 선체는 강철로 만들어졌지만 단단한 몸체는 아니었지만이 힘에 굴복하여 부서지고 부서졌습니다. ( "Chelyuskin"의 사망 원인에 대한 자세한 내용이 제공됩니다.)

심지어 신체의 추락도 반작용의 법칙을 엄격하게 따릅니다. 사과는 지구에 끌려 땅으로 떨어진다. 그러나 똑같은 힘으로 사과는 지구 전체를 끌어당깁니다. 엄밀히 말하면 사과와 지구는 서로 떨어지지만, 사과와 지구는 떨어지는 속도가 다릅니다. 동일한 상호 인력이 사과와 지구에 10m/초 2의 가속도를 부여합니다. 즉, 지구의 질량이 사과의 질량을 초과하는 것과 동일한 양의 시간입니다. 물론, 지구의 질량은 사과의 질량보다 엄청나게 크므로 지구는 실제로 0과 같다고 간주될 수 있을 정도로 미미한 변위를 받습니다. 그렇기 때문에 우리는 “사과와 땅이 서로 위에 떨어진다”라고 말하는 대신에 사과가 땅에 떨어진다고 말하는 것입니다.

1. a) 나무를 쪼개는 방법에는 두 가지가 있습니다. 방법 1: 도끼로 아마를 재빠르게 때립니다(그림 참조). 방법 2: 약한 타격으로 도끼가 통나무에 박히고 엉덩이가 블록에 부딪칩니다. 이 경우에 관찰된 기계적 현상을 설명하십시오.

b) 8N의 힘의 영향을 받아 무게가 400g인 정지 물체가 36km/h의 속도를 얻었습니다. 이 경우 신체가 택한 경로를 찾아보세요.
c) 소총의 개머리판이 거대한 이유는 무엇입니까? 발사할 때 엉덩이가 어깨에 단단히 밀착되는 이유는 무엇입니까?
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2. a) 물에서 나올 때 개는 몸을 털어냅니다. 이 경우 어떤 물리적 법칙이 충족됩니까?
b) 질량이 500g인 정지 물체가 5P의 힘의 영향을 받아 80cm의 거리를 이동한다면 속도는 얼마입니까?
c) 공이 장애물과 충돌하지 않고 비행 방향을 반대 방향으로 바꿀 수 있습니까? 당신의 대답을 설명하십시오.
3. a) 하키 코치는 왜 "더 대규모" 수비수와 "더 가볍고" 더 기술이 뛰어난 포워드를 선택하려고 합니까?
b) 무게가 600g인 물체가 120cm 거리에서 8N의 힘을 받아 직선으로 움직일 때 6m/s의 속도에 도달했을 때의 초기 속도를 구하십시오.
c) 말이 짐을 실은 수레를 끈다. 뉴턴의 제3법칙에 따르면 말이 수레를 끄는 힘은 수레가 말을 끄는 힘과 같다. 수레는 왜 아직도 말을 따라가나요?
4. a) 캐리지 바닥에 공이 있습니다. 기차가 움직이기 시작하고 공이 차 바닥을 따라 굴러갑니다. 관성의 법칙이 성립하는 기준체와 이 법칙을 만족하지 않는 기준체를 나타냅니다.
b) 무게 30톤의 비행기가 144km/h의 속도로 활주로에 닿았습니다. 비행기가 정지하기 전에 활주로를 따라 800m를 달릴 경우 이동에 대한 저항력은 얼마입니까?
c) Krylov의 우화에 나오는 백조, 게자리, 파이크는 같은 크기의 힘으로 수레를 당깁니다. 결과는 알려져 있습니다. 이 힘은 서로 어떤 각도로 향했습니까?
5. a) 운동선수는 운동법칙에 대해 생각하지 않고 축구, 하키, 농구에서 페인트를 사용합니다. 운동선수가 추격자를 어떻게 피할 수 있는지 설명하세요.
b) 열차는 54km/h의 속도로 감속하기 시작했고, 횡단 전 200m에 도달하지 못했습니다. 열차의 질량은 2000톤이며, 제동 시 2MN의 마찰력이 작용합니다. 제동이 시작된 후 10초 동안 열차는 건널목에서 몇 거리에 있었습니까?
c) 트랙터가 파종기를 당깁니다. 뉴턴의 제3법칙에 따르면 트랙터가 파종기에 작용하는 힘은 파종기에 작용하는 힘과 같습니다.

파종기가 트랙터에 작용하는 것입니다. 왜 파종기는 트랙터 뒤로 움직이고 그 반대는 되지 않습니까?

6. a) 자동차가 순환도로를 따라 균일하게 움직인다. 그것과 관련된 참조 프레임은 관성입니까?
b) 무게가 400g인 물체가 특정 초기 속도로 직선으로 이동하면서 0.6N의 힘의 영향을 받아 5초 동안 10m/s의 속도를 얻었습니다. 신체의 초기 속도를 구하십시오.
c) 어떤 경우에 로프의 장력이 더 커지나요? 1) 두 사람이 크기는 같고 방향은 반대인 힘 F로 로프의 끝을 당깁니다. 2) 줄의 한쪽 끝이 벽에 붙어 있고, 사람이 다른 쪽 끝을 2F의 힘으로 잡아당긴다?
7. a) 항공기의 어떤 움직임에서 항공기와 관련된 기준 프레임이 (적어도 대략) 관성인 것으로 간주될 수 있습니까?
b) 무게 500g의 공이 길이 4m의 경사면을 초기 속도 2m/s로 굴러갔습니다. 공에 작용하는 모든 힘의 합력이 2N이라면 경사면 끝에서 공의 속력은 얼마인지 구하십시오.
c) 두 그룹의 선수가 줄다리기 경기를 펼칩니다. 한 그룹이 승리합니다. 뉴턴의 제3법칙에 따라 두 그룹이 동일한 힘으로 밧줄을 당기면 어떻게 이 경쟁에서 승자가 있을 수 있겠습니까? 로프의 질량은 무시할 수 있습니다.

8. a) 몸체는 일부 관성 기준계에 대해 직선으로 균일하게 움직입니다. 이 물체는 다른 관성 기준계를 기준으로 어떻게 이동합니까?
b) 무게 900톤, 속도 108km/h의 열차가 135kN의 힘의 영향을 받아 정지했습니다. 제동이 얼마나 오래 지속되었습니까?
c) 밧줄이 고정된 블록 위로 던져집니다. 밧줄의 한쪽 끝에서 손으로 잡고 사람이 매달리고 다른 쪽 끝에는 짐이 있습니다. 짐의 무게는 사람의 무게와 같습니다. 사람이 손으로 밧줄을 끌어당기면 어떻게 되나요?