قانون سوم نیوتون ( تعیین دستگاه )
به نام خدا
تعیین دستگاه می تواند به بسیاری از سوالات شما درباره ی قانون سوم نیوتون پاسخ دهد.
دستگاه چیست ؟
آیا تا کنون این سوال برای شما پیش آمده است که اگر نیرو های کنش و واکنش مساوی و در جهت مخالف اند ، چرا یکدیگر را خنثی نمی کنند؟ برای پاسخ دادن به این پرسش ابتدا باید با مفهوم دستگاه آشنا شوید ، ابتدا باید بدانید که معنای دستگاه با آن معنایی که در روزمره به کار می برید متفاوت است. حال تعریف زیر را با دقت بخوانید چرا که این بخش پیچیده ترین قسمتی است که تا کنون با آن آشنا شدید:
سامانه ( دستگاه) بخشی از محیط پیرامون است که برای مطالعه انتخاب می شود.
توجه کنید انتخاب اندازه دستگاه به خود شما بستگی دارد شما می توانید دستگاه را به کوچکی یک اتم انتخاب کنید و یا به بزرگی منظومه شمسی ! به مثال زیر توجه کنید:
شخصی می خواهد در باره ی یک درخت تحقیق کند در این مثال دستگاه چیست؟
پاسخ: این شخص چون می خواهد درخت را مورد بررسی قرار دهد بنابراین خود درخت است که به عنوان دستگاه انتخاب می شود.
هنگامی که شما بخشی از محیط را به عنوان دستگاه در نظر می گیرید بهتر است بدانید به فضای اطراف دستگاه محیط می گویند ، در مثال قبل چون درخت را به عنوان دستگاه انتخاب کردیم بنابراین فضای اطراف این درخت را محیط می گوییم جالب است بدانید که منظور از فضای اطراف درخت تمام جهان هستی است.
تعیین دستگاه
حال که با دستگاه آشنا شدید به بررسی پرسشی که در اول بحثمان کردیم می پردازیم.
اگر نیرو های کنش و واکنش مساوی و در جهت مخالف اند ، چرا یکدیگر را خنثی نمی کنند؟
برای پاسخ به این پرسش ابتدا باید دستگاه های دخیل را در نظر بگیریم ، مثلا فرض کنید که دستگاهی از سیب و پرتقال تشکیل شده باشد. ( شکل پایین ) مربع اطراف پرتقال دستگاه را محصور و مشخص می کند برداری که از مربع بیرون آمده است نمایانگر نیروی خارجی وارد بر دستگاه است .
مربع اطراف پرتقال دستگاهی است که انتخاب کرده ایم
طبق قانون دو نیوتون جسم شتاب می گیرد در شکل بالا می بینیم که این نیرو را سیبی دیگر تامین کرده است. که البته تحلیل ما را تغییر نمیدهد. سیب بیرون از دستگاه قرار دارد . این واقعیت که پرتقال همزمان نیرویی به سیب وارد می کند ( که برای دستگاه خارجی است ) ممکن است در سیب ( دستگاه دیگر ) تاثیر داشته باشد ، ولی تاثیری در پرتقال ندارد. نمی توان با نیروی وارد بر پرتقال نیروی وارد بر سیب را خنثی کرد . بنابراین نیروی های کنش و واکنش یکدیگر را خنثی نمی کنند.
حال بگذارید دستگاه بزرگتری را در نظر بگیریم که هم پرتقال و هم سیب را در بر می گیرد . مشاهده می کنیم که خط چین شکل پایین (الف) دستگاه را محصور ساخته است . توجه کنید که زوج نیروی دستگاه پرتقال-سیب داخلی است . پس نیرو ها یکدیگر را خنثی می کنند . آنها نقشی در شتاب گرفتن دستگاه ندارند ( به کلمه ی دستگاه توجه کنید ) برای شتاب گرفتن به نیرویی نیاز داریم که برای دستگاه خارجی باشد . در اینجاست که اصطکاک با زمین وارد کار می شود ( شکل پایین ب ) وقتی سیب به زمین فشار وارد می کند زمین هم همزمان به سیب فشار وارد می کند ، که برای دستگاه نیروی خارجی است . دستگاه به طرف راست شتاب می گیرد.
داخل توپ فوتبال تریلیون ها تریلیون نیروی بین اتمی در کارند . این نیروها اجزای توپ را به هم پیوند می دهند اما نقشی در شتاب دادن به توپ ندارند . گرچه هر یک از نیرو های بین اتمی بخشی از زوج کنش و واکنش درون توپ است ، آنها ، بدون توجه به تعدادشان ، با هم ترکیب و برایندشان صفر می شود . نیرویی ، مانند ضربه زدن به توپ ، که برای توپ خارجی باشد ، برای شتاب دادن به آنها لازم است .
حال می دانید که چرا هنگامی که اتومبیلتان خراب می شود و نیاز به هل دادن دارد ، شما نمی توانید از داخل ، اتومبیلتان را هل دهید.
شکل الف _ در این دستگاه نیروهای کنش واکنش داخلی اند و یکدیگر
را خنثی می کنند . اگر دو نیرو تنها افقی باشند و هیچ نیروی خارجی ای
وجود نداشته باشد ، دستگاه شتاب نمی گیرد.
شکل ب _ یک نیروی افقی خارجی وقتی بوجود می آید که زمین سیب
را فشار دهد ( نیروی واکنش فشار سیب بر زمین ) . دستگاه پرتقال و
سیب شتاب می گیرد.
