قانون سوم حرکت نیوتن چیست ؟

قوانین حرکت نیوتن (به انگلیسی: Newton’s laws of motion)، سه قانون فیزیک، و بنیان مکانیک کلاسیک هستند. این قوانین رابطه نیروهای واردشده بر جسم و حرکت آن را به‌دست می‌دهد. این قوانین را می‌توان این‌گونه خلاصه کرد:

قانون اول: در یک دستگاه مرجع، جسمی که زیر اثر نیرویی نباشد، یا ساکن است، یا با سرعت ثابت در حرکت است، تا ابد این شرایط تغییر نخواهد کرد.

قانون دوم: شتاب یک جسم برابر است با مجموع نیروهای واردشده بر جسم تقسیم بر جرم آن. فرمولی که از این قانون برمی‌آید، به معادله بنیادین مکانیک کلاسیک، معروف است.

قانون سوم حرکت نیوتن: هر گاه جسمی به جسم دیگر نیرو وارد کند، جسم دوم نیرویی به همان اندازه و در جهت مخالف به جسم اول وارد می‌کند.

قانون سوم حرکت نیوتن چیست ؟

قانون سوم

قانون سوم حرکت نیوتن بیان می کند که همه نیروهای بین دو جسم در قدر مساوی و جهت مخالف وجود دارند: اگر یک جسم A بر جسم دوم B نیروی FA وارد کند، B به طور همزمان نیروی FB را بر A وارد می کند و این دو نیرو از نظر قدر برابر هستند. و در جهت مخالف: FA = -FB. قانون سوم به این معنی است که همه نیروها برهمکنش بین اجسام مختلف، یا مناطق مختلف در یک جسم هستند، و بنابراین چیزی به نام نیرویی وجود ندارد که با نیروی برابر و مخالف همراه نباشد. در برخی موقعیت ها، مقدار و جهت نیروها به طور کامل توسط یکی از دو جسم تعیین می شود، مثلاً بدن A; نیرویی که بدن A بر جسم B وارد می کند “عمل” و نیروی وارد شده توسط جسم B بر جسم A “واکنش” نامیده می شود. گاهی اوقات از این قانون به عنوان قانون کنش-واکنش یاد می شود که FA آن را «عمل» و FB را «واکنش» می نامند. در موقعیت های دیگر، مقدار و جهت نیروها به طور مشترک توسط هر دو جسم تعیین می شود و لازم نیست یک نیرو را به عنوان “عمل” و دیگری را به عنوان “واکنش” تشخیص دهیم. فعل و عکس العمل همزمان هستند و فرقی نمی کند که به کدام عمل و به کدام عکس العمل می گویند; هر دو نیرو بخشی از یک کنش متقابل هستند و هیچ نیرو بدون دیگری وجود ندارد.

دو نیرو در قانون سوم نیوتن از یک نوع هستند (به عنوان مثال، اگر جاده یک نیروی اصطکاک رو به جلو بر روی لاستیک های خودروی شتاب دهنده اعمال کند، آنگاه این نیروی اصطکاکی است که قانون سوم نیوتن برای لاستیک هایی که در جاده به عقب رانده می شوند) پیش بینی می کند.

از نقطه نظر مفهومی، قانون سوم نیوتن زمانی دیده می شود که شخص راه می رود: آنها به زمین فشار می آورند و زمین به فرد فشار می آورد. به طور مشابه، لاستیک‌های یک خودرو به جاده فشار می‌آورند در حالی که جاده به عقب لاستیک‌ها را فشار می‌دهد – لاستیک‌ها و جاده به طور همزمان به یکدیگر فشار می‌آورند. در شنا، فرد با آب در تعامل است و آب را به عقب می راند، در حالی که آب به طور همزمان فرد را به جلو می راند – هم شخص و هم آب به یکدیگر فشار می آورند. نیروهای واکنش برای حرکت در این مثال ها توضیح می دهند. این نیروها به اصطکاک بستگی دارند. برای مثال، یک فرد یا ماشین روی یخ ممکن است نتواند نیروی عمل را برای تولید نیروی واکنش مورد نیاز اعمال کند.

نیوتن از قانون سوم برای استخراج قانون بقای حرکت استفاده کرد. با این حال، از منظری عمیق‌تر، پایستگی تکانه ایده اساسی‌تر است (که از طریق قضیه نوتر از بی‌تغییر گالیله به دست می‌آید) و در مواردی که به نظر می‌رسد قانون سوم نیوتن شکست می‌خورد صادق است، برای مثال زمانی که میدان‌های نیرو و همچنین ذرات دارای تکانه هستند، و در مکانیک کوانتومی

سومین قانون حرکت نیوتون به این صورت بیان می‌شود که “هر عملی را عکس‌العملی است؛ مساوی آن و در خلاف جهت آن .. این قانون به قانون کنش و واکنش هم معروف می‌باشد.

یعنی که هرگاه جسمی به جسمی دیگر نیرو وارد کند جسم دوم نیز نیرویی به همان بزرگی ولی در خلاف جهت بر جسم اوّل وارد می‌کند.

باید توجّه داشت که این دو نیرو به دو جسم مختلف وارد می‌گردند و نباید آن‌ها را با هم برآیندگیری کرد. مثلاً هنگامی که شخصی بر دیوار نیرو وارد می‌کند دیوار نیز بر شخص نیرو وارد می‌کند اندازه این دو نیرو باهم برابر می‌باشد ولی نیروی اوّل به دیوار وارد می‌شود و نیروی دوم به شخص.

قانون سوم نیوتن معمولاً به دو شکل بیان می‌شود: شکل ضعیف و شکل قوی. در شکل ضعیف تنها به این اکتفا می‌شود که نیروی واکنش قرینه نیروی کنش است یعنی (شاخص‌های پایین معرف آن است که نیرو از جسم ۱ به جسم ۲ وارد می‌شود یا برعکس). اما در شکل قوی علاوه بر این فرض می‌شود که این نیروها در امتداد خط واصل میان دو ذره می‌باشند یعنی

قانون سوم همیشه در طبیعت صادق نیست مثلاً در مورد نیروهای الکترومغناطیسی وقتی که اجسام مؤثر برهم از یکدیگر بسیار دور باشند یا به تندی شتابدار شوند یا در مورد هر نیرویی که با سرعتهای معمولی از یک جسم به جسم دیگر منتقل شود، صدق نمی‌کند. خوشبختانه در مکانیک کلاسیک از بسط‌های قانون سوم استفاده کمی می‌شود و مشکلات آن تأثیر چندانی در مکانیک کلاسیک ندارند.

مغلطه‌ای از قانون سوم نیوتن
بی دقتی در استفاده از قانون کنش و واکنش و مسئله تناقض: فرض کنید که اسبی کالسکه‌ای را می‌کشد طبق قانون سوم نیوتن کالسکه نیز با همان نیرو اسب را در جهت مخالف می‌کشد، پس اسب نمی‌تواند کالسکه را به حرکت درآورد؟ اشکال این استدلال به این صورت است: اگر می‌خواهیم بدانیم که آیا اسب می‌تواند حرکت کند یا نه، باید نیروهای وارد بر اسب را در نظر بگیریم.نیروهای وارد بر اسب در واقع نیروی وزن کالسکه و نیروی اصطکاک هستند( همان نیروهایی که برخلاف جهت نیرویی که اسب وارد میکند بر اسب وارد میشوند). اسبی که برای کشیدن کالسکه تلاش میکند ، با صرف انرژی بر نیروی وزن کالسکه و اصطکاک غلبه میکند در حالیکه کالسکه برابر نیروی وزن خود اسب را به عقب میکشد، اما زمانیکه اسب نیرویی برابر اصطکاک کالسکه با زمین را به نیرویی که برای غلبه بر وزن کالسکه وارد می‌کرده بیفزاید، غلبه بر نیروی اصطکاک باعث میشود بتواند با سرعت ثابت کالسکه را به سمت خود بکشد.درحالیکه کالسکه تنها نیرویی برابر وزن خود در خلاف جهت به اسب وارد میکند در واقع اگر اسب تنها با نیرویی که برابر وزن کالسکه است آنرا بکشد و نتواند بر اصطکاک غلبه کند ، کالسکه از جای خود حرکت نخواهدکرد.

اسب به این دلیل می‌تواند حرکت کند که نیرویی که با پاهایش وارد می‌کند بزرگتر از نیرویی است که کالسکه با آن اسب را به طرف عقب می‌کشد و کالسکه به این دلیل به حرکت در می‌آید که نیرویی که اسب با آن کالسکه را به طرف جلو می‌کشد بزرگتر از نیروهای اصطکاکی است که کالسکه را به طرف عقب می‌کشند. برای اینکه بدانیم یک جسم حرکت می‌کند باید نیروهای وارد بر آن را بررسی کنیم.

یک شناگر با پاهای خود به دیوار فشار می آورد که باعث می شود دیوار به دلیل قانون سوم نیوتن به پاهایش فشار بیاورد.

شناگر با پاهای خود به دیواره استخر فشار می آورد و در جهت فشار خود شتاب می دهد. دیوار نیرویی برابر و مخالف به شناگر وارد کرده است. ممکن است فکر کنید که دو نیوی مساوی و متضاد خنثی می شوند، اما این کار را نمی کند زیرا در سیستم های مختلف عمل می کنند.

این قانون نشان دهنده تقارت خاصی در طبیعت است: نیروها همیشه به صورت جفت اتفاق می افتد و یک جسم نمی تواند بدون اینکه خود نیرویی را تجربه کند، بر جسم دیگر نیرو وارد کند. ما گاهی اوقات به این قانون به صورت آزادانه به عنوان کنش-واکنش اشاره می کنیم، که در آن نیروی اعمال شده، کنش است و نیرویی که در نتیجه آن تجربه می شود، واکنش است.

بنابراین، اگر یک سیب و یک فنجان به یکدیگر برخورد کنند، در هنگام برخورد آنها به طور مساوی و مخالف به یکدیگر فشار وارد می کنند:

در نهایت توضیحات گفته شد تا با این قانون آشنا بشید و مقصود بنده از این مطلب این هست که بگم در نظر من و طبق قوانین مختلف یک موشک در خلاء نمی تونه حرکتی داشته باشه، حالا موارد بیشتر رو ببینید:

مشکل این مطلب این هست که در خلا و جایی که هیچ چیزی نیست و نمیشه حتی خلاف گرانش انرژی ای وارد بشه که باعث ایجاد شتاب به جلو بشه، نیروی پرتاب اولیه از سمت زمین مشکل خاصی نداره :

قدرت موتور یک موشک را نیروی پرتاب آن می‌گویند. نیروی پرتاب در آمریکا به صورت (پوند) ponds of thrust و در سیستم متریک با واحد نیوتون شناخته شده است (هر 4.45 نیوتون نیروی پرتاب برابر است با 1 پوند نیروی پرتاب). هر یک پوند نیروی پرتاب (4.45 نیوتون) مقدار نیروی است که می‌تواند یک شی 1 پوندی (453.59 گرم) را در حالت ساکن مخالف نیروی جاذبه زمین نگه دارد. بنابراین در روی زمین شتاب جاذبه 21 متر در ثانیه در ثانیه (32 فوت در ثانیه در ثانیه) است.

در جایی که گرانش/جاذبه و نیرویی برای ضربه زدن نباشه از طرفی اکسیژنی برای سوخت نباشه موشک/راکت/موتور/پیش رانه نمی تونه کار کنه.

سوخت موشک های فضایی! هم برای مسافت طولانی تر از نوع سوخت جامد هست که در هر صورت نیاز به اکسیژن برای سوختن داره:

سوخت جامد به گونه‌های مختلف مواد جامد گفته می‌شود که به عنوان سوخت برای فرآوری انرژی و گرما به‌کار می‌روند. در بیشتر موارد به‌وسیلهٔ سوختن انرژی و گرمای سوخت‌های جامد استخراج می‌شود. سوخت‌های جامد شامل چوب، زغال، زغال سنگ، قرص سوختی هگزامین و گلوله‌های ساخته شده از چوب، ذرت، گندم، چاودار و غلات می‌شوند. تکنولوژی موشک سوخت جامد نیز از سوخت‌های جامد بهره‌گیری می‌کند. انسان‌ها به صورت گسترده‌ای از سوخت‌های جامد برای ایجاد آتش استفاده کرده‌اند. زغال‌سنگ به‌عنوان منبع سوختی برای انقلاب صنعتی، از روشن کردن کوره تا راه‌اندازی موتورهای بخار به‌کار رفته‌است. همچنین چوب به‌طور گسترده‌ای برای حرکت لوکوموتیوها به‌کار رفت. هردوی کودهای گیاهی و زغال‌سنگ تاکنون نیز برای تولید انرژی الکتریکی به‌کار می‌روند.

طرفی همه موشک‌ها تا قرن بیستم از نوعی پیشران جامد یا پودری استفاده می‌کردند، زمانی که موشک‌های پیشران مایع جایگزین‌های کارآمدتر و قابل کنترل‌تری را ارائه کردند. راکت‌های جامد هنوز هم امروزه در تسلیحات نظامی در سراسر جهان، موشک‌های مدل، تقویت‌کننده‌های موشک جامد و در کاربردهای بزرگ‌تر به دلیل سادگی و قابلیت اطمینان استفاده می‌شوند.

سوخت جامد موشک از سطح پیشرانه در معرض محفظه احتراق منفجر می شود. در این روش، هندسه پیشرانه داخل موتور موشک نقش مهمی در عملکرد کلی موتور ایفا می کند. همانطور که سطح پیشرانه می‌سوزد، شکل تکامل می‌یابد (موضوعی که در بالستیک داخلی مورد مطالعه قرار می‌گیرد)، که اغلب باعث تغییر سطح پیشرانه در معرض گازهای احتراق می‌شود. از آنجایی که حجم پیشرانه برابر با سطح مقطع است.

در هر صورت نیاز به اکسیژن برای سوختن هست که در خلا چنین چیزی نیست علاوه بر اکسیژن قانون سوم نیوتن هم نیست.