قانون سوم نیوتون: راز نهفته در هر عمل
اساس قانون: نیروها همیشه جفتی هستند
ایزاک نیوتون2 در کتاب اصول خود، سه قانون حرکت را ارائه داد. قانون سوم مکمل دو قانون قبلی است و بر مفهومی بسیار مهم تأکید دارد: نیروها هیچگاه به تنهایی ایجاد نمیشوند. هر نیرویی که ما میبینیم یا حس میکنیم، حتماً یک نیروی متقابل دارد. این دو نیرو، که به آنها جفت کنش-واکنش میگوییم، دارای سه ویژگی اصلی هستند:
۱. هماندازه: بزرگی این دو نیرو دقیقاً برابر است.
۲. جهت مخالف: این دو نیرو در دو جهت کاملاً عکس هم عمل میکنند.
۳. بر دو جسم مختلف: این نیروها هرگز بر یک جسم واحد اثر نمیگذارند. یکی بر جسم اول و دیگری بر جسم دوم وارد میشود.
این قانون را میتوان با یک فرمول ساده نشان داد. اگر نیروی کنش را $ \vec{F}_{A \to B} $ بنامیم، نیروی واکنش به صورت زیر است:
$ \vec{F}_{A \to B} = - \vec{F}_{B \to A} $
علامت منفی ($ - $) در اینجا فقط نشاندهندهٔ جهت مخالف است، نه کاهش یا افزایش مقدار نیرو.
نیروهای کنش و واکنش در زندگی روزمره
بیایید چند مثال ساده و ملموس را با هم بررسی کنیم تا ببینیم این قانون چگونه در اطراف ما در جریان است.
مثال ۱: راه رفتن
وقتی شما راه میروید، در واقع پاهای شما به زمین نیرویی به سمت عقب وارد میکند (کنش). در پاسخ، زمین به کفش شما نیرویی هماندازه به سمت جلو وارد میکند (واکنش). این نیروی واکنش زمین است که شما را به جلو میراند. اگر یخ یا سطح بسیار لغزنده باشد، نمیتوانید نیروی کنش کافی به زمین وارد کنید، در نتیجه نیروی واکنش کافی برای حرکت دریافت نمیکنید و سر میخورید.
مثال ۲: شنا در استخر
هنگامی که شناگر در آب، دستهای خود را به عقب میکشد، در واقع به آب نیرویی به سمت عقب وارد میکند (کنش). آب در مقابل، به دستهای شناگر نیرویی به سمت جلو وارد میکند (واکنش) که سبب حرکت رو به جلوی او میشود.
مثال ۳: نشستن روی صندلی
وزن شما نیرویی به سمت پایین به صندلی وارد میکند (کنش). صندلی نیز نیرویی به سمت بالا به بدن شما وارد میکند (واکنش). اگر این نیروی واکنش صندلی نبود، شما سقوط میکردید! این دو نیرو هماندازهاند، به همین دلیل شما در حالت تعادل و ساکن روی صندلی باقی میمانید.
| موقعیت | نیروی کنش (از سوی...) | نیروی واکنش (از سوی...) | نتیجهای که میبینیم |
|---|---|---|---|
| بالون پر از هوا را رها کردن | هوا از دهانهٔ بالون به عقب رانده میشود. | هوا به بالون نیرو به جلو وارد میکند. | بالون به سمت جلو پرواز میکند. |
| ضربه زدن به توپ فوتبال | پا به توپ نیرو وارد میکند. | توپ به پا نیروی مخالف وارد میکند (که آن را حس میکنیم). | توپ به جلو شتاب میگیرد. |
| قایق پارو زدن | پارو آب را به عقب میراند. | آب به پارو (و قایق) نیرو به جلو وارد میکند. | قایق در آب به جلو حرکت میکند. |
| کشیدن کشسان | دست چپ کش را به راست میکشد. | کش دست چپ را به چپ میکشد. | کش در دو طرف کشیده میشود و هر دست نیروی کششی را حس میکند. |
از زمین تا فضا: کاربردهای مهیج قانون سوم
این قانون فقط به اتفاقات روزمره محدود نمیشود. در فناوریهای پیشرفته نیز نقش کلیدی ایفا میکند. اصلیترین نمونه، پرواز موشکها است. موتور موشک، گازهای داغ حاصل از سوخت را با سرعت بسیار زیاد به سمت پایین و بیرون پرتاب میکند (کنش). این گازها در مقابل، نیرویی هماندازه اما در جهت مخالف، یعنی به سمت بالا، به موشک وارد میکنند (واکنش). این نیروی واکنش است که موشک سنگین را برخلاف نیروی جاذبهٔ زمین به فضا میبرد. هواپیماهای جت نیز بر همین اصل، اما با راندن هوا به عقب، کار میکنند.
حتی در ورزشهایی مانند اسکیت نیز این قانون دیده میشود. زمانی که دو اسکیت باز کنار هم ایستاده و یکدیگر را هل میدهند، هر دو به عقب حرکت میکنند. نیرویی که هر کدام به دیگری وارد میکنند (کنش)، باعث میشود نیرویی مساوی از طرف مقابل به خودشان وارد شود (واکنش). جرم افراد اگر برابر باشد، شتاب و سرعت عقبنشینی آنها نیز تقریباً یکسان خواهد بود.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاورقی
1 قانون سوم نیوتون (Newton's Third Law of Motion)
2 ایزاک نیوتون (Sir Isaac Newton): دانشمند انگلیسی که قوانین حرکت و گرانش را ارائه کرد.
3 نیروی گرانش (Gravitational Force): نیروی جاذبهای که بین دو جسم دارای جرم وجود دارد.
