न्यूटन का तीसरा नियम: अनुप्रयोग, प्रयोग और अभ्यास - शारीरिक - 2025

न्यूटन का तीसरा नियम, भी क्रिया और प्रतिक्रिया कानून राज्यों कहा जाता है कि एक वस्तु exerts दूसरे पर मजबूर करते हैं, पहले बराबर परिमाण और दिशा और के बल पर बाद भी exerts विपरीत दिशा।

आइजैक न्यूटन ने 1686 में अपनी पुस्तक फिलोसोफीज नेचुरलिस प्रिन्सिपिया मैथेमेटिका या नैचुरल फिलॉस्फी ऑफ नेचुरल फिलॉस्फी में अपने तीन कानून बनाए।

एक अंतरिक्ष रॉकेट निष्कासित गैसों के लिए आवश्यक प्रणोदन धन्यवाद प्राप्त करता है। स्रोत: पिक्साबे

व्याख्या और सूत्र

न्यूटन के तीसरे नियम का गणितीय सूत्रीकरण बहुत सरल है:

एफ ₁₂ = - एफ ₂₁

बलों में से एक को कार्रवाई कहा जाता है और दूसरा प्रतिक्रिया है। हालांकि, इस विस्तार के महत्व पर जोर देना आवश्यक है: दोनों विभिन्न वस्तुओं पर कार्य करते हैं। वे इसे एक साथ भी करते हैं, हालांकि यह शब्दावली गलत तरीके से बताती है कि कार्रवाई पहले होती है और बाद में प्रतिक्रिया होती है।

चूंकि बल वैक्टर हैं, उन्हें बोल्ड में दर्शाया जाता है। यह समीकरण बताता है कि हमारे पास दो ऑब्जेक्ट हैं: ऑब्जेक्ट 1 और ऑब्जेक्ट 2. बल F ₁₂ ऑब्जेक्ट 1 पर ऑब्जेक्ट 1 द्वारा एक्सर्टेड है। फोर्स एफ ₂₁ ऑब्जेक्ट 1 पर ऑब्जेक्ट 2 द्वारा एक्सर्टेड है। और संकेत (-) इंगित करता है कि वे विपरीत हैं।

न्यूटन के तीसरे नियम को ध्यान से देखने पर, पहले दो के साथ एक महत्वपूर्ण अंतर मनाया जाता है: जबकि वे एक ही वस्तु का आह्वान करते हैं, तीसरा कानून दो अलग-अलग वस्तुओं को संदर्भित करता है।

और यह है कि यदि आप ध्यान से सोचते हैं, तो बातचीत में वस्तुओं के जोड़े की आवश्यकता होती है।

यही कारण है कि कार्रवाई और प्रतिक्रिया बल एक दूसरे को रद्द नहीं करते हैं या संतुलित हैं, हालांकि उनके पास एक ही परिमाण और दिशा है, लेकिन विपरीत दिशा: वे अलग-अलग निकायों पर लागू होते हैं।

अनुप्रयोग

बॉल-ग्राउंड इंटरैक्शन

यहां न्यूटन के थर्ड लॉ से संबंधित बातचीत का एक बहुत ही रोज़मर्रा का अनुप्रयोग है: एक लंबवत गिरने वाली गेंद और पृथ्वी। गेंद जमीन पर गिरती है क्योंकि पृथ्वी एक आकर्षक शक्ति का उत्सर्जन करती है, जिसे गुरुत्वाकर्षण के रूप में जाना जाता है। यह बल 9.8 m / s ^{2 के} निरंतर त्वरण के साथ गेंद गिरने का कारण बनता है ।

हालांकि, शायद ही कोई इस तथ्य के बारे में सोचता है कि गेंद पृथ्वी पर एक आकर्षक बल भी देती है। बेशक पृथ्वी अपरिवर्तित बनी हुई है, क्योंकि इसका द्रव्यमान गेंद की तुलना में बहुत अधिक है और इसलिए नगण्य त्वरण का अनुभव करता है।

न्यूटन के तीसरे नियम के बारे में एक और उल्लेखनीय बिंदु यह है कि दो परस्पर क्रिया करने वाली वस्तुओं के बीच संपर्क आवश्यक नहीं है। यह सिर्फ उद्धृत उदाहरण से स्पष्ट है: गेंद ने अभी तक पृथ्वी के साथ संपर्क नहीं बनाया है, लेकिन यह इसके आकर्षण को बढ़ाता है। और पृथ्वी पर गेंद भी।

गुरुत्वाकर्षण जैसे बल, जो अनिश्चित रूप से कार्य करते हैं कि वस्तुओं के बीच संपर्क है या नहीं, "दूरी पर कार्रवाई का बल" कहा जाता है। दूसरी ओर, घर्षण और सामान्य जैसी ताकतों के लिए आवश्यक है कि परस्पर क्रिया करने वाली वस्तुएं संपर्क में हों, इसीलिए उन्हें "संपर्क बल" कहा जाता है।

उदाहरण से लिए गए सूत्र

गेंद पर वापस लौटना - पृथ्वी की वस्तुओं का जोड़ा, पृथ्वी के लिए गेंद और टी के लिए सूचक P को चुनना और इस प्रणाली में प्रत्येक भागीदार के लिए न्यूटन का दूसरा नियम लागू करना, हम प्राप्त करते हैं:

_{परिणामी} F = m। सेवा

तीसरा कानून कहता है कि:

एम _पी ए _पी = - एम _टी ए _टी

एक _पी = 9.8 एम / एस ² खड़ी नीचे की ओर का निर्देश दिया। चूंकि यह आंदोलन ऊर्ध्वाधर दिशा में होता है, वेक्टर संकेतन (बोल्ड) के साथ तिरस्कृत किया जा सकता है; और ऊपर की दिशा को सकारात्मक और नकारात्मक के रूप में नीचे की ओर चुनना, हमारे पास है:

एक _पी = 9.8 एम / एस ²

एम _टी x 6 x 10 ²⁴ किलोग्राम

गेंद के द्रव्यमान के बावजूद, पृथ्वी का त्वरण शून्य है। इसलिए यह देखा गया है कि गेंद पृथ्वी की ओर गिरती है, न कि दूसरे तरीके से।

एक रॉकेट का संचालन

रॉकेट्स न्यूटन के तीसरे नियम को लागू करने का एक अच्छा उदाहरण हैं। शुरुआत में छवि में दिखाया गया रॉकेट उच्च गति पर गर्म गैसों के प्रणोदन की बदौलत बढ़ता है।

कई लोगों का मानना ​​है कि ऐसा इसलिए होता है क्योंकि ये गैसें रॉकेट के समर्थन और प्रसार के लिए वायुमंडल या जमीन पर किसी तरह "झुक" जाती हैं। यह उस तरह काम नहीं करता है।

जिस प्रकार रॉकेट गैसों पर बल लगाता है और उन्हें पीछे की ओर खदेड़ता है, गैसें रॉकेट पर एक बल लगाती हैं, जिसमें समान मापांक होता है, लेकिन विपरीत दिशा में। यह बल वह है जो रॉकेट को उसके ऊपर की ओर त्वरण देता है।

यदि आपके पास हाथ पर ऐसा कोई रॉकेट नहीं है, तो यह जांचने के अन्य तरीके हैं कि न्यूटन का तीसरा नियम प्रणोदन प्रदान करने के लिए काम करता है। पानी के रॉकेट का निर्माण किया जा सकता है, जिसमें दबाव के तहत गैस के माध्यम से निष्कासित पानी द्वारा आवश्यक जोर दिया जाता है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि पानी के रॉकेट के प्रक्षेपण में समय लगता है और इसके लिए बहुत सारी सावधानियों की आवश्यकता होती है।

स्केट्स का उपयोग

न्यूटन के तीसरे नियम के प्रभाव का परीक्षण करने का एक अधिक किफायती और तत्काल तरीका एक स्केट्स की एक जोड़ी पर डालकर और खुद को एक दीवार के खिलाफ प्रचार करना है।

अधिकांश समय बल को फैलाने की क्षमता उन वस्तुओं से जुड़ी होती है जो गति में होती हैं, लेकिन सच्चाई यह है कि स्थिर वस्तुएं भी बलों को बढ़ा सकती हैं। स्केटर उस बल की बदौलत पीछे की ओर चला जाता है कि इम्मोबिल की दीवार उस पर बैठती है।

संपर्क में सतहें (सामान्य) एक दूसरे के साथ संपर्क बलों को सामान्य करती हैं। जब कोई पुस्तक क्षैतिज तालिका पर आराम कर रही होती है, तो वह उस पर एक सामान्य बल नामक एक ऊर्ध्वाधर बल लगाती है। पुस्तक मेज पर एक ही संख्यात्मक मूल्य और विपरीत दिशा का एक ऊर्ध्वाधर बल डालती है।

बच्चों के लिए प्रयोग: स्केटर्स

बच्चे और वयस्क आसानी से न्यूटन के तीसरे कानून का अनुभव कर सकते हैं और सत्यापित कर सकते हैं कि कार्रवाई और प्रतिक्रिया बल रद्द नहीं करते हैं और आंदोलनों को प्रदान करने में सक्षम हैं।

बर्फ पर या बहुत चिकनी सतह पर दो स्केटर्स एक-दूसरे को प्रेरित कर सकते हैं और विपरीत दिशा में आंदोलनों का अनुभव कर सकते हैं, चाहे उनके पास एक ही द्रव्यमान हो या न हो, कार्रवाई और प्रतिक्रिया के कानून के लिए धन्यवाद।

काफी अलग द्रव्यमान वाले दो स्केटर्स पर विचार करें। वे नगण्य घर्षण के साथ एक बर्फ रिंक के बीच में हैं और शुरू में आराम कर रहे हैं। एक निश्चित समय पर वे अपने हाथों की हथेलियों से निरंतर बल लगाकर एक दूसरे को धक्का देते हैं। वे दोनों कैसे चलेंगे?

दो स्केटर्स एक दूसरे को एक बर्फ रिंक के बीच में फैलाते हैं। स्रोत: बेंजामिन क्रॉवेल (विकिपीडिया उपयोगकर्ता bcrowell)

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि चूंकि यह एक घर्षण रहित सतह है, केवल असंतुलित बल ही ऐसी ताकतें हैं, जो स्केटर्स एक-दूसरे पर लागू होती हैं। हालांकि वजन और दोनों पर सामान्य कार्य, ये बल संतुलन करते हैं, अन्यथा स्केटर्स एक ऊर्ध्वाधर दिशा में गति करेंगे।

इस उदाहरण में सूत्र लागू होते हैं

न्यूटन के तीसरे नियम में कहा गया है कि:

एफ ₁₂ = - एफ ₂₁

अर्थात्, स्केटर 1 द्वारा 2 पर लगाया गया बल समान दिशा और विपरीत दिशा के साथ, 1 पर 2 द्वारा एक्सर्ट किए गए परिमाण के बराबर है। ध्यान दें कि इन बलों को अलग-अलग वस्तुओं पर लागू किया जाता है, उसी तरह जिस तरह से बलों को पिछले वैचारिक उदाहरण में गेंद और पृथ्वी पर लागू किया गया था।

एम ₁ से ₁ = -एम ₂ से ₂

चूँकि बल विपरीत होते हैं, उनके कारण होने वाली त्वराएँ भी विपरीत होंगी, लेकिन उनका परिमाण अलग-अलग होगा, क्योंकि प्रत्येक स्केटर में एक अलग द्रव्यमान होता है। आइए पहले स्केटर द्वारा अधिग्रहित त्वरण को देखें:

तो आगे होने वाला आंदोलन विपरीत दिशाओं में दोनों स्केटर्स का पृथक्करण है। सिद्धांत रूप में स्केटर्स ट्रैक के बीच में आराम कर रहे थे। प्रत्येक दूसरे पर एक बल लगाता है जो तब तक त्वरण प्रदान करता है जब तक हाथ संपर्क में होते हैं और जोर रहता है।

उसके बाद स्केटर एक-दूसरे से समान आयताकार गति के साथ दूर चले जाते हैं, क्योंकि असंतुलित बल अब कार्य नहीं करते हैं। प्रत्येक स्केटर की गति भिन्न होगी यदि उनका द्रव्यमान भी हो।

व्यायाम हल किया

उन समस्याओं को हल करने के लिए जिनमें न्यूटन के नियमों को लागू किया जाना चाहिए, वस्तु पर कार्य करने वाली शक्तियों को ध्यान से आकर्षित करना आवश्यक है। इस ड्राइंग को "मुक्त-शरीर आरेख" या "पृथक-शरीर चित्र" कहा जाता है। अन्य वस्तुओं पर शरीर द्वारा लगाए गए बलों को इस आरेख में नहीं दिखाया जाना चाहिए।

यदि समस्या में एक से अधिक ऑब्जेक्ट शामिल हैं, तो प्रत्येक ऑब्जेक्ट के लिए एक फ्री-बॉडी डायग्राम आकर्षित करना आवश्यक है, यह याद रखते हुए कि एक्शन-रिएक्शन जोड़े विभिन्न निकायों पर कार्य करते हैं।

क) त्वरण जो प्रत्येक स्केटर धक्का के लिए धन्यवाद प्राप्त करता है।

b) जब वे अलग होते हैं तो हर एक की गति

उपाय

a) बाईं ओर से दाईं ओर धनात्मक क्षैतिज दिशा लें। न्यूटन के दूसरे नियम को हमारे द्वारा प्रदान किए गए मानों के साथ लागू करना है:

एफ ₂₁ = एम ₁ से ₁

कहाँ से:

दूसरे स्केटर के लिए:

बी) समान रूप से त्वरित आयताकार गति के गतिज समीकरणों का उपयोग वेग की गणना करने के लिए किया जाता है, जो कि वे केवल उनके बारे में बताते हैं:

प्रारंभिक वेग 0 है, क्योंकि वे ट्रैक के बीच में आराम कर रहे थे:

v _च = पर

v _f1 = एक ₁ t = -4 m / s ² । 0.40 एस = -1.6 मीटर / सेकंड

v _f2 = a ₂ t = +2.5 m / s ² । 0.40 s = +1 m / s

परिणाम

जैसा कि अपेक्षित था, हल्का 1 व्यक्ति अधिक त्वरण और इसलिए अधिक गति प्राप्त करता है। अब द्रव्यमान के उत्पाद और प्रत्येक स्केटर की गति के बारे में निम्नलिखित पर ध्यान दें:

एम ₁ वी ₁ = 50 किलो। (-1.6 m / s) = - 80 kg.m / s

एम ₂ वी ₂ = 80 किलो। 1 m / s = +80 kg.m / s

दोनों उत्पादों का योग है 0. द्रव्यमान और गति के उत्पाद को गति पी कहा जाता है। यह एक वेक्टर है जिसकी दिशा और गति समान है। जब स्केटर्स आराम कर रहे थे और उनके हाथ संपर्क में थे, तो यह माना जा सकता है कि उन्होंने उसी वस्तु का गठन किया था जिसकी गति थी:

पी _ओ = (एम ₁ + एम ₂) वी _ओ = 0

पुश पूरा होने के बाद, स्केटिंग सिस्टम की गति की मात्रा 0. रहती है। इसलिए गति की मात्रा को संरक्षित किया जाता है।

रोज़मर्रा के जीवन में न्यूटन के तीसरे नियम के उदाहरण

टहल लो

चलना सबसे रोजमर्रा की क्रियाओं में से एक है जिसे अंजाम दिया जा सकता है। यदि ध्यान से देखा जाए, तो चलने की क्रिया के लिए पैर को जमीन के विपरीत धकेलना पड़ता है, जिससे वह चलने वाले के पैर पर बराबर और विपरीत बल देता है।

जैसा कि हम चलते हैं हम लगातार न्यूटन के तीसरे नियम को लागू करते हैं। स्रोत: पिक्साबे

यह ठीक वह बल है जो लोगों को चलने की अनुमति देता है। उड़ान में, पक्षी हवा पर बल लगाते हैं और हवा पंखों को धक्का देती है ताकि पक्षी खुद को आगे बढ़ाए।

कार का मूवमेंट

एक कार में, पहिए फुटपाथ पर बल लगाते हैं। फुटपाथ की प्रतिक्रिया के लिए धन्यवाद, यह उन टायर पर बल लगाता है जो कार को आगे बढ़ाते हैं।

खेल

खेलों में, क्रिया और प्रतिक्रिया की शक्तियां कई हैं और उनकी बहुत सक्रिय भागीदारी है।

उदाहरण के लिए, आइए एथलीट को अपने पैर के साथ स्टार्टर ब्लॉक पर आराम करते हुए देखें। ब्लॉक उस पुश की प्रतिक्रिया में एक सामान्य बल प्रदान करता है जो एथलीट उस पर एक्सर्ट करता है। इस सामान्य और धावक के वजन के परिणामस्वरूप, एक क्षैतिज बल होता है जो एथलीट को खुद को आगे बढ़ाने की अनुमति देता है।

एथलीट स्टार्टर ब्लॉक का उपयोग शुरुआत में आगे की गति को जोड़ने के लिए करता है। स्रोत: पिक्साबे

आग पर जिस पाइप से पानी डाला जाता है

एक और उदाहरण जिसमें न्यूटन का तीसरा नियम मौजूद है, अग्निशामकों में फायर होसेस है। इन बड़े होज़ों के अंत में नोजल पर एक हैंडल होता है जिसे फायर फाइटर को पकड़ना चाहिए जब पानी का जेट बाहर निकलता है, जिससे पानी निकलने की स्थिति में होने वाली रेकॉइल से बचा जा सके।

इसी कारण से, नावों को गोदी में बांधने से पहले उन्हें बांधना सुविधाजनक होता है, क्योंकि खुद को गोदी तक पहुँचाने के लिए धक्का देकर नाव को एक बल प्रदान किया जाता है जो उसे वहाँ से दूर ले जाता है।

संदर्भ

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