Dwa ciała: gdzie umieścić parę sił wzajemnych?

Rozwiązanie

Rysujemy dwa osobne układy

Dla lewego wózka A sprężyna działa 4 N w lewo; dla prawego B 4 N w prawo. Na każdym osobno ciężkość i reakcja toru równoważą się pionowo. Brak tarcia nie oznacza braku siły sprężyny.

Gdzie wolno mówić o znoszeniu?

Siła na B nie działa na A, więc nie może skreślić strzałki na diagramie samego A. Dopiero dla całego układu obu wózków i bezmasowej sprężyny są to oddziaływania wewnętrzne, które nie zmieniają całkowitego pędu poziomego.

Wynik

Dla A po lewej rysujemy poziomą strzałkę 4 N w lewo, dla B po prawej 4 N w prawo. Na każdym diagramie ciężkość i reakcja toru równoważą się pionowo. Nie skreślamy siły na A siłą działającą na B. Dopiero w bilansie całego układu wózków i bezmasowej sprężyny są to siły wewnętrzne, znoszące się w sumie; przyspieszenia poszczególnych wózków nadal mogą być niezerowe.

Kontrola na różnych masach

Gdyby masy wynosiły 1 i 2 kg, przyspieszenia miałyby wartości 4 i 2 m/s² w przeciwnych zwrotach. Ich zmiany pędu w tym samym krótkim czasie miałyby równe wartości i przeciwne znaki, mimo różnych przyspieszeń. Środek masy nie uzyskiwałby przyspieszenia od sił wewnętrznych.

Wniosek: trzecia zasada Newtona łączy oddziaływania różnych ciał, a druga opisuje wypadkową na jedno wybrane ciało. Mieszanie tych poziomów prowadzi do błędnego wniosku, że skoro siły są równe i przeciwne, żaden wózek nie może ruszyć.

Powiązana teoria

Diagram sił: najpierw wybierz ciało, potem rysuj strzałki

Dalsza lektura

Materiał referencyjny