החוק השלישי, משקל וכוח נורמלי.

שלב 1 מתוך 6

כוחות באים בזוגות

איך מאוורר מזיז עגלה? הוא דוחף את האוויר לאחור, והאוויר דוחף את המאוורר, ואיתו את העגלה, קדימה. הצגת הכוחות על פועל: מאחורי העגלה החץ של המאוורר שדוחף את האוויר, ומעליה החץ של האוויר שדוחף את העגלה.

זה החוק השלישי של ניוטון: כשגוף אחד מפעיל כוח על גוף שני, הגוף השני מפעיל על הראשון כוח שווה בגודלו והפוך בכיוונו. לשני הכוחות קוראים זוג של פעולה ותגובה, אבל אין ביניהם “ראשון”: הם נוצרים יחד ונעלמים יחד.

נסו: שנו את דחיפת המאוורר ועקבו אחרי התוויות של שני החצים.

חזרה לניסוי ↑

שלב 2 מתוך 6

למה הזוג לא מתבטל

אם שני הכוחות שווים והפוכים, איך העגלה מאיצה? חשבו על זה לפני שתענו: על איזה גוף פועל כל אחד מהם?

שלב 3 מתוך 6

משקל

כדור הארץ מושך כל גוף כלפי מטה. הכוח הזה הוא המשקל של הגוף, והוא שווה למסה כפול תאוצת הכובד, $g = 9.81\ \mathrm{m/s^2}$$g =$$9.81\ \mathrm{m/s^2}$⁠:

$W = m g$⁠

מסה ומשקל הם שני דברים שונים. המסה, בקילוגרמים, היא כמות החומר בגוף ומידת ההתמדה שלו, והיא אותה מסה בכל מקום. המשקל הוא כוח, בניוטונים, ועל הירח הוא קטן פי שישה בערך.

המסה של העגלה עכשיו 2.5 kg. חשבו את המשקל שלה, ואז בחרו פועל תחת הצגת הכוחות כדי לבדוק בחץ של המשקל, שמושך למטה.

שלב 4 מתוך 6

נופלים יחד

גוף כבד נמשך למטה חזק יותר: שנו את מסת העגלה וראו איך החץ של המשקל גדל ביחס ישר למסה. אבל לגוף כבד יש גם יותר מסה להאיץ. כשגוף נופל בלי אוויר, המשקל הוא הכוח היחיד עליו, והחוק השני נותן

$a = \frac{W}{m} = \frac{m g}{m} = g$$a =$$\frac{W}{m} =$$\frac{m g}{m} =$$g$⁠

המסה מצטמצמת: כל הגופים נופלים באותה תאוצה, 9.81 m/s². נוצה נופלת לאט רק בגלל האוויר.

שלב 5 מתוך 6

הכוח הנורמלי

העגלה לא נופלת דרך המסילה, כי המסילה דוחפת אותה כלפי מעלה. הכוח הזה הוא הכוח הנורמלי: הכוח שמשטח מפעיל על גוף שנלחץ אליו, בניצב (“נורמלי”) למשטח. כאן הוא שווה למשקל, כי העגלה לא מאיצה למעלה או למטה, ולכן לפי החוק הראשון הכוח השקול בכיוון האנכי הוא אפס.

שימו לב: המשקל והכוח הנורמלי פועלים שניהם על העגלה. לכן הם לא זוג של פעולה ותגובה, גם כשהם שווים והפוכים.

שלב 6 מתוך 6

לסיכום

• החוק השלישי של ניוטון: כשגוף אחד מפעיל כוח על גוף שני, השני מפעיל על הראשון כוח שווה בגודלו והפוך בכיוונו.
• שני הכוחות של זוג פועלים על גופים שונים, ולכן הם לא מבטלים זה את זה. כדי לדעת אם גוף מאיץ, מחברים רק את הכוחות עליו.
• משקל הוא הכוח שכדור הארץ מושך בו גוף: $W = m g$⁠, בניוטונים. בלי אוויר כל הגופים נופלים בתאוצה $g$⁠.
• הכוח הנורמלי הוא הדחיפה של משטח, בניצב לו. על משטח אופקי, כשאין כוחות אנכיים אחרים, הוא שווה למשקל, אבל הוא לא בן הזוג של המשקל: בן הזוג של המשקל הוא המשיכה של העגלה בכדור הארץ.