Warum ist die Normalkraft nicht dasselbe wie das dritte Newtonsche Gesetz?

Ja, Sie sind verwirrt. Auf Anhieb übt Objekt A keine Gravitationskraft auf B aus. Und ich bin verwirrt darüber, was Sie mit "Gegenkraft" meinen.

Achten Sie bei diesen Analysen darauf, Ihr System zu definieren und sich jeweils auf ein System zu konzentrieren. Denken Sie immer daran, dass eine Kraft ein Objekt und einen Agenten hat. Ein Objekt kann keine Kraft auf sich selbst ausüben, um eine Ihrer Fragen zu beantworten. Auf Objekt A wirken zwei Kräfte: die Schwerkraft (der Agent ist die Erde) und die Normalkraft (der Agent ist B). Da Objekt A ruht, gibt es keine Beschleunigung. Das sagt uns das zweite Newtonsche Gesetz

Newtons drittes Gesetz sagt uns, dass die Kraft von A auf B gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet ist wie die Kraft von B auf A. Jedes Objekt übt eine Normalkraft auf das andere aus.

Das zweite Gesetz ist eine Aussage darüber, wie ein einzelnes Objekt auf die Kräfte auf es reagiert. Das dritte Gesetz ist eine Aussage über die Beziehung zwischen Kräften auf zwei Objekte .

Der Begriff normale Reaktion wird verwendet, wenn eine Kraft im rechten Winkel zu einer Oberfläche wirkt und auf das Vorhandensein eines Objekts „reagiert“, das ein anderes Objekt berührt.
Solche Kräfte sollen verhindern, dass ein Objekt durch ein anderes Objekt hindurchgeht, und werden dadurch erzeugt, dass jedes der Objekte (leicht) zusammengedrückt wird, wenn sie sich berühren.

Denken Sie daran, wenn Sie das dritte Newtonsche Gesetz anwenden:

• Die Kräfte müssen auf unterschiedliche Objekte wirken
• Die Kräfte müssen vom gleichen Typ sein, entweder berührungslos (Schwerkraft, elektrostatisch usw.) oder Kontakt (Berührung von Objekten).

In Ihrem Beispiel des statischen Gleichgewichts könnte die Verwirrung entstehen, weil Sie es mit vier Kräften zu tun haben, die alle dieselbe Größe haben:

• Gravitationsanziehung auf Objekt A durch Objekt B (Boden und Erde),$mg$, das ist nach unten.
• Gravitationsanziehung auf Objekt B durch Objekt A ,$mg$, das ist nach oben.

Diese beiden Kräfte sind das dritte Newtonsche Gesetzpaar.

• Kontaktkraft auf Objekt A durch Objekt B ,$mg$, die nach oben gerichtet ist und als normale Reaktion auf Objekt A aufgrund von Objekt B bezeichnet wird.
• Kontaktkraft auf Objekt B durch Objekt A ,$mg$, die nach unten gerichtet ist und als normale Reaktion auf Objekt B aufgrund von Objekt A bezeichnet wird.

Diese beiden Kräfte sind das dritte Newtonsche Gesetzpaar.

Die Gravitationsanziehung auf Objekt A aufgrund von Objekt B und die normale Reaktion auf Objekt A aufgrund von Objekt B sind zwei Kräfte gleicher Größe, die in entgegengesetzte Richtungen wirken, aber kein drittes Newtonsches Gesetzpaar sind, weil:

• Die Kräfte wirken beide auf Objekt A.
• Die eine ist eine berührungslose Kraft und die andere eine Kontaktkraft.
• Wenn Objekt A Objekt B nicht berühren würde, wäre die Gravitationskraft immer noch vorhanden, aber die Kontaktkraft nicht.

Die Nettokraft auf Objekt A (Schwerkraft und Kontakt aufgrund von B) ist null und die Nettokraft auf Objekt B (Schwerkraft und Kontakt aufgrund von A) ist null

Aktualisieren Sie mit einem Diagramm, das ich zuvor erstellt habe.

Hier geht:

Hier gibt es zwei Kräftepaare des dritten Newtonschen Gesetzes:

Anziehungskraft der (gesamten) Erde auf das Objekt = – Anziehungskraft des Objekts auf der (gesamten) Erde

Kontaktkraft Boden auf Objekt = – Kontaktkraft Objekt auf Boden

Das dritte Newtonsche Gesetz gibt also keine Beziehung zwischen der (Schwerkraft-)Anziehungskraft der Erde auf das Objekt (nennen wir es W ) und dem nach oben gerichteten Druck (nennen wir es F ) des Bodens auf das Objekt.

Tatsächlich sind W und F nicht unbedingt gleich und entgegengesetzt. Wenn beispielsweise das Objekt aus großer Höhe auf den Boden fällt, gibt es während des Aufpralls einen kurzen Zeitraum, in dem F größer als W ist .

Nach kurzer Zeit wird F jedoch gleich und entgegengesetzt zu W . Wir wissen dies, weil das Objekt auf dem Boden ruht und daher keine resultierende Kraft auf es ausübt.

Vielleicht möchten Sie das Folgende nicht lesen. Es geht tiefer in das, was passiert, aber es wird normalerweise nicht in Lehrbüchern erklärt, und Sie finden es vielleicht zu seltsam ...

Wie kann es sein, dass F gleich und entgegengesetzt zu W ist ? Denken Sie daran, dass es NICHT aus Newtons drittem Gesetz folgt. Noch seltsamer ist, dass ein Objekt mit doppelter Masse (und daher mit einem doppelt so großen W beaufschlagt ) auch ein gleiches und entgegengesetztes F auf sich nehmen muss – es sei denn, der Boden gibt nach! Wie schafft es der Boden, eine Kraft zu liefern, die immer gleich und entgegengesetzt zu W ist?? Die Antwort wurde bereits angedeutet: „es sei denn, der Boden gibt nach“ war nicht ganz scherzhaft… Auch wenn der Boden nicht nachgibt, verformt er sich ein wenig. Je schwerer das Objekt ist, desto mehr verformt sich der Boden und das Objekt bewegt sich etwas nach unten. Je mehr der Boden verformt wird, desto größer ist die aufwärts gerichtete Kraft, die er auf das Objekt ausübt (so wie eine Feder eine größere Kraft ausübt, je weiter sie gedehnt wird). Das Objekt erreicht ein Gleichgewicht, wenn der Boden so weit verformt ist, dass F gleich und entgegengesetzt zu W ist . [Sie werden wahrscheinlich nicht sehen, dass sich der Boden verformt; Wir hoffen, dass die Dielen dick genug sind, um sich nicht sehr zu verformen, aber es gibt Methoden (z. B. mit Lichtinterferenz), die die Verformung deutlich zeigen.]

Angenommen, B ist die Erde.

A übt eine Kraft auf B aus (Schwerkraft) und B übt die gleiche entgegengesetzte Kraft auf A (Schwerkraft) aus. An dem Punkt, an dem A auf die Oberfläche trifft und aufhört zu beschleunigen, übt B eine zweite Kraft auf A aus, A übt die zweite gleiche und entgegengesetzte Kraft auf B aus.

Diese zweite Kraft ist die Quelle der Verwirrung. Es ist gleich und entgegengesetzt zur Schwerkraft, weil es beide Objekte an der Beschleunigung hindert (aus bekannten Gründen). Es wirkt nach oben auf A und nach unten auf B.

Die Verwirrung ergibt sich vielleicht aus der Behandlung von Schwerkraft und Normal als Kräfte, die paarweise auftreten. Sie tun es nicht, eine normale Kraft kann getrennt von B auf A wirken, aber wie garyp gesagt hat, Kräfte treten immer paarweise auf. In diesem Fall wird die Normalkraft von B bereitgestellt. Die Normalkraft kann alles sein, sie muss nicht gleich der Schwerkraft sein. Es wird hier auf Gravitation geschlossen, weil die Objekte A und B nicht beschleunigen.

Dies kann etwas verwirrend werden, da es manchmal unterscheidbare Kräfte gibt, die in zwei Kategorien unterteilt sind, tatsächlich und effektiv. Die Summe der tatsächlichen Kräfte muss gleich der Summe der wirksamen Kräfte sein. In diesem Fall ist die Normalkraft die vom Boden auf den Block wirkende Kraft. Diese Kraft ist Newtons drittes Gesetz. Es ist die gleiche und entgegengesetzte Kraft, die vom Boden auf den Block ausgeübt wird. Diese Gegenkraft wird im Wesentlichen auch durch das zweite Newtonsche Gesetz erzeugt, F = ma, wobei a die Schwerkraft ist.

Die Normalkraft wirkt immer senkrecht zur Oberfläche und ist gleich mg.