Wie gilt Newtons drittes Gesetz, wenn ein auf einem Tisch liegender Block den Tisch zerbricht?

Angenommen, es gibt einen Block mit irgendeiner Masse, der auf einem Tisch aufbewahrt wird. Aber anstatt auf dem Tisch ruhen zu bleiben, durchbricht es den Tisch. Wie verhält sich Newtons drittes Gesetz hier?

Wenn der Block auf dem Tisch ruht, dann sind der Druck des Blocks auf den Tisch aufgrund seines Gewichts und die Normalkraft des Tischs auf den Block die Aktions-Reaktions-Kräfte. Aber was ist mit diesem Fall?

Es gilt immer noch das Newton-Drittel-Gesetz, aber jetzt beschleunigen Teile des Tisches und des Blocks nach unten. Die Kräfte sind kleiner, aber sie sind immer noch gleich. Können Sie näher erläutern, mit welchem ​​Aspekt des Problems Sie zu kämpfen haben?
Ich kann nicht verstehen, wie der Block den Tisch durchbricht, wenn die Kraft, die Block und Tisch aufeinander ausüben, gleich ist.

Antworten (5)

Das Gesetz gilt nach wie vor, aber wir müssen mit den Einsatzkräften vorsichtig sein. Wenn das Buch eine Masse hat M , können wir nicht einfach sagen, dass das Buch eine Kraft von ausübt F = M G . Wenn der Tisch brach, gab es eine maximale Kraft, der er standhalten konnte, die kleiner war als M G .

Der Schlüssel, den man sich merken sollte, ist, dass die Summe der Kräfte auf ein Objekt nur dann gleich 0 ist , wenn dieses Objekt nicht beschleunigt. Es ist eigentlich immer gleich M A , Wo A ist die Beschleunigung auf das Objekt. Wir schreiben das ∑ F = M A , mit ∑ So notieren wir alles zusammenfassend. Es passiert einfach so, dass, wenn das Objekt nicht beschleunigt (wir sagen "in Ruhe") ∑ F = M ⋅ 0 = 0

Die Realität in Ihrem Szenario ist also, dass der Tisch mit einer Kraft nach oben drückt, die genau der Kraft entspricht, die er aufbringen könnte, ohne zu brechen. Das ist weniger als M G , also beschleunigt sich das Buch. Newtons Drittes Gesetz gilt.

Nun wird sich dieses Buch sehr bald den Atomen in der Tabelle nähern. Um zu verstehen, was hinter dem Bruchpunkt passiert, können wir den Tisch nicht als eine monolithische Einheit behandeln – die Geschwindigkeit der verschiedenen Teile kann unterschiedlich sein und wird während des Bruchs unterschiedlich sein. Wir können die einzelnen Holzstücke analysieren oder wir gehen ins Extreme und betrachten die Kräfte auf die Atome. Aber das alles geht über deine Frage hinaus. Die grundlegende Antwort ist, dass die Summe der Kräfte nicht Null sein muss, es sei denn, das Objekt beschleunigt nicht.

Und viele dieser Fragen können beantwortet werden, wenn man bedenkt, dass es viele Vorgänge gibt, die wir für „sofort“ halten, es aber nicht sind. Wenn das Buch auf den Tisch fällt und WHAM! macht ein lautes Geräusch, wir sagen, es "schlägt" zu diesem Zeitpunkt auf den Tisch. Aber wenn Sie in Zeitlupe schauen, werden Sie sehen, dass es eine Menge Biegungen und Wackeln gab, die diesen "Treffer" nach Newtons Gesetzen funktionieren ließen. Beispielsweise kann in solchen Fällen der Tisch nicht gleich "zerbrechen". Es ist eigentlich eine lange Reihe kleinerer Bewegungen, die im Laufe weniger Millisekunden zu dem führen, was wir "Brechen" nennen.

Ich kann nicht verstehen, wie das Buch eine Kraft von mg aufbringen kann und der Tisch nur seine maximal auszuhaltende Kraft aufbringt. Wenn der Tisch eine gewisse Kraft auf das Buch ausübt, dann sollte das Buch laut Gesetz auch so viel Kraft auf den Tisch ausüben. Zu dem, was Sie im ersten Absatz gesagt haben, müsste das Buch, wenn es beschleunigt wird, eine Kraft aufbringen, die größer ist als die maximal zulässige Kraft, um durchzubrechen, oder? Könnten Sie das bitte etwas präzisieren?
@AxSmasher, das Buch wendet keine Kraft von an M G an den Tisch.
@AxSmasher BowlOfRed hat Recht. Das Buch übt keine Kraft aus M G . Fragen Sie sich, warum Sie sich dazu verpflichtet fühlen. Es ist keine unmittelbare Folge des 3. Newtonschen Gesetzes. Die Kraft des Tisches auf dem Buch ist nicht die Reaktionskraft auf die Schwerkraft. Die Kraft des Tisches auf das Buch ist die Reaktionskraft des Buches auf dem Tisch. Das ist alles.
Die Herausforderung, die Sie haben, ist wirklich üblich. Ihnen wird beigebracht, dass alle Kräfte gleich sind. Nun, in diesem Fall tun sie das absolut nicht. In dem von Ihnen beschriebenen Szenario muss es Beschleunigungen geben. Ich denke, die Verwirrung kommt daher, wie wir unterrichten müssen. Normalerweise unterrichten wir zuerst statische Situationen – solche ohne Bewegung und damit ohne Beschleunigung. In diesen Situationen summieren sich die Kräfte auf jedes Objekt zu 0. Wir lehren dann Newtons 3. Gesetz, das besagt, dass jede Kraft eine gleiche und entgegengesetzte Reaktionskraft hat.
Und es ist enorm einfach, die beiden miteinander zu vermischen und zu versuchen, die Regeln der Statik anzuwenden, nur weil wir eine Reaktionskraft gesehen haben. Aber wir können nicht. Das Szenario, das Sie angeben, ist absolut dynamisch mit Beschleunigungen, und wir können die Regeln der Statik nicht anwenden ... aber wir können das 3. Newtonsche Gesetz anwenden.
Ich verstehe, ich hatte es falsch betrachtet ... danke
Ich finde es immer hilfreich, über die Realität einer Situation nachzudenken, obwohl dieses physikalische Problem eine vollkommen starre Tabelle postuliert. Stellen Sie sich den Tisch als einen Haufen großer steifer Federn vor (was er auch ist), das Buch verursacht nicht das Vorhandensein der Reaktionskraft, sondern das Biegen des Tisches, das die Kraft erzeugt. Was passiert, wenn Sie ein Buch auf den Tisch legen, ist, dass das Buch, während es herunterfällt, auch den Tisch biegt. Wenn der Tisch stark genug ist, erzeugt er eine Kraft, die stark genug ist, um das Buch zu stoppen; Wenn es nicht stark genug ist, biegt es sich weiter, bis es bricht.

Für den Fall, dass die Tabelle hält, haben wir viele Informationen:

  • Das Buch beschleunigt nicht
  • Das Buch hat Masse M
  • Die einzigen vertikalen Kräfte auf das Buch sind die Schwerkraft und die Normalkraft vom Tisch.

Angesichts der fehlenden Beschleunigung wissen wir, dass die gesamten vertikalen Kräfte auf das Buch Null ergeben müssen und F N = M G . Das Gewicht des Buches wird vollständig vom Tisch getragen. Die Kraft des Buches auf dem Tisch und die Kraft des Tisches auf dem Buch sind gleich groß.

Wenn das Buch den Tisch durchbricht, gilt die erste Annahme nicht mehr. Die Gesamtkräfte auf das Buch summieren sich nicht mehr zu Null. Die Schwerkraft ist immer noch dieselbe, also kann sich nur die Normalkraft vom Tisch geändert haben. Anstatt gleich zu bleiben M G , die Normalkraft ist kleiner.

Dies ist kein Problem für Newtons drittes Gesetz. Auch die Kraft, die das Buch auf den Tisch ausübt, ist geringer.

Es gibt immer eine gewisse Materialverformung, wenn zwei Gegenstände durch eine Kraft gegeneinander gehalten werden. In diesem Fall überschreitet die Materialverformung des Tisches seine strukturelle Integrität, so dass er bricht. Jetzt ist Ihr Aktionsreaktionspaar der Block, der auf die Erde fällt, und die Erde, die auf den Block fällt. Da die Masse der Erde so viel größer ist als die Masse des Blocks, ist die Bewegung der Erde vernachlässigbar, aber nicht Null.

Es kann hilfreich sein, an eine Analogie zu denken, wie z. B. ein Armdrücken oder ein Tauziehen.

Während eines Großteils des Spiels wenden beide Kämpfer möglicherweise die gleiche Kraft an, und es gibt keine Bewegung (in der Praxis ist es schwierig, konsistent zu sein, daher wird es einige Schwankungen hin und her geben, aber wir können dies vereinfachen). Aber schließlich wird einer von ihnen mehr schwächen als der andere; Wenn die Kräfte erheblich aus dem Gleichgewicht geraten, werden die stärkeren Spieler die schwächeren besiegen und das Match endet.

Das passiert zwischen dem Block und dem Tisch. Die Schwerkraft übt eine nach unten gerichtete Kraft auf den Block aus, während die Steifigkeit des Tisches dem entgegenwirkt, sodass keine Bewegung stattfindet. Aber die kontinuierliche Kraft, die auf den Tisch ausgeübt wird, bricht langsam die Bindungen, die seine Steifigkeit verleihen. Wenn dies lange genug so weitergeht, werden so viele Bindungen gebrochen, dass der Tisch nicht die gleiche Aufwärtskraft liefern kann. Die Schwerkraft gewinnt das Match und der Block bricht durch.

Zuerst müssen Sie die Aktionsreaktionskräfte des auf dem Tisch aufbewahrten Buches verstehen. Lassen Sie uns überprüfen. 1) Die Erde zieht das Buch um mg an und das Buch zieht die Erde mit derselben Kraft an mg ... (2). Der Tisch zieht das Buch an und das Buch zieht den Tisch an ... jetzt leider, wenn die Erde eine Kraft auf das Buch ausübt und das Buch eine Kraft ausübt, aber das Buch aufgrund der geringeren Masse von der Erde angezogen wird und die Erde an ihrer eigenen Position bleibt. Aber vor dem Das Buch kam auf die Erde, der Tisch störte das Buch ... aber jetzt wird das Buch auch von mg von der Erde angezogen ... also wird eine Kraft auf Tisch für Buch ausgeübt und die gleiche Kraft wird von Tisch auf Buch ausgeübt ... aber das Die Erde beschleunigt das Buch immer noch um mg und die Bruchfestigkeit des Tisches ist geringer als mg, so dass der Tisch kaputt geht und das Buch von der Erde angezogen wird ...

Nehmen wir diesen Fall im Weltraum ... wo keine Schwerkraft vorhanden ist und jetzt ein Buch auf dem Tisch liegt ... dann gibt es nur ein Aktionsreaktionspaar, dass der Tisch das Buch anzieht und das Buch den Tisch anzieht ... das ist alles ... Bruder, denke ich du verstehst deine ans...

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