Verwechslung mit Newtons drittem Gesetz

Die Art und Weise, wie uns allen die Newtonschen Gesetze beigebracht werden (indem wir sie als Kinder wie Mantras rezitieren), ist bedauerlich, weil die traditionelle Formulierung in vielerlei Hinsicht irreführend ist.

Ein großes Problem (wenn auch nicht das einzige) mit der traditionellen Formulierung von Newtons zweitem und drittem Gesetz ist, dass sie fälschlicherweise Ursache und Wirkung suggerieren (und daher eine Kette von Ereignissen implizieren, wie Sie es ausdrücken).

Newtons zweites Gesetz zum Beispiel legt nahe, dass eine Kraft eine Beschleunigung „verursacht“, was bedeutet, dass sie zuerst eintritt . Das tut es nicht. Die Kraft und die Beschleunigung treten gemeinsam und gleichzeitig auf, trotz des hartnäckigen Missverständnisses und der hartnäckigen Illusion einer zeitlichen Abfolge.

Aber lassen wir uns jetzt nicht vom zweiten Gesetz ablenken, denn das dritte macht Sie verständlicherweise ratlos ...

Auch hier deutet der Wortlaut des dritten Hauptsatzes darauf hin, dass zuerst eine „Aktion“ stattfindet und dann eine „Reaktion“ „verursacht“. Wenn dies buchstäblich wahr wäre, hätten Sie jedes Recht, unendlichen Rückschritt zu schreien !

Die Wahrheit ist, dass die Kräfte gemeinsam und gleichzeitig auftreten und nicht die Ursachen füreinander sind. Wenn Sie eine bessere Denkweise wünschen, können Sie es kaum besser machen als Newton selbst auf das dritte Gesetz kam. Er argumentierte dafür wie folgt:

Angenommen, Sie hätten ein System aus zwei Objekten, die miteinander interagieren, ohne dass äußere Kräfte auf das System einwirken. Dann sollten Sie in der Lage sein, dieses System als „Ganzes“ zu betrachten, wenn Sie möchten, und aus dieser Perspektive darf das System als Ganzes nicht beschleunigen, da keine Nettokraft darauf wirkt. Dies kann aber nur der Fall sein, wenn zwischen den beiden Körpern des Systems gleiche und entgegengesetzte Kräfte wirken (dh alle inneren Kräfte des Systems müssen sich aufheben).

Sehen Sie, dass dieses Argument keine „kausale Abfolge“ oder „Kette“ von Kräften beinhaltet? Es ist nur eine Beobachtung darüber, was der Fall sein muss, damit Newtons kraftbasiertes Schema konsistent funktioniert.

Nicht überzeugt? Lassen Sie mich eine Analogie versuchen. Sie und Ihr Freund haben jeweils einen bestimmten Geldbetrag. Du kaufst etwas von deinem Freund. Ihr Guthaben sinkt und das Ihres Freundes steigt. Gab es hier eine zeitverzögerte kausale Folge? Nö. Ihr Guthaben verringerte sich gleichzeitig (als Sie das Geld übergaben), während das Guthaben Ihres Freundes anstieg. Wenn wir das System als Ganzes betrachten, wissen wir, dass der Nettosaldo Null sein muss, da während der Transaktion kein Geld in das System hinein- oder herausgeflossen ist. Jede Zahlung führt zu einer Quittung und jede Quittung zu einer Zahlung, aber trotz der Illusion gibt es keine Sequenz (geschweige denn eine ewige!).

Hinweis : Sie könnten dieses Argument auch in die Sprache der Impulserhaltung übersetzen, aber ich habe versucht, die Frage in derselben Sprache zu beantworten, in der Sie sie formuliert haben.

UPDATE : Das hier hervorgehobene Problem des „unendlichen Rückschritts“ ist nicht die einzige Verwirrung, die entsteht, wenn wir die suggestive Sprache von „Aktion“ und „Reaktion“ verwenden. Ich habe neben meiner vorgeschlagenen Lösung hier zwei weitere Probleme identifiziert, die diese Sprache verursacht .

Es spielt keine Rolle, welche Sie Aktion und welche Reaktion nennen, das Gesetz besagt, dass zwei Objekte die gleiche Kraft aufeinander ausüben. Wenn also A B mit einer Kraft von 5 Newton drückt, wird B auch A mit der gleichen Kraft drücken.

Sie brauchen eine bessere Erklärung des Newtonschen Gesetzes. Die von Ihnen verwendete ist bedeutungslos, da das Wort Aktion nicht definiert ist. (In der heutigen Sprache der Physik wird das Wort Aktion in einem völlig anderen Kontext, Sinn und einer anderen Bedeutung verwendet.) Es basiert auf dem, was Newton geschrieben hat, ist aber nur die Hälfte von dem, was er geschrieben hat. Wikipedia liefert uns das Ganze

Jeder Aktion steht immer eine gleiche Reaktion gegenüber, oder die Wechselwirkungen zweier Körper aufeinander sind immer gleich und auf entgegengesetzte Teile gerichtet.

Aber diese Aussage hat immer noch die archaische Sprache. Wir müssen aufhören, Newtons Gebrauch des Wortes Aktion zu wiederholen . Es bedeutet uns heute nichts.

Ich wollte einen Link zu einer guten Version des Gesetzes finden. Ich konnte keinen finden. Ich bin mir sicher, dass es da draußen gute gibt, aber eine schnelle Suche ergab ein paar schlechte, von denen fast alle die Wörter Aktion und Reaktion verwenden . Hier ist eine Version, die auf der Aussage des Gesetzes im Buch "Integrated Science" von Tillery basiert.

Immer wenn zwei Objekte zusammenwirken, ist die Kraft, die der zweite auf den ersten ausübt, gleich stark und in entgegengesetzter Richtung wie die Kraft, die der erste auf den zweiten ausübt.

Aber egal wie es formuliert wird, es muss erklärt und ausgearbeitet werden. Die kurzen Erklärungen des Gesetzes sind keine gute Möglichkeit, um zu lernen, worum es im Gesetz geht. Hyperphysik (nach unten scrollen) erklärt es ziemlich gut.

Sie gehen davon aus, dass "Aktion" und "Reaktion" dasselbe sind. Ok, es gibt viele Gründe, warum wir sie entweder als ähnlich oder als genau gleich ansehen könnten, aber da das dritte Gesetz nicht sagt "für jede Aktion gibt es eine gleiche und eine entgegengesetzte Aktion", ist das dritte Gesetz logisch konsistent.

Für die Zwecke des dritten Hauptsatzes ist Reaktion NICHT dasselbe wie Aktion.

Dies mag eher nach einem sprachlichen als nach einem physikalischen Argument klingen, aber das dritte Gesetz ist durch die Form unserer Analyse motiviert. Wir entwickeln Wechselwirkungen als Kräfte, und dann fragen wir, was unter der Wirkung dieser Kräfte passiert. Nun, für jede Kraft, von der wir zu 100 % wissen, dass sie existiert („ich drücke gegen die Wand“), sagt uns das dritte Gesetz, dass es eine andere, reaktionäre Kraft gibt („die Wand drückt gegen mich“). "Reaktion" ist eine Art Kraft, kein Name für alle Kräfte.

Wie wäre es mit der Betrachtung einer bestimmten Kraft, wie etwa der Newtonschen Gravitationskraft zwischen zwei Punktmassen$m_1$und$m_2$. Die Kraft, die Masse 1 auf Masse 2 ausübt, könnten wir wie folgt schreiben:

wo$r_{12}$und$\hat{r}_{12}$sind der Abstand 2 von 1 bzw. der Einheitsvektor von 1 nach 2. Übt 2 eine Kraft auf 1 aus? Gemäß Newtons universellem Gravitationsgesetz gilt (genau wie oben geschrieben):

Wie bist$\vec{F}_{21}$und$\vec{F}_{21}$ähnlich? Wie unterscheiden sie sich? Gibt es einen Unterschied im Vorzeichen?

Wenn Sie JEDE sogenannte Aktion betrachten wollen, dann müssen Sie verschiedene Kräfte berücksichtigen, wobei Sie die Idee von \it{force} als klassisch im Hinterkopf behalten.

Welche Kraft wird bei der (Re-)Aktion „zuerst“ ausgeübt? Ich glaube nicht, dass man das sagen kann. Wie in anderen Antworten erwähnt, ist die Formulierung unglücklich und irreführend.

Beachten Sie, dass Newtons drittes Gesetz oft wie folgt (erneut) formuliert wird:

Kräfte treten in gleichen und entgegengesetzten Paaren auf.

Ich bin vielleicht etwas spät mit der Beantwortung dieser Frage, aber ich hoffe, es wird helfen.

Physics Footnotes betonte, dass Aktions- und Reaktionskräfte gleichzeitig und gleichzeitig auftreten. Das ist richtig. Die Worte Aktion und Reaktion erzeugen den Irrglauben, dass eine Kraft der Grund für die andere ist.

Lassen Sie mich erklären, warum diese beiden Kräfte gleichzeitig auftreten. Mit diesem Wissen werden Sie verstehen, warum die Reaktionskraft (sogenannte) nicht als eine weitere Kraft wirkt. Um dies zu verstehen, müssen wir verstehen, was eine Kraft verursacht.

Eine Kraft wird immer durch die Wechselwirkung zweier Körper verursacht. (Wir betrachten hier keine fiktiven Kräfte). Diese beiden Objekte können sich berühren oder in einiger Entfernung voneinander entfernt sein (z. B. - Gravitationskraft).

Anhand Ihres Beispiels, wie hätte A die Kraft von 5 N auf B ausgeübt? Möglicherweise war A vorher in Bewegung (relativ zur Erde) und würde mit B kollidieren und so die Kraft ausüben. (Es ist einfach, sich A als Ihre Hand und B als ein Objekt vorzustellen.)

Vor der Kollision würde sich A relativ zur Erde und somit relativ zu B auf B zu bewegen (B befindet sich im gleichen Bewegungszustand wie die Erde, was der Zustand des Stillstands ist. Also, wie die Erde und B denselben Bewegungszustand teilen, eine Bewegung relativ zur Erde ist auch eine Bewegung relativ zu B) Außerdem würde sich B relativ zu A in Richtung A bewegen. (Wenn wir A als stationär betrachten, dann ist B die einer, der sich bewegt)

• Relativ zu A ist also B das sich bewegende Objekt und A das stationäre Objekt. Wenn also die beiden Objekte relativ zu A kollidieren, ist es B, der die Kraft ausübt. (Denn relativ zu A ist es B, das darauf zukommt und kollidiert) Relativ zu A bewegte sich A einfach glücklich weiter, bis dieses B vorbeikam und gegen ihn stieß und eine Kraft auf A ausübte
• Wie in der traditionellen Sichtweise ist es A, das sich bewegt und mit B kollidiert. Die Kollision würde also eine Kraft von A auf B verursachen. Relativ zu B saß B still und kümmerte sich um seine eigenen Angelegenheiten, bis A kam und mit ihm zusammenstieß. somit die Kraft ausüben.

Es sind diese beiden Kräfte, die im Volksmund als Aktions-Reaktions-Kräftepaare angesehen werden.

Beide Kräfte existieren gleichzeitig, relativ zu A ist die wirkende Kraft eine Kraft von 5 N, die von B darauf ausgeübt wird. Relativ zu B ist die wirkende Kraft eine Kraft von 5 N, die von A darauf ausgeübt wird.

Mit diesem Verständnis darüber, wie die betreffenden Kräfte erzeugt werden, ist es leicht zu verstehen, dass die von B auf A (F1) ausgeübte Kraft nicht zu einer ganz neuen Reaktionskraft (sogenannt) führt, in der Tat, relativ zu A, der ausgeübten Kraft dadurch kann auf B als die Reaktionskraft auf F1 angesehen werden (natürlich im wahren Sinn des dritten Hauptsatzes, was bedeutet, dass es nicht ein Ergebnis der ersten Kraft ist)

Wenn es eine bestimmte Kraft in eine Richtung gibt, ist die Existenz einer anderen Kraft unvermeidlich (in der entgegengesetzten Richtung, die auf das Objekt wirkt, das die Kraft verursacht hat, auf die wir uns zuerst bezogen haben), was bedeutet, dass Kräfte paarweise existieren. Nun, relativ zu A übt B die Kraft aus, also ist die Aktion relativ zu A die Kraft, die von B auf A ausgeübt wird. (Nennen wir es F1) Auch wenn diese Aktion relativ zu A, relativ zu B stattfindet es findet noch eine weitere Aktion statt. (Kraft, die von A auf B ausgeübt wird, F2) Für A ist die Wirkung F1. Gleichzeitig wird auch F2 ausgeübt. Für A ist F2 eine indirekte Folge der Kollision. Sie kann als Reaktionskraft relativ zu A angesehen werden. (Der Begriff "Reaktion" ist nicht wirklich passend, aber das ist der gebräuchliche Begriff) Ebenso ist F1 für B die indirekte Folge; Reaktion. Die Schaffung einer ganz neuen Kraft als Reaktion ist nicht das, was Newton mit dem dritten Hauptsatz meinte. Jede Aktion hat also eine Reaktion, wie es der dritte Hauptsatz besagt

Es sollte "Jede Aktion hat gleiche und entgegengesetzte Reaktionen vom GLEICHEN TYP" lauten. Der beste Weg, diese Fragen im Zusammenhang mit Kontaktkräften zu verstehen, besteht darin, ein großes, klares Freikörperdiagramm zu zeichnen. Das wird schließlich Ihre Probleme beleuchten.

Zeichnen Sie alle möglichen Kräfte auf beide Objekte und/oder Kontaktflächen.

Bitte sehen Sie das Bild, die Kraft, die Sie angewendet haben, gehört nicht zur Aktion, es ist eine separate Kraft, Aktionsreaktionskräfte sind (Ra und Rb), ihre Größe bleibt unabhängig von der Situation (Beschleunigung, Deklaration, konstante Geschwindigkeit usw.) gleich, und diese sind das Aktionsreaktionspaar, nicht die Kraft, die Sie auf den Körper ausgeübt haben.

Wenn Sie sich Sorgen über die Reaktionskraft aufgrund der auf das Objekt A ausgeübten Kraft von 5 N machen, wirkt sie auf Ihre Hand, die immer noch 5 N in die entgegengesetzte Richtung wirkt. Um Ihr Anliegen zu verdeutlichen, wirkt das Newton-Kraftpaar immer auf verschiedene Körper, nicht auf denselben Körper