Mere om Newtons tredje lov

Vi skal snakke lidt mere om Newtons tredje lov, da der er nogle store, men almindelige, misforståelser med denne lov. Den virker enkel, men det er ikke helt så enkelt som du måske tror. Mange gentager den som, for hver aktion er der en lige så stor og modsatrettet reaktion. Men denne udgave er for uklar. En udgave, der er lidt bedre, er for hver kraft er der en lige stor og modsatrettet kraft. Den er en smule bedre. Lighedstegnet betyder, at størrelsen af disse kræfter er den samme. Minustegnet betyder, at retningen af de to vektorer er forskellig. Disse er vektorer. Der står, at denne lyserøde vektor F har den modsatte retning, men samme størrelse som denne grønne vektor F. Lad mig vise dig, hvorfor dette stadig er en smule uklart. Hvad nu hvis dette var alt, hvad du viste om Newtons tredje lov. At for hver kraft er der en lige store og modsatrettet kraft. Så tænker du nok, hvis du er en smule smart, Hvis der for hver kraft F er en lige stor og modsatrettet kraft, betyder det så ikke, at alle kræfter i universet bliver udlignet? Vil enhver kraft ikke blive udlignet? Vil det ikke betyde, at acceleration ikke er mulig? Hvis jeg udøver en kraft F på noget, hvis der er en kraft -F, betyder det så ikke at uanset hvilken kraft jeg retter fremad så vil den blot blive udlignet? Svaret er nej. Grunden til at det er nej, er fordi disse to kræfter virker på forskellige objekter. Du skal altså være forsigtig. Grunden til jeg siger, at denne udgave af Newtons 3. lov stadig er en smule uklar er fordi dette er på to forskellige objekter. Hvis dette er en kraft på objekt A, der udøves af objekt B, så vil denne kraft her være kraften på objekt B udøvet af objekt A. Med andre disse ord, disse kræfter hernede virker på forskellige objekter. Jeg flytter dem lige. Lad os tegne to forskellige objekter for tydeligere at vise, hvad jeg mener. Her er objekt A. Dette er objekt A og der udøves denne grønne kraft på den, F. Dette objekt her er A. Her har vi så et andet objekt, objekt B. Vi tegner blot endnu en cirkel. Her er objekt B. Denne lyserøde kraft -F virker på den. Jeg kalder dette objekt B. Nu kan vi se det. Disse to kræfter kan ikke udligne hinanden. Grunden til de ikke kan udligne hinanden er, de virker på to forskellige objekter. Når man for Newtons 3. lov blot siger, at for hver kraft er der en lige stor og modsatrettet kraft, så er det ikke tydeligt, at det er på forskellige objekter. Men det skal være på forskellige objekter. Disse kræfter som Newtons 3 lov, omhandler kaldes for kraft-par (N3 kraft-par) eller N3 partner kræfter, virker altid på forskellige objekter. Jeg vil derfor bruge den konvention, at det første bogstav er objektet som kraften virker på. Dette A viser, at denne grønne kraft F virker på A og bliver udøvet af B. Dette viser, at den udøves på B, da det første bogstav er B og den bliver udøvet af det andet objekt A. Denne lyserøde kraft virker på B. Denne grønne kraft virker på A. De er lige store og modsatrettet, men de kan ikke udligne hinanden, da de ikke virker på det samme objekt. De udligner IKKE hinanden. De er lige store, selvom de to objekter ikke har den samme størrelse. Det er en anden misforståelse. Objekt A er en planet, en stor planet eller måske en stjerne. Da den er gul, så det ligner en stjerne. Lad os sige det er en stor stjerne, Dette er en mindre planet i kredsløb omkring stjernen. Størrelsesforholdet er ikke korrekt, med mindre det er en enorm planet. Dette er en planet og den kan være hundreder, tusinder af gange millioner af gange mindre end denne stjerne og den kan stadig udøve den samme kraft. Hvis stjernen trækker i planeten med denne lyserøde kraft -F, så vil denne planet trække i stjernen med den grønne kraft F, de vil være lige store, selvom objekterne har forskellig størrelse. Folk citerer Newtons 3. lov, selvom de ikke helt tror på, hvad den siger. Hvis jeg siger, at planeten er en million gange mindre end stjernen, så vil folk sige, at stjernen trækker mere i planeten end planeten trækker i stjernen. Men ifølge Newtons 3. lov er det ikke sandt. De skal skal være lige store selv hvis de har forskellige størrelser. Hvis dette er Jorden og dette er Månen, så trækker Jorden lige så meget i Månen, som Månen trækker i Jorden. Nu vil du måske indvende og sige, at dette ikke giver mening. En stjerne sidder blot der og planeten racer omkring den i en cirkel. Hvorfor er det planeten, der kredser og stjernen der blot sidder der? Blot fordi kræfterne er lige store, betyder det ikke at resultatet er det samme. Med andre ord, kræfterne kan være lige store men accelerationerne behøver ikke være lige store. Acceleration er altid nettokraft divideret med massen. Når kraften er den samme, og du dividerer med masse, så får du en forskellige acceleration, og det er derfor resultatet af kraften ikke nødvendigvis er det samme selvom kræfterne er lige store. Det siger Newtons 3. lov. En anden typisk misforståelse er, at man tror, der er en forsinkelse i dannelsen af den ene kraft i et N3 kraft-par. Altså tro, hvis jeg udøver den første kraft hurtigt nok, så sover universet i timen og der vil være en form for forsinkelse inden den anden kraft dannes. Det er ikke sandt. Newtons 3. lov er uundgåelig. Uanset situationen, uanset accelerationen, eller ingen acceleration, eller bevægelsen, eller ingen bevægelse, uanset om det ene objekt er større eller mindre, hvis det er et N3 kraft-par, så er de altid lige store og modsatrettet for ethvert tidspunkt. Hvis jeg kommer ind fyr og flamme i bedste Chuck Norris stil og laver et drop kick mod en væg. Dette ligner ikke helt et dropkick. Men hvis jeg kommer flyvende mod denne væg ligeså snart jeg laver kontakt med væggen, så vil jeg udøve en kraft på den og væggen vil udøve en kraft tilbage. Jeg udøver en kraft på væggen mod højre. Dette er kraften på væggen med min fod. Så skal der være en lige stor og modsatrettet kraft øjeblikkeligt tilbage på min fod. Dette er kraften på min fod fra væggen. Det sker øjeblikkeligt uden forsinkelse. Du kan ikke sparke hurtigt nok til, at den anden kraft ikke øjeblikkeligt laves. Lige så snart din fod udøver den mindste kraft på væggen, så vil væggen udøve den samme kraft tilbage mod din fod. Newtons 3. lov er uundgåelig, men folk har stadig problemer med at genkende disse N3 kraft-par. Den bedste måde at gøre det på er, at skrive begge objekter ned. Når du skriver begge objekter ned, så kan du finde N3 kraft-parret ved at bytte rundt på disse bogstaver. Jeg ved, hvis en af disse kræfter er kraften på væggen fra min fod, så kan jeg finde den anden kraft ved at bytte rundt på bogstaverne. Det skal være kraften på min fod fra væggen, som jeg tegnede herover. Dette er en god måde at genkende disse N3 kraft-par på. Da det ikke altid er indlysende, hvilken kraft, der hører til i et N3 kraft-par. For at vise dig, at det kan blive svært, så er her et eksempel. Vi har jorden og et bord. Dette eksempel irriterer folk, af en eller anden grund. Jeg sætter en kasse på bordet, som vi kalder kasse A. Der er nogle kræfter, der virker på den. Den ene kraft er gravitationskraften. Gravitationskraften vil trække nedad på kasse A. Hvilken kraft indgår sammen med gravitationskraften i et N3 kraft-par? Jeg tør vædde på, at mange vil sige, at det er den opad kraft, som bordet udøver på kasse A. Og det er rigtigt, hvis kasse A blot står uden at accelerere, så vil disse to kræfter være lige store og modsatrettet. Det er så endnu mere fristende at sige at disse to kræfter er lige store og modsatrettet på grund af Newtons 3. lov men det er ikke sandt. De to kræfter er lige store og modsatrettet på grund af den 2. lov. Den 2. lov siger, hvis der ingen acceleration er, så er nettokraften nul, så skal kræfterne udligne hinanden. Det er hvad der sker her. Kræfterne er lige store og modsatrettet, så de udlignes på kasse A. Hvilket betyder, de IKKE er et N3 kraft-par, da de i såfald skal virke på forskellige objekter. Et N3 kraft-par kan aldrig udligne hinanden. Hvad sker der så her? Vi har to kræfter, der udligner hinanden. De er lige store og modsatrettet, med de er ikke et N3 kraft-par. De har hver deres partner et andet sted. Jeg har ikke tegnet deres partner endnu. Lad os finde deres partnere. Lad os fjerne denne og gå tilbage hertil. Lad os stille og roligt finde deres partnere. Vi skriver de to objekter, der interagerer. Denne kraft på kasse A bliver udøvet af? Jeg kan ikke sige gravitation, da gravitation ikke er et objekt. Det objekt, der udøver denne gravitationskraft på A, er Jorden. Denne gravitationskraft, hvis jeg skal være omhyggelig, er den kraft, som Jorden udøver på objekt A. Nu er det nemt at finde dens partner kraft. Partner kraften kan findes ved at bytte rundt på bogstaverne. I stedet for kraften på A fra Jorden, så er den lige store og modsatrettet kraft på Jorden fra kasse A. Modsattet betyder, den skal pege opad. Det må være en opadrettet kraft. Denne opadrettet kraft udøves på Jorden af kasse A. Det er måske lidt mærkeligt, da du måske ikke har tænkt over det før, men hvis Jorden trækker nedad på en kasse eller dig, så trækker du opad på Jorden. Det lyder måske lidt latterligt. Hvis du hopper op, så falder du ned igen, du flytter dig, men Jorden rører sig ikke. Hvis jeres kræfter er lige store, hvorfor bevæger Jorden sig ikke, ligesom du gør. Blot fordi kræfterne er lige store, så behøver accelerationen ikke at være det. Jordens masse er så stor sammenlignet med din masse, at den stort set ikke har nogen acceleration, selvom kræfterne på dig og Jorden er de samme. Disse to er altså et N3 kraft-par. Disse to hører sammen for evigt. De skal være lige store. Uanset hvad der sker, så vil de to kræfter altid være lige store. Jeg er ligeglad med om kassen accelererer eller ikke accelererer, om den bevæger sig eller ej, om den rammer væggen, står på bordet, falder gennem rummet. Disse to kræfter skal altid være lige store og modsatrettet på grund af 3. lov. Hvad med denne anden kraft, kraften som bordet udøver? Dette er den kraft bordet udøver på A. Hvis jeg skal mærke den korrekt, så skal jeg skrive kraft på kasse A fra bordet. Nu kan jeg nemt finde dens N3 partner kraft. Jeg bytter blot rundt på bogstaverne I stedet for en opadrettet kraft, så skal den være nedadrettet kraft på bordet fra A. Jeg har altså endnu en kraft på bordet. Den går nedad. En nedadgående kraft på bordet fra A. Det er N3 partner kraften til den opadrettet kraft som bordet udøver. Disse to kræfter er også et N3 kraft-par, og skal altid være lige store og modsatrettet uanset, hvad der sker. Denne kraft på kasse A fra bordet og denne kraft på bordet fra kasse A skal altid være lige store uanset, hvad der sker. Men kraften på kasse A fra bordet behøver ikke være lige stor og modsatrettet med kraften på A fra Jorden. Den er dog lige stor og modsatrettet, når der ingen acceleration er. Hvis vi anbragte dette i en elevator eller en raket, der har en kæmpe acceleration opad. Selv når der en acceleration opad, så skal disse kraft-par være lige store. Kraften på A fra bordet og kraften på bordet fra A skal være lige store. Ligeledes skal kraften på jorden fra A og kraften på A fra jorden være lige store. Men disse to kræfter behøver ikke længere, at være lige store, da de ikke er et N3 kraft-par. De er måske i nogle tilfælde lige store og modsatrettet, men de skal ikke være lige store og modsatte. Hvis vi accelererer opad, så skal kraften opad på kassen være større end kraften nedad på kassen. Disse vil ikke være lige store. Hurtigt her til sidst. Newtons 3. lov handler om kræfterne på to forskellige objekter. Fordi det er to forskellige objekter, så kan disse kræfter aldrig ophæve hinanden. Man finder en N3 partner kraft ved at bytte rundt på bogstaverne når de to objekter, der interagerer, er identificeret. De to N3 kræfter i et kraft-par skal være lige store, selv når det ene objekt er større end det andet eller har mere ladning eller en anden egenskab der måske kan virke mere kraftfyldt, end det andet objekt. Når to objekter interagerer, så skal de to kræfter være lige store og modsatrettet Kræfterne bliver dannet øjeblikkeligt. Vær forsigtig. Nogle kræfter ligner et N3 kraft-par ved at være lige store og modsatrettet. Derfor er de ikke nødvendigvis et N3 kraft-par. De er blot lige store og modsatrettet af andre grunde.