تألیف: حمید وثیق زاده انصاری
منبع: راسخون
منبع: راسخون
هر عملی، عکس العملی دارد، هم اندازه با آن و در خلاف جهت آن. قانون سوم نیوتون را میتوان به راحتی در مورد اجسام ثابت به کار برد. ولی در مورد اجسام متحرک چه؟ آیا در مورد آنها نیز میتوان این قانون را به آسانی توضیح داد.
هیچ کدام از سه قانون معروف نیوتون در رابطه با دینامیک، به اندازهی قانون سوم، که به قانون عمل و عکس العمل معروف است، گیج کننده نیستند. همه آن را بلدند، و حتی برخی میدانند که چگونه آن را در موقعیتهای گوناگون به کار بگیرند. با این حال تعداد کمی هستند که آن را کاملاً درک کردهاند. شاید شما خوش شانس باشید و معنی آن را در وهلهی اول درک کنید، ولی درک این موضوع مدتهای زیادی برخی از ما را گیج کرده بود تا اینکه وارد مرکز مواد شدیم.
اکثر افرادی که در مورد این قانون با ما صحبت میکنند، به درستی آن اعتراف دارند، با این حال کمی دو دلی در صحبتهایشان معلوم است. آنها به درستی درک خود را از این قانون در مورد اجسام ثابت بیان میکنند ولی نمیتوانند در مورد اجسام متحرک نیز توضیح دهند. با توجه به این قانون هر عملی را عکس العملی است، برابر با آن و در خلاف جهت آن. به این معنی که وقتی اسبی یک گاری را میکشد، گاری نیز نیرویی برابر و در خلاف جهت حرکت اسب به او وارد میکند. با این حساب گاری باید در جایی که قرار گرفته است ثابت باقی بماند! نه؟ با این وجود حرکت میکند. چرا این نیروها هم دیگر را خنثی نمیکنند؟ مگر آنها با هم برابر نیستند؟
این استدلال معمولاً در رابطه با این قانون مطرح میشود. آیا این موضوع به این معنی است که این قانون اشتباه است؟ البته که نه. و دلیلش این است که ما قانون سوم را به درستی درک نکردهایم. نیروها هم دیگر را خنثی نمیکنند، چرا که نیروها به دو جسم متفاوت وارد میشوند، نه یک جسم. اسب نیرویی به گاری وارد میکند و گاری نیرویی به اسب. نیروها قطعاً با هم برابرند، ولی اثر یک سانی در اجسام مختلف ایجاد نمیکنند. آیا نیروهای یک سان، شتاب یک سانی به تمام اجسام وارد میکنند؟ آیا واکنش هر نیرو در هر جسمی، به خود آن جسم بستگی ندارد؟ و در مقدار واکنشی که آن جسم به آن نیرو وارد میکند؟ هنگامی که به این موضوع فکر میکنید، بلا فاصله متوجه خواهید شد که چرا با وجود این که گاری نیرویی برابر با نیروی اسب به او وارد میکند، هم چنان اسب میتواند گاری را تکان دهد. نیروی عمل در اسب و گاری در هر لحظه یک سان هستند، ولی از آن جایی که گاری آزادانه بر روی چرخها حرکت میکند، با اینکه نیرویی در خلاف جهت نیروی اسب به او وارد میکند، با این حال جهت حرکت و نیروی چرخها در جهت حرکت و نیروی اسب میباشد. با این حال دیگر هر کسی باید خود درک کند که اگر گاری عکس العملی در مقابل حرکت اسب نشان ندهد، اسب میتواند به راحتی و با کوچکترین حرکتی گاری را به حرکت وا دارد. ما به اسب نیاز داریم تا بر نیروی عکس العمل گاری، غلبه کنیم.
شاید اگر تعریف را طور دیگری بیان کنیم قابل درکتر باشد، به جای گفتن جمله "عمل برابر است با عکس العمل" از جمله دیگری استفاده کنیم، به این صورت که "نیروی جسمی که عکس العمل نشان میدهد برابر است با نیروی جسمی که عمل میکند." همچنین نیروها را باید از لحاظ بزرگی در نظر بگیریم، به بیان دیگر نیروهای عمل و عکس العمل را باید فقط بین دو جسمی که نیرو بینشان رد و بدل میشود در نظر بگیریم، نه نیروها و اجسام دیگر. با این اوصاف در مثال اسب و گاری، نیرویی که اسب به گاری وارد میکند برابر با نیرویی است که گاری به اسب وارد میکند، و آن چیزی که باعث حرکت گاری میشود، نیرویی است که اسب به نیروی بین چرخها و زمین غلبه میکند.
در فوریهی سال ١٩٣٤، کشتی چل یوسکین متعلق به روسیه، در قطب شمال غرق شد. قانون سوم نیوتون به آسانی توضیح میدهد که چرا این اتفاق افتاد. وقتی یخ به بدنهی چل یوسکین فشار آورد، کشتی نیز نیرویی برابر را به آن وارد کرد. فاجعه دقیقاً اینجا رخ داد. یخ ضخیم در برابر نیروی کشتی دوام آورد، ولی کشتی که تو خالی بود در برابر نیروی یخ نتوانست دوام بیاورد، یعنی حتی اگر بدنهی کشتی از فولاد بود نیز میشکست.
قانون عکس العمل را هرکسی میتواند در مورد پدیدهی سقوط درک کند. یک سیب به دلیل اینکه توسط نیروی گرانش زمین جذب میشود، سقوط میکند. با این حال سیب دقیقاً با نیروی برابر با نیروی گرانش، زمین را به طرف خود جذب میکند. سیب و زمین به سمت هم دیگر کشیده میشوند، اما سرعت کشیده شدن آنها به سمت یک دیگر متفاوت است. نیروی برابر جذب متقابل، شتابی برابر با ۱۰ متر بر مجذور ثانیه به سیب میدهد در حالی که این نیرو شتابی خیلی کوچک به زمین میدهد، چون جرم زمین به نسبت جرم سیب بسیار زیاد است. طبیعتاً جرم زمین خیلی بیشتر از جرم سیب است. جای تعجب نیست که زمین حرکتی بی نهایت کوچک داشته باشد و حتی در اهداف عملی اصلاً در نظر گرفته نشود. حالا شما متوجه میشوید که چرا ما به جای گفتن این جمله که بگوییم "زمین و سیب به سمت هم دیگر حرکت میکنند"، میگوییم "سیب به سمت زمین سقوط میکند".
هیچ کدام از سه قانون معروف نیوتون در رابطه با دینامیک، به اندازهی قانون سوم، که به قانون عمل و عکس العمل معروف است، گیج کننده نیستند. همه آن را بلدند، و حتی برخی میدانند که چگونه آن را در موقعیتهای گوناگون به کار بگیرند. با این حال تعداد کمی هستند که آن را کاملاً درک کردهاند. شاید شما خوش شانس باشید و معنی آن را در وهلهی اول درک کنید، ولی درک این موضوع مدتهای زیادی برخی از ما را گیج کرده بود تا اینکه وارد مرکز مواد شدیم.
این استدلال معمولاً در رابطه با این قانون مطرح میشود. آیا این موضوع به این معنی است که این قانون اشتباه است؟ البته که نه. و دلیلش این است که ما قانون سوم را به درستی درک نکردهایم. نیروها هم دیگر را خنثی نمیکنند، چرا که نیروها به دو جسم متفاوت وارد میشوند، نه یک جسم. اسب نیرویی به گاری وارد میکند و گاری نیرویی به اسب. نیروها قطعاً با هم برابرند، ولی اثر یک سانی در اجسام مختلف ایجاد نمیکنند. آیا نیروهای یک سان، شتاب یک سانی به تمام اجسام وارد میکنند؟ آیا واکنش هر نیرو در هر جسمی، به خود آن جسم بستگی ندارد؟ و در مقدار واکنشی که آن جسم به آن نیرو وارد میکند؟ هنگامی که به این موضوع فکر میکنید، بلا فاصله متوجه خواهید شد که چرا با وجود این که گاری نیرویی برابر با نیروی اسب به او وارد میکند، هم چنان اسب میتواند گاری را تکان دهد. نیروی عمل در اسب و گاری در هر لحظه یک سان هستند، ولی از آن جایی که گاری آزادانه بر روی چرخها حرکت میکند، با اینکه نیرویی در خلاف جهت نیروی اسب به او وارد میکند، با این حال جهت حرکت و نیروی چرخها در جهت حرکت و نیروی اسب میباشد. با این حال دیگر هر کسی باید خود درک کند که اگر گاری عکس العملی در مقابل حرکت اسب نشان ندهد، اسب میتواند به راحتی و با کوچکترین حرکتی گاری را به حرکت وا دارد. ما به اسب نیاز داریم تا بر نیروی عکس العمل گاری، غلبه کنیم.
شاید اگر تعریف را طور دیگری بیان کنیم قابل درکتر باشد، به جای گفتن جمله "عمل برابر است با عکس العمل" از جمله دیگری استفاده کنیم، به این صورت که "نیروی جسمی که عکس العمل نشان میدهد برابر است با نیروی جسمی که عمل میکند." همچنین نیروها را باید از لحاظ بزرگی در نظر بگیریم، به بیان دیگر نیروهای عمل و عکس العمل را باید فقط بین دو جسمی که نیرو بینشان رد و بدل میشود در نظر بگیریم، نه نیروها و اجسام دیگر. با این اوصاف در مثال اسب و گاری، نیرویی که اسب به گاری وارد میکند برابر با نیرویی است که گاری به اسب وارد میکند، و آن چیزی که باعث حرکت گاری میشود، نیرویی است که اسب به نیروی بین چرخها و زمین غلبه میکند.
در فوریهی سال ١٩٣٤، کشتی چل یوسکین متعلق به روسیه، در قطب شمال غرق شد. قانون سوم نیوتون به آسانی توضیح میدهد که چرا این اتفاق افتاد. وقتی یخ به بدنهی چل یوسکین فشار آورد، کشتی نیز نیرویی برابر را به آن وارد کرد. فاجعه دقیقاً اینجا رخ داد. یخ ضخیم در برابر نیروی کشتی دوام آورد، ولی کشتی که تو خالی بود در برابر نیروی یخ نتوانست دوام بیاورد، یعنی حتی اگر بدنهی کشتی از فولاد بود نیز میشکست.
قانون عکس العمل را هرکسی میتواند در مورد پدیدهی سقوط درک کند. یک سیب به دلیل اینکه توسط نیروی گرانش زمین جذب میشود، سقوط میکند. با این حال سیب دقیقاً با نیروی برابر با نیروی گرانش، زمین را به طرف خود جذب میکند. سیب و زمین به سمت هم دیگر کشیده میشوند، اما سرعت کشیده شدن آنها به سمت یک دیگر متفاوت است. نیروی برابر جذب متقابل، شتابی برابر با ۱۰ متر بر مجذور ثانیه به سیب میدهد در حالی که این نیرو شتابی خیلی کوچک به زمین میدهد، چون جرم زمین به نسبت جرم سیب بسیار زیاد است. طبیعتاً جرم زمین خیلی بیشتر از جرم سیب است. جای تعجب نیست که زمین حرکتی بی نهایت کوچک داشته باشد و حتی در اهداف عملی اصلاً در نظر گرفته نشود. حالا شما متوجه میشوید که چرا ما به جای گفتن این جمله که بگوییم "زمین و سیب به سمت هم دیگر حرکت میکنند"، میگوییم "سیب به سمت زمین سقوط میکند".
/ج
