Newtons drittes Gesetz (oder Prinzip von Aktion und Reaktion) ist das letzte der drei Grundgesetze der Dynamik, die Sir entwickelt hat. Isaac Newton zusammen mit dem Trägheitsgesetz (1a) und dem Grundgesetz der Dynamik (2a). Diese Gesetze erklären einen großen Teil der Aspekte im Zusammenhang mit der Bewegung von Körpern.
Newtons drittes Gesetz besagt:
„Jeder Aktion steht immer eine gleichwertige Reaktion gegenüber, oder die gegenseitigen Aktionen zweier Körper untereinander sind immer auf die Gegenpartei gerichtet.“
Erklärung des Aktions- und Reaktionsgesetzes
Das heißt, wenn eine Kraft auf einen Körper a ausgeübt wird, reagiert der Körper a mit einer weiteren Reaktionskraft gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung.
Die ersten beiden Prinzipien Newtons (das Trägheitsgesetz und das Grundgesetz der Dynamik) beziehen sich auf einen einzelnen Körper. Andererseits bezieht sich das dritte Gesetz auf die Wechselwirkung zwischen zwei Körpern.
Wenn wir über das dritte Gesetz sprechen, drücken wir das F für Kraft im Allgemeinen mit zwei Indizes aus: Der erste soll den Körper angeben, der die Kraft ausübt, während der zweite Index den Körper bezeichnet, auf den die Kraft einwirkt.
Wenn wir zum Beispiel zwei Körper a und b haben, die Kräfte zwischen sich ausüben, stellt F ab die Kraft dar, die Körper „a“ auf Körper „b“ ausübt. Ebenso stellt F ba die Kraft dar, die der Körper „b“ auf „a“ ausübt: also die Kraft, die „b“ auf „a“ ausübt.
Das dritte Newtonsche Gesetz besagt, dass diese beiden Kräfte gleich und entgegengesetzt sind.
Kräfte treten paarweise auf, das heißt, es kann nicht eine einzige Kraft auf einen isolierten Körper wirken.
Dieses Gesetz gilt unabhängig davon, ob die Objekte ruhen, sich bewegen oder sich in einer gleichmäßigen geradlinigen Bewegung befinden.
Das Aktions-Reaktions-Gesetz gilt sowohl bei direktem Kontakt (z. B. wenn wir einen Tisch schieben) als auch bei Wechselwirkungen auf Distanz (z. B. der Schwerkraft zwischen zwei Körpern). Aktions- und Reaktionskräfte heben sich nicht gegenseitig auf, da sie auf unterschiedliche Objekte wirken.
Mit dem dritten Hauptsatz sind auch wichtige Konzepte wie der Impulserhaltungssatz verknüpft . Dieses Prinzip besagt, dass der Gesamtimpuls eines isolierten Systems in Abwesenheit äußerer Kräfte konstant bleibt. Wenn beispielsweise eine Rakete Gase nach unten ausstößt, wird das Schiff nach oben gedrückt, was für den Impulsausgleich sorgt.
Was ist das Aktions-Reaktionspaar?
Das Aktions-Reaktionspaar sind die beiden Kräfte, die zwischen zwei miteinander interagierenden Körpern ausgeübt werden.
Zwei Körper, die aufeinander eine Kraft ausüben, sind zwei Objekte, die miteinander interagieren. Das Newtonsche Aktions- und Reaktionsgesetz legt die Beziehung zwischen den beiden Kräften fest, die aus der Wechselwirkung zweier Körper resultieren. Aus diesem Grund werden die beiden Kräfte F ab und F ba manchmal als Aktions-Reaktionspaare bezeichnet. Eine der Kräfte heißt Aktion und die zweite heißt Reaktion.
Die Wahl, welche Kraft die Rolle der Aktion oder Reaktion spielt, ist eine willkürliche Entscheidung.
Beispiele für Newtons drittes Gesetz
Nachfolgend zeigen wir einige Beispiele des dritten Gesetzes :
- Ein ruhender Libor : Ein auf einem Tisch liegendes Buch übt aufgrund der Schwerkraft eine Kraft auf den Tisch aus. Gleichzeitig übt der Tisch eine Normalkraft gleicher Größe, aber entgegengesetzter Richtung aus, um diese Kraft zu kompensieren. Aufgrund dieser Reaktionskraft bleibt das Buch in Ruhe.
- Die Verbindung einer Lokomotive mit ihren Waggons : Eine Lokomotive übt eine Kraft in Fahrtrichtung auf den daran befestigten Waggon aus. Gleichzeitig übt das Auto eine Reaktionskraft in die entgegengesetzte Richtung aus, die der Bewegung entgegenwirkt.
- Gehen : Beim Gehen drücken Ihre Füße den Boden nach hinten und der Boden drückt Sie nach vorne.
- Schwimmen : Indem Sie das Wasser mit Ihren Händen zurückdrücken, treibt Sie das Wasser vorwärts.
- Abheben einer Rakete : Die nach unten ausgestoßenen Gase erzeugen eine Kraft, die die Rakete nach oben drückt.
- Rudern eines Bootes : Indem das Wasser mit den Rudern zurückgedrückt wird, bewegt sich das Boot vorwärts.
- Einen Ball schlagen : Wenn Sie einen Ball schlagen, üben Sie eine Kraft auf ihn aus und er übt eine entgegengesetzte Kraft auf Ihren Schläger oder Fuß aus.
- Auf den Boden springen : Deine Beine drücken den Boden nach unten und er drückt dich nach oben.
- Ein Auto gegen eine Wand prallen : Das Auto übt eine Kraft auf die Wand aus, und die Wand übt eine gleiche Kraft auf das Auto aus.
- Einen Tisch schieben : Wenn Sie ihn schieben, stößt Sie der Tisch zurück.
- Landung eines Flugzeugs : Die Räder des Flugzeugs üben eine nach unten gerichtete Kraft auf die Landebahn aus, während die Landebahn sie nach oben drückt.
- Einen Stein werfen : Wenn Sie einen Stein werfen, übt Ihre Hand eine Kraft nach vorne aus, während der Stein eine Kraft in die entgegengesetzte Richtung auf Ihre Hand ausübt.
Technologische Anwendungen des dritten Gesetzes
Das dritte Newtonsche Gesetz wird in vielen technologischen Anwendungen angewendet , insbesondere im Bereich Antrieb und Technik. Eines der bemerkenswertesten Beispiele ist der Raketenantrieb . Eine Rakete stößt Gase mit hoher Geschwindigkeit nach unten aus; Das ist die Aktion. Als Reaktion darauf wird die Rakete gemäß dem dritten Gesetz mit einer Kraft gleicher Größe, jedoch in die entgegengesetzte Richtung, nach oben gedrückt, sodass sie abheben und fliegen kann.
Dasselbe Prinzip gilt auch für den Strahlantrieb von Flugzeugen. Die Triebwerke stoßen Gase nach hinten aus, wodurch die Schubkraft erzeugt wird, die das Flugzeug vorwärts treibt. Ohne das Dritte Gesetz wäre die Bewegung dieser Flugzeuge oder anderer von Strahltriebwerken angetriebener Fahrzeuge nicht möglich.
Ein weiterer Bereich, in dem dieses Gesetz wichtige Anwendungen hat, ist die Kerntechnik . In Kernreaktoren wird durch die bei der Spaltung von Atomkernen freigesetzte Energie Wärme erzeugt, die wiederum Wasser in Dampf umwandelt. Dieser Dampf wird in eine Turbine ausgestoßen, die die zur Stromerzeugung erforderliche Reaktionskraft erzeugt.
Diese Anwendungen zeigen, wie grundlegend das dritte Gesetz für die Gestaltung und den Betrieb fortschrittlicher Technologien ist, die heute Mobilität und Energieerzeugung vorantreiben.