يك مسئله يك نگاه
يكي از مسائل قديمي كه در مورد قانون سوم نيوتن مطرح مي شود مثال اسب و درشكه است. اسبي شروع به كشيدن يك درشكه ميكند، درنتيجه ، اسب و درشكه با شتاب معيني شروع به حركت ميكنند. به موجب قانون سوم نيوتن، درشكه با نيروئي اسب را به عقب ميكشد كه برابر است با نيروئي كه اسب بر درشكه وارد ميآورد. اين دونيرو با هم برابرند و تنها جهتشان با هم مخالف است. پس چرا هم اسب و هم درشكه، با شتاب به طرف جلو حركت ميكنند؟
شاگرد : من قبلاً راجع به اين موضوع فكر نكردهام، ولي تناقضي هم در آن نميبينم. اگرنيروئي كه اسب بردرشكه وارد ميآورد با نيروئي كه درشكه براسب وارد ميآورد خنثي ميشد، توضيح شتاب خيلي دشوار ميشد . ولي اين دو نيرو نميتوانند يكديگر را خنثي كنند، چون بر دو جسم مختلف وارد ميشوند: يكي بر اسب و ديگري بر درشكه.
معلم : توضيح شما به زماني مربوط ميشود كه درشكه را به اسب نبسته باشيم. در اين صورت اسب فقط ميتواند درشكه را هل بدهد و در نتيجه، اسب به سوئي و درشكه به سوي ديگر حركت كند. ولي حالتي كه من ارائه كردم، كاملاً متفاوت است . اسب به درشكه بسته شده است. اين دو به يكديگر چسبيدهاند و به عنوان يك سيستم واحد حركت مي كنند. بنابراين نيرو هاي متقابلي كه شما ذكر كرديد به اجزاي مختلف يك سيستم وارد مي شود. در حركت سيستم به عنوان يك كل واحد , اين نيروها ، نيروهاي داخلي به حساب ميآيند و يكديگر را خنثي ميكنند . بنابر اين شما هنوز به سؤال من پاسخ ندادهايد .
شاگرد : خوب، پس در اين صورت نميدانم. شايد در اينجا نيروي عمل، كاملاً به وسيله نيروي عكسالعمل خنثي نميشود. علاوه بر اين ، اسب يك موجود زنده است.
معلم : خيالپردازي نكنيد، چرا همينكه با كمي اشكال مواجه شديد، ميخواهيد از قوانين اصولي مكانيك چشمپوشي كنيد. براي پاسخ دادن به پرسش من ، نيازي به تجديد نظر در قانون سوم نيوتن نيست. بلكه برعكس، اين قانون را ميتوان به عنوان پايهاي براي بحث انتخاب كرد.
براساس قانون سوم نيوتن، تأثير متقابل اسب و درشكه نميتواند منجر به حركت سيستم به عنوان يك كل واحد شود. يا به عبارت دقيقتر، نميتواند به كل سيستم شتاب بدهد. بنابراين، بايستي به دنبال تأثيرات كمكي ديگري بگرديم، يعني دست كم يك يا دو جسم را مشخص كنيم كه بر اسب و درشكه اثر ميگذارند. در اين مساله، زمين جسم مورد نظر است. در نتيجه بجاي يك تأثير ما با سه اثر مختلف سروكارداريم.
1 – تأثير اسب و درشكه بر يكديگر f o
2 – تأثير اسب و زمين بريكديگر ، يا نيرويF ، كه اسب را در مقابل فشار زمين بجلو ميراند.
3- تأثير درشكه و زمين ، يعني f، كه همان نيروي اصطكاك ميان زمين و درشكه است . اين سه جسم را در شكل نشان دادهايم.
در اين شكل اسب ، درشكه و زمين را ميبينيد كه بر هر كدام دو نيرو وارد ميشود، كه نتيجه تأثير متقابل هر جسم با دو جسم ديگر است. شتاب حركت سيستم اسب و درشكه، حاصل عمل برآيند همه نيروهاي وارد بر آن است. بر اين سيستم جمعاً چهار نيرو واردميشود, كه برآيند آنها (F - f ) باعث شتاب حركت سيستم ميشود. بنابر اين شتاب حركت به تأثير متقابل اسب و درشكه بريكديگر مربوط نيست.
شاگرد : بنابراين ، زمين فقط محل روي دادن حركت نيست، بلكه عنصر فعالي است كه در حركت، سهم دارد.
معلم : بلي .بايد اضافه كنم كه ، اگر درشكه و اسب را روي يك سطح يخ بسته قرار دهيم و بدينوسيله تأثير متقابل سيستم و زمينرا در راستاي افقي از ميان ببريم ، حركت اتفاق نميافتد.
بايد تأكيد گردد كه هيچ تأثيرداخلي، ميان اجزاي يك سيستم ، نميتواند به سيستم شتاب بدهد. اينكار تنها از نيروهاي خارجي ساخته است. شما نميتوانيد خود را به كمك موهاي سرتان يا بند كفشتان بلند كنيد. اين استنتاج عملي مهم از قانون سوم نيوتن است.
ليلا قهرماني
منع: نگاهي به فيزيك – ل . آ – تاراسو ترجمه علي معصومي
