4 Newtons lagar: 4.5 Newtons tredje lag
4.5 Newtons tredje lag
4.5 Newtons tredje lag
Newtons tredje lag
Newtons tredje lag talar om för oss att krafter alltid uppträder parvis. När du simmar, knuffar du vatten bakåt, och vattnet knuffar dig framåt. En fågel som flyger, skjuter luft bakåt samtidigt som luften skjuter fågeln framåt. I den tomma världsrymden finns det inget att knuffa på. För att accelerera där måste vi kasta något bakåt. Raketmotorn kastar gas bakåt och skjuts framåt.
När två föremål verkar på varandra med krafter, är krafterna lika stora och motsatt riktade. Krafterna verkar längs samma räta linje.
De två krafterna är motkrafter till varandra. Om vi kallar den ena kraften \( F \), så kan vi kalla den andra kraften \( F^* \). Newtons tredje lag kan då skrivas \[ F^* = F \] där \(F^*\) och \( F \) har motsatt riktning.

Newtons tredje lag är lätt att citera, men missförstås ofta. Det vanligaste misstaget är att tredje lagen sammanblandas med första lagen. Men kom ihåg att Newtons tredje lag handlar om två krafter som verkar på två olika föremål. Newtons första och andra lag handlar om krafter som verkar på ett enda föremål. Nu ska vi ta några exempel som kan hjälpa dig att förstå Newtons tredje lag.
Tänk dig att du är ute på en cykeltur. Du cyklar med jämn hastighet och njuter av det fina vädret. Vad är det som får cykeln att gå framåt? Ett vanligt svar skulle kunna vara att cykeln går framåt därför att du trycker till på pedalerna, men riktigt så enkelt är det är inte. Det som händer när du trampar på pedalerna är att bakhjulet börjar snurra, men vad har du för nytta av det om du är ute på blankis eller står i gyttjig lera. Då kommer hjulet bara att spinna och du kommer ingenstans. En cykel rör sig framåt beroende på att det finns en friktionskraft mellan underlaget och däcken. Friktionskraften är den reaktionskraft på cykeln som Newton beskriver i sin tredje lag.
Föreställ dig att du är en rymdfarare på "promenad" i rymden. Du svävar utanför rymdfärjan och ser jorden under dig. Du är fäst vid rymdfärjan med en lina. Men plötsligt lossnar linan! Vad kan du göra?

Lösning: Du kan i varje fall inte "simma", för det finns ingenting att knuffa på. Du måste kasta något ifrån dig. Lyckligtvis har du en skiftnyckel. Om du kastar den i riktning bort från rymdfärjan, så kommer skiftnyckeln att ge dig en knuff rakt mot rymdfärjan, enligt Newtons tredje lag. Se figur 4.28. Du, skiftnyckeln och rymdfärjan faller fritt och rör sig därför rät linjigt i förhållande till varandra.
Vi gör det mera konkret. Med rymddräkt har du massan \( M = 100 \text{ kg}\) , och du är \( 30 \text{ m}\) från rymdfärjan. Skiftnyckeln har massan \( m = 0{,}50 \text{ kg}\), och du kan kasta skiftnyckeln med kraften \( 10 \text{ N}\) i \(0{,}30\) sekunder. Vi väljer positiv riktning mot rymdfärjan. För dig gäller Newtons andra lag \( F = Ma \), som ger: \[ a = \frac{F}{M} = \frac{10}{100} \text{ m/s\(^2\)} = 0{,}10 \text{ m/s\(^2\)} \]
Kraften verkar under tiden \( t = 0{,}30 \text{ s}\). Du får hastigheten \[ v = at = 0{,}10 \cdot 0{,}30 \text{ m/s} = 0{,}03 \text{ m/s\(^2\)} \]
Hur lång tid tar det att komma fram till rymdfärjan med denna hastighet? Du svävar rakt mot rymdfärjan och det tar \[ t = \frac{s}{v} = \frac{30}{0{,}03} \text{ s} = 1 \ 000 \text{ s} \approx 17 \text{ minuter} \]
Det kan gå bra! Låt oss hoppas att du kastade nyckeln i exakt rätt riktning, så du inte satte snurr på dig själv!
Vad skulle ni göra om ni var två rymdfarare där ute som glömde linan och inte hade något att kasta?