Newton ' tercera ley s y perforación de un vaso o una pluma

Question

De acuerdo a la tercera ley de Newton, acción de la fuerza es igual a la reacción de la fuerza en términos de la magnitud.

Cuando introduzco un vaso, el vaso golpes de mí de nuevo. Si yo ejercen una mayor fuerza sobre el cristal, se rompe.

Supongamos que un vidrio podría sostener la fuerza de 100N y que mis músculos pueden ejercer hasta 200N fuerza: si me fui a por todas, no podía punzón de vidrio con una fuerza de 200N debido a que el vidrio se rompiera, lo que significa que no es capaz de aplicar una fuerza de 200N en mí. Solicito F = 200N y la reacción sólo es f = 100N.

Ahora, supongamos que yo ponche de una pluma en un vacío, ¿puede usted explicar esto?: no importa si alguien está sosteniendo la pluma para usted para golpear o es gratis?

Answer 1

Usted será perforación de la pluma con una pequeña fuerza. Eso no significa que su brazo está actuando a la ligera. El brazo puede tener un gran impulso y la tensión interna debido a las fuerzas internas que hace punch duro, pero la fuerza real se define en la interacción con otro objeto, en este caso: la pluma, por lo que la fuerza que se aplica a la pluma es bastante pequeño en comparación con el máximo de la fuerza de su brazo iba a ser capaz de hacer.

Actualización: En un comentario de Jim dice:

A menos que la colisión es elástica, en cuyo caso la pluma que va a experimentar toda la fuerza y acelerar a una velocidad enorme

Esta es incorrecto (aunque depende de la definición de "enorme"). Aquí voy a mostrar que la "enorme" de velocidad que se puede obtener de la pluma es más de dos veces la del brazo. Si se calcula la velocidad final para una colisión elástica (que se los dejo como tarea para casa), se obtiene:

$$v_{feather}=\frac{2v_{arm}}{1+\mu}$$

donde $\mu=\frac{m_{feather}}{m_{arm}}$

Por lo tanto, en el límite de un insignificante de la pluma de la misa, y en una colisión elástica, la velocidad de la pluma será como máximo el doble que la del brazo. La velocidad será aún menos si el choque no es elástica.

ACTUALIZACIÓN: Para aquellos que tienen dificultades para obtener la ecuación.

A partir de la conservación del momento: $m_{arm}v_{arm.ini}=m_{arm}v_{arm.final}+m_{feather}v_{feather}$

De conservación de la energía: $.5m_{arm}v_{arm.ini}^2=.5m_{arm}v_{arm.final}^2+.5m_{feather}v_{feather}^2$

si usted elimina $v_{arm.final}$ consigue $$v_{feather.initial}=\frac{2v_{arm}}{1+\mu}$$

Answer 2

Supongamos que un vidrio podría sostener la fuerza de 100N y que mis músculos pueden ejercer a fuerza de 200N: si me fui a por todas, no podía punzón de vidrio con un 200N fuerza debido a que el vidrio se rompiera, lo que significa que no es capaz de aplicar una fuerza de 200N en mí. Solicito F = 200N y la reacción es sólo f = 100N.

El cristal de la mesa en la imagen puede soportar un peso de 10 Kg: una fuerza de 100 N. Si ponemos un libro (m = 2 Kg) va a ejercer una fuerza de 20N en el cristal, el vidrio va a resistir la presión, que se comprime el celosías y generar calor.

Si ponemos en el vaso de una olla (=masa de 20 Kg), que ejercería una fuerza de 200 N, pero cuando la fuerza se obtiene a 101N, el vidrio no soporte la presión y se va a romper. Si queremos darle un golpe con 200N, no puede dar una igualdad de "reacción". Si llamamos 'acción' el golpe, la 'reacción' de la copa no puede exceder de 100N. Se va a romper y el bote se caen al suelo. Este es un hecho muy duro todos verifica en la vida cotidiana.

¿Esto viola la ley de conservación del impulso de la red? No, no es violar las 3 de la ley? No, porque aquí, incluso si queremos considerar una fuerza de fricción estática, que está haciendo negativos, como el arrastre de aire: hay dos fuerzas que actúan sobre un mismo cuerpo. Lo que realmente sucede aquí es que el vaso no está realmente empujando el libro hacia arriba, es sólo ofreciendo un apoyo, absorbiendo la energía de la presión y transformarla en calor.

Ahora, supongamos que yo ponche de una pluma en un vacío, ¿puede usted explicar esto?: ¿ importa si alguien está sosteniendo la pluma para usted para golpear o es gratis?

Un boxeador profesional, puede alcanzar una velocidad de 14 m/s con su punzón, con sus pies en el suelo, se puede columpios de añadir a su puño el peso de su tronco.

George st. Pierre puede golpear con una fuerza de 2950 libras de su peso es de 170 libras. En un áspero extimate, si él pone 60 libras en su puño: $a \approx$ 40 m/s^2, si su brazo strecth por 60 cm, (+ 15 cm de swing), $t \approx 0.25$ y final $v \approx$ 10 m/s. Un pro perforación de bolsa tiene generalmente el mismo peso del boxeador, por lo que, si la bolsa se obtiene el mismo $a$$v$, de absorber toda la fuerza que se ejerce sobre ella.

^{[Si la pesada bolsa eran sólidas y libres de moverse en una inelástica de la colisión, su velocidad sería de $\approx$ 2.5 m/s, la energía que se pierde $\approx$ 75% = 1100 J, pero la bolsa está hecha de materiales amortiguadores (arena o finamente triturado de madera recortes), y casi toda la energía cinética se transforma en calor y menores oscilaciones}

Mi maestro me dio un problema..." *¿por Qué usted no puede lanzar una pelota de ping-pong tan duro como usted lanza un pelota de golf? "Su respuesta es que no se puede aplicar la fuerza como gran a medida que se aplica en la pelota de golf. Es este problema .. correcto?... ¿qué pasaría en un de vacío de la cámara de

Evitar el arrastre de aire no va a ayudar a encontrar una solución, ya que no es la causa: cuando la pluma (m = 0.001 Kg) es golpear a una velocidad de 10 m/s (o es acelerado por un empuje a esa velocidad), va a ganar la misma velocidad (impulso será 0.001*10 = 0.01 Kgm/s), y el nominal de la fuerza ejercida (si hubiera sido empujado), será $F = a*m$ = 40*0.001 = 0.04 N. Si fuera elástica, su velocidad sería algo mayor, dependiendo de su CR hasta un límite de 20 m/s.

La fuerza absorbida ¿ no dependen del tiempo de interacción, pero en velocidad/impulso, si se considera el impacto (punch) una colisión, o en la aceleración, el producto m*si usted se considera un empuje. En conclusión: la fuerza de la pluma que se absorben a partir de un tremendo puñetazo por George st. Pierre es de 0,04 N, una pelota de ping-pong (de la misma masa) puede absorber hasta 0.08 N. [Una pelota de golf] (http://en.wikipedia.org/wiki/Golf_ball) (m = 0.046 Kg) absorbería 3.68 N porque es el Coeficiente de Restitución (CR) es casi del 90%. (en el clip a continuación puedes ver la maravilla de un rebote de la pelota de golf):

Nota:

Uno podría pensar que la tercera ley se aplica sólo en caso de que ignora la ley de conservación del momento: la tercera ley sólo se aplica cuando un empuje que hace que el cambio de impulso, es decir, cuando la distancia entre los dos cuerpos aumenta.

Nada de eso sucede aquí: Si el libro se encuentra en el vidrio sin trabajo mecánico hecho, no hay ningún cambio de momentum, el vidrio absorbe hasta 100N, y en este caso absorbe el 20N. Si el vidrio (o de fuerza) realmente lo empujó hasta entonces arriba-dijo que se aplicaría el derecho y el comando que si el libro tiene v = 3 y p = +6 Kgm/s, entonces el vidrio (mesa ) deben moverse con v = -6/20 = -0.3 m/s, debido a su impulso p debe ser -6 Kgm/seg.

Usted puede encontrar un análisis más detallado, y los antecedentes históricos de la tercera ley del movimiento de aquí

Answer 3

La pregunta tal y como está no es muy clara. Lo que usted describe como "una fuerza de 200N" es lo que se puede medir si su puño golpeó una fuerza de la sonda. Lo que es de hecho físico es el impulso de su puño. Si usted impartió algunas impulso de su puño y poner en marcha en un curso de colisión con la pluma, luego las leyes de Newton podría predecir que su mano iba a mantenerse en movimiento casi sin obstáculos para siempre hasta que se encontró con una fuerza. La fuerza que su mano luego de los encuentros es una fuerza de tracción debido a que está conectado a su brazo, que no hay nada más.

Answer 4

He leído que Wolphram Jonny ya ha hecho exactamente el mismo punto que yo quería hacer. Voy a tratar y presentar la idea en un fácil de entender, de manera.

Usted dice que su brazo se puede golpear con fuerza de 200N. OK, así que si usted puñetazo en el espacio vacío, donde está toda esta energía? Bien puede ser sorprendente, pero la fuerza de su brazo ejercida es absorbida por su propio brazo cuando el punzón llega a su fin. Es el choque/idiota que se siente cuando el punzón se detiene en el aire vacío. Se siente la sensación de impacto en el área del hombro cuando el punzón termina en el espacio vacío. Por lo que en ausencia de cualquier cuerpo extraño, usted está en el hecho de perforación a ti mismo en el hombro. Puede sonar gracioso, pero esa es la verdad. Mantener puñetazos en el aire vacío lleno de fuerza y poco a poco su hombro comenzará a lastimar. Esto es debido a la absorción de la fuerza de todos sus aparentemente "vacío" de los puñetazos.

Esto es exactamente lo que sucede cuando usted perfora una pluma (o casi nada menor en la masa de su brazo y teniendo poca elasticidad). Muy poco de su punzón de la fuerza se transfiere a la pluma y la mayoría de quedar absorbida por el hombro (su metacarpianos transferir el choque con el radio y el cúbito que la transferencia a la escápula). Como regla general, los más pesados (por ejemplo, el punzón) no pueden transmitir su ímpetu completo para encendedor de órganos (por ejemplo, la pluma) si el encendedor cuerpos no son lo suficientemente elástica para absorber toda la energía entrante. Quiero decir, si se reemplaza la pluma con un muy ligero, pero fuerte de la primavera, se podría transmitir todo el punzón de la energía de la primavera, porque tiene la capacidad para absorber su pleno vigor gradualmente por flexión. La pluma no puede hacer eso.

El mismo principio se aplica cuando haces un vaso con 200N. Su punzón en la mano, recibirá un choque de 100N (que es la transferencia de fuerza para el vidrio, lo que resulta en la ruptura de los vidrios), mientras que el resto de 100N será absorbido de nuevo por su hombro.

Para entender el principio subyacente de perforar la absorción de fuerzas por su hombro, intente pegarle a una arena-bolsa de 10 veces y luego un golpe en el vacío de aire 10 veces. Cada vez, siento que parte de su brazo absorbe el choque. Para la bolsa de arena, sería su mano/punch que llega a obtener el choque, mientras que para el aire vacío, va a sentir una sacudida en el hombro. Si mantiene la perforación de la bolsa de arena, sus hombros se cansa, mientras que si mantiene puñetazos en el aire vacío lleno de fuerza, de sus hombros, puede sufrir una lesión interna, porque son perforar su propio hombro. Interesante, ¿no?

Answer 5

según lo que he recibido acerca de la ley (tal vez mal o a la derecha): la ruptura de la cristal es la reacción del vidrio a la fuerza excesiva que ha ejercido en él. y llene tanto como el vidrio puede reaccionar cuando no está roto y está en contacto con la mano.