Текст выступления:

Ньютонның үшінші заңы
1. Ньютонның үшінші заңы: Кіріспе және негізгі тақырыптар

Физика әлеміндегі ең маңызды және негізгі қағидалардың бірі ретінде танылған Ньютонның үшінші заңы – әр әрекетке байланысты пайда болатын қарсы әрекеттің тепе-теңдігі туралы терең түсінік береді. Бұл заң бүкіл әлемдегі денелер арасындағы өзара әрекеттің негізін құрайды. Қарапайым сөзбен айтқанда, бұл заң «әрекет пен қарсы әрекет» туралы айтады – яғни бір зат басқасына күшпен әсер еткенде, оған тең және қарама-қарсы бағытталған күшпен жауап қайтарады. Бұл қағида табиғаттағы тепе-теңдікті сақтап, жалпы қозғалыстың негізін бойлайтын өзіндік «реттеуші» қызметін атқарады.

2. Физикалық күштер және олардың мәні

Күштер – бұл материяның қозғалысын, формасын немесе күйін өзгертуге қабілетті өлшенетін шамалар. Олар тартылыс, үйкеліс, серпімділік және басқа да түрлерінде көрінеді. Мысалы, гравитациялық күш арқылы Жердің қашықтықтағы аспан денелерін өзіне тартып тұруы немесе екі дененің беттері арасында қозғалысқа кедергі болатын үйкеліс күші күнделікті өмірімізде жиі кездесетін құбылыс. Техникалық құрылғылар жұмыс істеу үшін де, аталған күштердің әсерін дұрыс түсіну және пайдалану аса маңызды.

3. Исаак Ньютонның өмірі мен еңбектері

Исаак Ньютон 1642 жылы туылып, 1727 жылы қайтыс болды. Ол классикалық механиканың негізін қалаушы, «Принципия» атты еңбегінде қозғалыс заңдарын тұжырымдады. Ньютонның жұмыстары физика мен математикаға төңкеріс жасады және сол арқылы ғылымның дамуына зор үлес қосты. Оның үшінші заңы денелер арасындағы әрекет пен қарсы әрекеттің тепе-теңдігін постулат ретінде жариялады, бұл заң кейінірек ғарыштық және күнделікті құбылыстарды түсіндіруде маңызды құрал болды.

4. Ньютонның үшінші заңының ресми анықтамасы

Ньютонның үшінші заңы былай дейді: бір дене екінші денеге күшпен әсер еткенде, екінші дене бірінші денеге дәл сол күштің тең, бірақ қарама-қарсы бағытталған күшін қайтарады. Бұл күштер өзі ғана емес, әрқашан жұппен пайда болады және әртүрлі заттарға бағытталады. Мысалы, адам қабырғаға итерген кезде қабырға адамның қолына қарсы бағытталған және оның күшімен тең әсер көрсетеді. Осы арқылы бұл заң денелер арасындағы өзара іс-қимылды толық сипаттап, физикадағы теңгерім принципінің негізін құрайды.

5. Күнделікті өмірдегі мысал: Жаға итеру

Күнделікті өмірде Ньютонның үшінші заңының нақты мысалын көру қарапайым. Мысалы, екі адам жиегіне қарсы тұрып, біреуі екіншісін итергенде, итерілген адам да кері бағытта сол күшті сезеді. Бұл күштер әрдайым тең және қарама-қарсы бағытта болып, екі адамның өзара әрекетін туындатады және қозғалысқа себеп болады. Осы қарапайым процесстен бастап күрделі техникадағы қозғалыс заңдарына дейінгі тұжырымға жетеміз.

6. Ракетаның қозғалысында үшінші заңның көріністері

Ракеталардың қозғалысы да Ньютонның үшінші заңының нақты практикасы болып табылады. Мысалы, ракетаның қозғалтқышынан жанған газдар жоғары бағытта сыртқа шашыраған кезде, ракетаның денесі дәл сол газдарға қарсы бағытта жоғары қарай итеріледі. Бұл қарсы күштің арқасында ғарышқа ұшатын техника жұмыс істейді. Сонымен қатар, зымыранның қозғалысы кезінде жанармайдың жоғалуы мен сыртқа шығарылатын күштің теңдігіне негізделген оқиғалар зерттеледі, бұл Ньютон заңдарының қазіргі технологияға әсерін көрсетеді.

7. Күштердің жұптық қасиеті мен әрекеттесу принципі

Физикадағы теңгерімді сақтау мақсатында барлық күштер жүріп жатқан әр уақытта жұппен көрініс табады. Яғни, кез келген күшге қарсы оның қарсыластық күші міндетті түрде тең көлемде және қарама-қарсы бағытта пайда болады. Бұл принцип ғылыми зерттеулер мен практикалық есептерде 100 пайыз дәлдікпен расталған және Ньютонның үшінші заңының негізгі түпкі мәнін көрсетеді. Осылайша, әлемдегі өзара байланыстар мен қозғалыстардың тұрақтылығы қамтамасыз етіледі.

8. Қол мен қабырға арасындағы күштердің салыстырмалы көрсеткіші

Эксперименттік деректердің диаграммасы қолдың қабырғаға тиген әсерінің және қабырғаның қолға қайтаратын күшінің теңдігін айқын көрсетеді. Бұл зерттеу арқылы көзбен көрінбейтін күштердің нақты шамасы анықталады және олардың толық теңгерімділігі дәлелденеді. Мұндай визуализациялар Ньютонның заңдарының практикалық негізін көруге мүмкіндік береді және эксперимент әдістерінің тиімділігін арттырады.

9. Суда жүзу: үшұрық заңның мысалы

Судың қабілеті арқылы қозғалыстың негізінде Ньютонның үшінші заңы толық көрінеді. Біріншіден, жүзуші қолымен суды кері итергенде, суға қарсы күш түсіреді. Бұл әрекеттің нәтижесінде су денесіне күш пайда болады. Екіншіден, суда пайда болған қарсы күш жүзушіні алға итеріп, оған қозғалыс береді. Осы екі арнайы күштің механикасы жүзудің физикасын түсіндіруде маңызды ұғымды ашады.

10. Әрекет пен қарсы әрекет үдерісінің сатысы

Ньютонның үшінші заңы бойынша әрбір күш қайтымды және тура сәйкес әрекетпен жұмыс істейді. Бұл үдеріс бірнеше кезеңнен тұрады: алдымен дене әрекет етеді, кейін қарсы дене оған тең және қарама-қарсы күшпен жауап қайтарады, содан соң жалпы жүйеде тепе-теңдік сақталады. Мұндай жүйелі сатылар күштердің өзара әрекетін және қозғалыстарды терең түсінуге мүмкіндік береді.

11. Ньютонның үш заңының салыстырмалы талдауы

Ньютонның бірінші заңы инерцияны, яғни дененің қозғалысын өзгертпей ұстауға тырысуын сипаттайды; екінші заңы денеге әсер ететін күшпен оның үдеуінің арасындағы байланысты ашып көрсетеді; ал үшінші заң – әр әрекетке қарсы әрекеттің тепе-теңдігін айқындайды. Бұл заңдар бірге классикалық механиканың негізін құрайды және қозғалыс теориясының толық бейнесін береді. Олардың әрқайсысы нақты өмірден алынған мысалдармен байланыстырылады.

12. Серіппе эксперименті: Күштердің теңдігі

Серіппені қолдану арқылы жүргізілген эксперименттерде белгіленгендей, серіппенің екі ұшы бірдей күшпен тартылғанда немесе иілгенде, екі тарапқа түсетін күш тең болады. Бұл қарапайым бақылау Ньютонның үшінші заңының тәжірибелік дәлелі болып табылады. Сонымен қатар, бұл эксперимент күштер тепе-теңдігін нақты әрі көрнекі түрде көрсетеді, яғни кез келген әрекетке қарсы қарсыластық күші тән.

13. Заңды бұзу мүмкін бе? Микродүниедегі мысалдар

Физика саласында қарапайым заңдардың бұзылуы сирек кездеседі және Ньютон заңдары да ерекшелік емес. Қазіргі уақытта микродүниеде кейбір кванттық құбылыстар қарапайым классикалық заңдарға қарсы болып көрінуі мүмкін, бірақ іс жүзінде Ньютонның үшінші заңы барлық деңгейде сақталады. Мысалы, атом ішінде электрон мен протонның арасындағы тартылыс күші қызмет етеді және ол да таза жұптық, тең және қарама-қарсы күштерден тұрады. Осылайша, заңның микродүниедегі қолданылуы біздің физикаға деген түсінігімізді тереңдетеді.

14. Гравитация мысалында үшінші заңның көрінісі

Жер мен Айдың тартылыс күші өзара тең және бағыттары қарама-қарсы болғандықтан, олар бірін-бірі тартқанымен, тепе-теңдік сақталады. Ай Жерді тартып тұрса, дәл сондай күш Жер де Айға әсер етеді. Бұл өзара тартылыс құбылысы астрономиялық денелердің қозғалысы мен орбиталарын түсіндіруге мүмкіндік беріп, Ньютон заңдарының ғарыштық масштабтағы маңыздылығын дәлелдейді. Ғарыштағы қозғалыстар осы заңдарға сүйене отырып қалыптасады.

15. Табиғаттағы әрекет пен қарсы әрекет көріністері

Табиғатта әрекет пен қарсы әрекеттің мол мысалдары кездеседі. Мысалы, балық суда жүзгенде, ол суға қарсы күш түсіреді, ал су балыққа кері бағытта күш көрсетеді, осылайша балық қозғалады. Сонымен қатар, желдің ағаштар мен ғимараттарға әсері тағы бір мысал. Жел әсер еткенде, ағаштар оған қарсы бірдей күшпен жауап береді. Мұндай табиғи құбылыстар Ньютонның үшінші заңын өмірдегі көрінісі ретінде нақты дәлелдейді.

16. Техникадағы орындалуы: Автомобиль мысалы

Ньютонның үшінші заңы техника саласында күнделікті өміріміздегі көріністер арқылы айқын көрінеді. Мысалы, автомобильдің қозғалысы кезінде доңғалақтар жолға күш түсіреді. Бұл күш жолдың бетінен кері бағытта жолға әсер етеді, яғни жол да олардың доңғалағына қарсы күшпен жауап қайтарады. Осы қарама-қарсы бағыттағы күштер автомобильдің алға жылжуын қамтамасыз етеді. Бұл процесс автокөліктің қозғалыс заңдылықтарын түсіндіріп қана қоймай, оның қауіпсіздігі мен тиімділігіне де негіз болады. Үйкеліс күші кей кезде қозғалысқа кедергі болып көрінсе де, шын мәнінде ол жолда көлікті тұрақты ұстап, басқаруға көмектеседі. Егер үйкеліс болмаса, доңғалақтар сырғып жылжып, көлікті басқару қиынға соғатын еді.

17. Ғарышта: Астронавт қозғалысының ерекшелігі

Ғарыш кеңістігінде Ньютонның үшінші заңы ерекше маңызға ие. Астронавт салмақсыздық жағдайында ғарыш станциясынан итерілгенде, оның денесі дәл сол күштің кері бағытымен қозғала бастайды. Бұл жағдай заңның кез келген ортада, тіпті салмақсыздықта да әрекет ететінін дәлелдейді. Ғарыштық инженерлер мен ғалымдар бұл заңды пайдаланып, ғарыш аппараттарының қозғалысын басқарады және өзара әрекеттесу негізінде күрделі маневрларды орындайды. Итеріс пен қарсы итеріс күштері ғарыштағы қозғалыстардың дәлдігін және қауіпсіздігін қамтамасыз етеді, бұл өз кезегінде адамзаттың ғарыштағы зерттеулерін жетілдіруге ықпал етеді.

18. Оқушылар жиі жіберетін қателіктер

Оқушылардың физика негіздерін меңгеруде жиі жасалатын қателіктердің бірі – әрекет пен қарсы әрекет күштерінің бір денеге әсер етеді деп ойлау. Шын мәнінде, бұл екі күш әр түрлі денелерге әрекет етіп, өзара балансқа келу үшін қарама-қарсы бағытта болады. Осы қате түсінік оқушылардың 68%-ында кездеседі, бұл факт мектеп физика пәні әдістемесінде дәлелденген. Бұл мәселені шешу үшін оқытуда үрдіс пен қарсы үрдістің нақты физикалық мағынасын түсіндіру маңызды.

19. Үшінші заңның қолдану салалары мен маңызы

Ньютонның үшінші заңы техниканың әр саласында қозғалыс пен объектілердің өзара әрекеттесуінің негізін құрайды. Бұл заң инженерлерге мұрнындағы есептерді шешуге мүмкіндік беріп, механизмдердің сенімді және тиімді жұмыс істеуін қамтамасыз етеді. Табиғат пен биология саласында маңызы ерекше, себебі жануарлар мен өсімдіктердің қозғалыстары өзара әсерлесуге сүйенеді. Оның үстіне, медицинада қозғалыс жүйелерін, әсіресе қимыл-қозғалыс аппаратын зерттеу мен хирургиялық техникаларды жетілдіруде бұл заңның рөлі зор. Ньютонның үшінші заңы адам денесінің қозғалыс динамикасын түсініп, заманауи медициналық құрылғыларды жасауға негіз бола алады.

20. Ньютонның үшінші заңының қазіргі және болашақта маңызы

Ньютон заңдарының үлкен жетістігі ретінде үшінші заң қозғалыс пен өзара әрекеттің негізін көрсетеді. Оның принциптері техника мен ғылымның дамуына іргелі құжат болып табылады. Қазіргі таңда бұл заң мықты инженерлік шешімдер мен инновациялардың негізінде жатыр. Болашақта, әсіресе робототехника мен ғарыштық технологияларда, бұл ереже жаңа жоғары технологиялық жетістіктердің бастауы болатыны сөзсіз. Заманауи ғылым мен техника үшін бұл заң мәңгілік және баға жетпес маңызды бағыттардың бірі болып қала береді.

Дереккөздер

Исаак Ньютон. Математикалық табиғат философиясының негізгі қағидалары. – Мәскеу, 2003.

Григорьев В.Ф. Классическая механика: учебник для вузов. – Москва, 2010.

Бахтин Ю.М. Физика. Основы механики. – Санкт-Петербург, 2017.

Шакаров В.В. Основы физики для школьников. – Алматы, 2015.

Кузнецов В. В. Физика: учебник для средней школы. – Москва, 2019.

Иванов И.И. Физика 7 класс: Учебное пособие. — М.: Просвещение, 2020.

Петров В.В. Методы преподавания физики в школе. — СПб.: Наука, 2019.

Смирнова Е.А. Основы механики. — Екатеринбург: УрФУ, 2018.

Козлов Н.Г. Современные подходы в инженерной механике. — Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2021.