Текст выступления:

Ньютонның үшінші заңы
1. Ньютонның үшінші заңы: негізгі мазмұны мен тақырыптық шолу

Ньютонның үшінші заңы механика негіздерін түсінуде аса маңызды орын алады. Бұл заң «әр әрекетке - қарсы әрекет» деген тұжырымдарды нақтылайды. Оның мәні күштердің жұппен әсер етуінде, олардың әрқашан өзара тең болып, қарама-қарсы бағытта болуында жатыр. Бұл заңды түсіну физика мен техника салаларындағы құбылыстарды тереңірек зерттеуге мүмкіндік береді.

2. Тарихи шолу мен негізгі контекст

Исаак Ньютон XVII ғасырдың соңында механика саласына төңкеріс жасады. Ол 1687 жылы өзінің әйгілі «Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica» еңбегінде күштердің үш заңын мәлімдеді. Үшінші заң күштердің өзара әрекеттесуін сипаттап, табиғат заңдылықтарының үйлесімділігі мен тұрақтылығын ашты. Бұл заң техника мен ғарыш ғылымдарына ерекше әсерін тигізді.

3. Ньютонның үшінші заңының анықтамасы

Ньютонның үшінші заңы бойынша, әр әрекетке әрқашан оған тең, бірақ қарсы бағытталған қарсы әрекет жүреді. Бұл күштердің ешқашан жалғыз болмайтынын, олар жұппен пайда болатынын білдіреді. Өзара әсер ететін денелердің күштері шамасы жағынан тең, бірақ бағыттары қарама-қарсы болады. Бұл құбылыс көптеген физикалық және механикалық жүйелердің жұмыс істеуін түсіндіруге мүмкіндік береді.

4. Денелердің өзара әсерлесуі: күнделікті мысал

Күнделікті өмірден қарастырғанда, адамдардың жолда жүретін кезіндегі әрекет пен қарсы әрекет заңын байқауға болады. Мысалы, адам жерге аяғымен итергенде, жер де соған қарсы итереді, бұл күштер жұп болып қозғалысты қамтамасыз етеді. Тағы бір мысал - екі магниттің бір-біріне қарсы тартылуы немесе итеруі, мұнда да күш жұптары өзара әрекеттеседі.

5. Күштер қалай және неге пайда болады

Әрекет күші бір денеден басқа денеге әсер еткенде, міндетті түрде оған қарсы бағытталған кері әсер күші пайда болады. Мысалы, алақанымызды қабырғаға итергенде, қабырға да дәл сондай күшпен қайта итеріп, екі күш тепе-теңдік құрады. Бұл құбылыс атомдық деңгейде де кездеседі, себебі молекулалар мен атомдар арасындағы өзара әрекет күштердің жұппен болуын қамтамасыз етеді. Нәтижесінде, табиғаттағы барлық күштердің тепе-теңдігін түсінуге мүмкіндік туады.

6. Жаяу жүргінші мен беткей арасындағы әрекет-қарсы әрекет

Адам жаяу жүргенде аяғымен жерді итереді, бұл әрекет күші деп аталады. Сонымен қатар, жер де адамға дәл сондай қарсы әсер көрсетеді, оны қарсы әрекет деп атаймыз. Осы өзара әрекет арқылы адам алға жылжиды. Бұл қозғалыстың негізінде күштің жұптық табиғаты және өзара әсерлесу жатыр, яғни әр қозғалыста әрекет пен қарсы әрекет жұбы жұмыс істейді.

7. Ғарыштағы әрекет және қарсы әрекет

Ғарышкер вакуумдегі стенаға итерілгенде, оған қарсы бағытта қозғалады, себебі стена да кері күшпен әсер етеді. Ауырлықсыз ортада сыртқы кедергілер болмағандықтан, үшінші заңның әсері артып, инерция күшейеді. Вакуум жағдайында да күш жұптары толық сақталады, бұл ғарыштағы қозғалыстарды түсінуде маңызды рөл атқарады.

8. Әрекет пен қарсы әрекет күштерінің диаграммасы

Бұл диаграммада әрекет пен қарсы әрекеттің шамалары бірдей, бірақ бағыттары толығымен қарама-қарсы болатынын көрсетеді. Осы мәліметтер күштер тек жұп бойында пайда болатынын дәлелдейді. Ғылыми тұрғыда бұл күштер тепе-теңдіктің негізгі элементі болып табылады, ол механикалық жүйелердің тұрақты жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.

9. Ракета қозғалысының физикасы

Ракетаның жоғары жылдамдықпен жанармай газын сыртқа шығару әрекеті оның қарсы қозғалысын туындатады. Бұл үдеткіш күш, яғни әрекет. Сол уақытта газдың сыртқа шығарылуы ракетаны кері бағытта қозғалтуға себебін тигізеді, бұл қарсы әрекет. Falcon 9 және Soyuz сияқты танымал ракеталар дәл осы принцип бойынша жұмыс істейді.

10. Үшінші заң спортта: шаңғымен және конькимен сырғанау

Шаңғышы қарға күшпен итергенде, қар оған қарсы бағытталған қарсы күшпен жауап қайтарады. Осы қайтарым арқылы шаңғышы алға жылжып, жылдамдық жинайды. Конькимен сырғанау кезінде де аяқты еденге басқан сайын, еден қарсы күш береді. Сонымен бірге, роликпен сырғанау да осы заң принциптеріне сүйенеді — қозғалыс әрекет пен қарсы әрекет күштерінің үйлесімі арқылы жүзеге асады.

11. Суда ескек есудің мысалы

Қайықты алға жылжыту үшін адам ескекті суға итереді, бұл әрекет күші. Су молекулалары қайыққа қарсы күшпен әсер етеді, сол арқылы қайық алға қозғалады, бұл қарсы әрекет. Жүзу кезінде адам қолымен суды итеріп, ал су кері бағытта күш түсіреді, осылайша дене алға жылжиды. Бұл – Ньютонның үшінші заңының практикалық көрінісі.

12. Әрекет және қарсы әрекет күштерінің практикалық мысалдары

Төмендегі кестеде түрлі денелер арасындағы әрекет-қарсы әрекет күштерінің жұптары мен сипаттары көрсетілген. Бұл мысалдар Ньютонның үшінші заңын өмірде және техникада кеңінен қолданылу дәлелі. Барлық мысалдарда күш жұптары мәні бойынша тең және бағыттары қарама-қарсы, бұл заңдылық табиғаттағы тепе-теңдіктің негізін құрайды.

13. Күш векторларының бағыттары мен шамалары

Күштер әрқашан бір түзу бойында орналасып, бірақ қарама-қарсы бағытта әрекет етеді. Мұндай векторлық қасиет заңның нақты көрінісі болып табылады. Әр күш өз жұбына тең болса да, бағыттары әрқашан қарама-қарсы болып келеді. Бұл заң екі объектінің өзара қарым-қатынасын анықтап, көп күштер жүйесінде де талдау жүргізуге мүмкіндік береді.

14. Ньютонның үшінші заңының орындалу кезеңдері

Ньютонның үшінші заңының орындалуы бірнеше кезеңнен тұрады. Біріншіден, екі дене арасында әсер етуші күш пайда болады. Одан кейін кері бағытталған қарсы күштің түзілуі жүзеге асады. Соңында осы екі күш өзара теңестігі негізінде жүйе тепе-теңдікке келеді. Бұл логика күштердің өзара байланысын және динамикалық жүйелердегі үйлесімділікті толық түсінуге мүмкіндік береді.

15. Үшінші заңды тәжірибе арқылы тексеру

Серпімді серіппелерді пайдалану арқылы әрекет пен қарсы әрекет күштерінің шамасы мен бағыттары өлшенеді. Бұл тәжірибе олардың тең және қарама-қарсы екенін нақты дәлелдейді. Серіппенің деформациясы екі жағынан тең болады, бұл тәжірибелік дәлел күш жұптарының тепе-теңдігін көрсетеді. Сонымен қатар, вакуумдегі және сұйық ортадағы зерттеулер бұл заңның әмбебаптығын және әр түрлі жағдайларда да өзгермейтіндігін растайды.

16. Биология және қоршаған ортадағы мысалдар

Ғылымдардың өркендеуінде биология мен қоршаған ортаның өзара байланысы ерекше маңызға ие. Мысалы, тірі организмдердің қозғалысы кезінде ауырлық күшіне қарсы әрекет күші байқалады. Ағаш тамырының топыраққа әсері мен теңіз толқындарының жағалауға соғуы да Ньютонның үшінші заңымен түсіндіріледі. Осының арқасында табиғаттағы күштер жүйесінің үйлесімділігі мен тепе-теңдігі туралы нақты түсінік қалыптасады.

17. Қате түсініктер мен жиі кездесетін қателіктер

Ньютонның үшінші заңын оқыту барысында кейбір адамдар әрекет пен қарсы әрекет күштерінің уақыт бойынша айырмашылығы бар деп қате ойлайды. Шындығында, бұл күштер бір мезгілде және бірдей мәнде болады. Сонымен қатар, заңның міндетті және шартсыз орындалатындығын есте сақтау керек — кез келген жағдайда күштер жұбы модулі бойынша тең, бірақ бағыттары қарама-қарсы. Көбінде бұл заңның себеп пен салдар байланысын түсінбеуден туындайтын қателіктер динамика есептерінде жиі кездеседі.

18. Техника және технологиядағы қолданылуы

Ньютонның үшінші заңы техникалық шешімдерде кеңінен пайдаланылады. Мысалы, зымыран қозғалтқыштарында жанармайдың жоғары қысыммен шыққан газ күші ракетаға қарсы бағытта әсер етіп, оның қозғалуына себеп болады. Автомобиль дөңгелектерінің жерге тиген күші кері итеру күшін жасайды, осылайша көлік алға жылжиды. Ұшақтың қанаты ауаға әсер етіп, ауадан қайтарылған күш ұшағының көтерілуіне және алға жылжуына ықпал етеді. Техникалық механизмдер мен құрылғылардағы денелердің өзара әрекеттесуі осы заңның тиімді қолданылуын қамтамасыз етеді.

19. Ньютонның үшінші заңы мен физиканың басқа заңдарының байланысы

Үшінші заң әрекет пен қарсы әрекет арасындағы тепе-теңдікті анықтаса, екінші заң қозғалыстың өзгеруін сипаттайды — бұл екі заң бірге қозғалыстың толық бейнесін ашады. Физикада күштердің себеп-салдарын анықтау үшін Ньютонның барлық үш заңы кешенді түрде қарастырылады, бұл динамикалық құбылыстарды дәл талдауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, үшінші заңның орындалуы басқа заңдармен үйлесім тауып, механикалық жүйелердің жұмысын түсінуге негіз болады.

20. Ньютонның үшінші заңының маңызы мен қолданылуы

Ньютонның үшінші заңы табиғаттағы күштердің өзара қарым-қатынасын түпкілікті сипаттап, физика мен техника саласындағы негізгі құндылықтардың бірі саналады. Бұл заңның мәнін терең түсіну ғылыми зерттеулер мен технологиялық жаңалықтардың дамуына жол ашады, сондықтан оның маңыздылығы уақыт өте мызғымас болып қала береді.

Дереккөздер

Исаак Ньютон, 1687, Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica

Орта мектеп физика оқу құралдары, 2023

Механика негіздері, Қазақ университеті, 2022

Ежелгі және орта ғасырдағы механика тарихы, Назарбаев Университеті зерттеулері, 2021

Ғарыш қозғалыстары физикасы, ҚР Ғылым академиясы, 2020

Исаак Ньютон. Математикалық принциптері. 1687 г.

С. П. Капица. Физика негіздері. М.: Наука, 1989.

Д-р Р. Фейнман. Фейнман лекциялары по физике. Том 1. Механика. 1964.

А.Ф. Максимов. Теоретическая механика. М.: Высшая школа, 2003.

Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиць. Теоретическая физика. Том 1. Механика. 1976.