Confusión con la tercera ley de Newton

La forma en que a todos se nos enseñan las Leyes de Newton (recitándolas como mantras cuando éramos niños) es desafortunada porque la redacción tradicional es engañosa en muchos sentidos.

Un gran problema (aunque no el único) con la redacción tradicional de la segunda y la tercera ley de Newton es que sugieren incorrectamente causa y efecto (y por lo tanto implican una cadena de eventos, como usted dice).

La segunda ley de Newton , por ejemplo, sugiere que una fuerza 'provoca' una aceleración, lo que implica que sucede primero . no lo hace La fuerza y ​​la aceleración ocurren en forma conjunta y concurrente, a pesar de la concepción errónea persistente y la ilusión obstinada de una secuencia temporal.

Pero no nos distraigamos con la segunda ley en este momento, porque está comprensiblemente perplejo con la tercera ...

Nuevamente, la redacción de la tercera ley sugiere que primero ocurre una 'acción' y luego 'provoca' una 'reacción'. Si esto fuera literalmente cierto, ¡tendrías todo el derecho a gritar una regresión infinita !

La verdad es que las fuerzas ocurren en forma conjunta y simultánea, y no son las causas entre sí. Si desea una mejor manera de pensar al respecto, difícilmente puede hacerlo mejor que la forma en que el propio Newton ideó la tercera ley. Lo defendió de la siguiente manera:

Suponga que tiene un sistema de dos objetos que interactúan entre sí, sin fuerzas externas que actúen sobre el sistema. Entonces debería poder considerar ese sistema como un 'todo' si lo desea, y desde esa perspectiva, el sistema como un todo no debe acelerar ya que no tiene una fuerza neta que actúe sobre él. Pero esto sólo puede ser el caso si los dos objetos que componen el sistema tienen fuerzas iguales y opuestas entre ellos (es decir, todas las fuerzas internas del sistema deben cancelarse).

¿Ves cómo este argumento no involucra ninguna 'secuencia causal' o 'cadena' de fuerzas? Es solo una observación sobre cuál debe ser el caso para que el esquema basado en la fuerza de Newton funcione de manera consistente.

¿No convencido? Déjame intentar una analogía. Tú y tu amigo tienen cada uno una cierta cantidad de dinero. Le compras algo a tu amigo. Tu saldo baja y el de tu amigo sube. ¿Hubo aquí una secuencia causal retardada en el tiempo? No. Su saldo disminuyó al mismo tiempo (mientras entregaba el dinero) a medida que aumentaba el saldo de su amigo. Mirando el sistema como un todo, sabemos que dado que no entró ni salió dinero del sistema durante la transacción, el saldo neto debe ser cero. Todo pago conlleva un recibo y todo recibo conlleva un pago, pero, a pesar de la ilusión, no hay secuencia (¡mucho menos perpetua!).

Nota : también podría traducir este argumento al lenguaje de la conservación del impulso, pero he tratado de responder la pregunta en el mismo lenguaje en el que la formuló.

ACTUALIZACIÓN : El problema de la 'regresión infinita' resaltado aquí no es la única confusión que surge cuando usamos el lenguaje sugerente de 'acción' y 'reacción'. He identificado otros dos problemas que causa este lenguaje junto con mi solución propuesta aquí .

No importa a cuál llames acción ya cuál reacción, lo que dice la ley es que dos objetos ejercen la misma fuerza entre sí. Así, si A empujó a B con una fuerza de 5 Newton, B también empujará a A con la misma fuerza.

Necesitas una mejor declaración de la Ley de Newton. El que estás usando no tiene sentido, porque la palabra acción no está definida. (En el lenguaje actual de la física, la palabra acción se usa en un contexto, sentido y significado completamente diferentes). Se basa en lo que escribió Newton, pero es solo la mitad de lo que escribió. Wikipedia nos da todo

A toda acción se opone siempre una reacción igual: o las acciones recíprocas de dos cuerpos son siempre iguales y dirigidas a partes contrarias.

Pero esta declaración todavía tiene el lenguaje arcaico. Necesitamos dejar de repetir el uso de Newton de la palabra acción . No significa nada para nosotros hoy.

Tenía la intención de encontrar un enlace a una buena versión de la ley. No pude encontrar uno. Estoy seguro de que hay buenos por ahí, pero una búsqueda rápida encontró un montón de malos, casi todos usando las palabras acción y reacción . Aquí hay una versión basada en la declaración de la ley en el libro "Ciencia Integrada" de Tillery.

Cada vez que dos objetos interactúan, la fuerza ejercida sobre el primero por el segundo es igual en fuerza y ​​dirección opuesta a la fuerza ejercida sobre el segundo por el primero.

Pero no importa cómo se exprese, necesita explicación y elaboración. Las breves declaraciones de la ley no son buenas maneras de aprender de qué se trata la ley. La hiperfísica (desplácese hacia abajo) hace un buen trabajo al explicarlo.

Estás asumiendo que "acción" y "reacción" son lo mismo. Ok, hay muchas razones por las que podríamos considerar que son similares o exactamente iguales, pero dado que la tercera ley no dice "por cada acción hay una acción igual y opuesta", la tercera ley es lógicamente consistente.

A los efectos de la tercera ley, reacción NO es lo mismo que acción.

Esto puede sonar como un argumento más lingüístico que físico, pero la tercera ley está motivada por la forma de nuestro análisis. Desarrollamos interacciones como fuerzas y luego nos preguntamos qué sucede bajo la acción de esas fuerzas. Bueno, por cada fuerza que sabemos al 100% que existe ("yo empujando la pared"), la tercera ley nos dice que hay otra fuerza reaccionaria ("la pared empujándome"). "reacción" es un tipo de fuerza, no un nombre para todas las fuerzas.

¿Qué tal considerar una fuerza específica, como la fuerza gravitatoria newtoniana entre dos masas puntuales?$m_1$y$m_2$. Podríamos escribir la fuerza que ejerce la masa 1 sobre la masa 2 de la siguiente manera:

dónde$r_{12}$y$\hat{r}_{12}$son la distancia entre 2 y 1 y el vector unitario entre 1 y 2, respectivamente. ¿2 ejerce una fuerza sobre 1? De acuerdo con la Ley de Gravitación Universal de Newton, lo hace (tal como está escrito arriba):

Como son$\vec{F}_{21}$y$\vec{F}_{21}$¿similar? ¿En qué se diferencian? ¿Hay alguna diferencia en el signo?

Si desea considerar CADA supuesta acción, entonces debe considerar diferentes fuerzas, teniendo en cuenta la idea de que \it{force} es clásica.

Con respecto a la (re)acción, ¿qué fuerza se ejerce "primero"? No creo que uno pueda decir. Como se mencionó en otras respuestas, la redacción es desafortunada y engañosa.

Tenga en cuenta que la Tercera Ley de Newton se (re)expresa a menudo de la siguiente manera:

Las fuerzas vienen en pares iguales y opuestos.

Puede que sea un poco tarde en responder a esta pregunta, pero espero que ayude.

Las notas al pie de página de física enfatizaron que las fuerzas de acción y reacción ocurren simultáneamente al mismo tiempo. Esto es correcto. Las palabras acción y reacción crean la idea errónea de que una fuerza es la razón de la otra.

Permítanme explicar por qué estas dos fuerzas ocurren simultáneamente, con ese conocimiento comprenderán por qué la fuerza de reacción (así llamada) no actúa como otra fuerza más. Para entender esto debemos entender qué causa una fuerza.

Una fuerza siempre es causada por la interacción de dos cuerpos. (No estamos considerando fuerzas ficticias aquí) Estos dos objetos pueden tocarse entre sí o pueden estar a cierta distancia (por ejemplo, fuerza gravitatoria)

Tomando su ejemplo, ¿cómo habría ejercido A la fuerza de 5N sobre B? Posiblemente, A estaba en movimiento (respecto a la tierra) previamente y chocaría con B, ejerciendo así la fuerza. (Es fácil visualizar A como tu mano y B como algún objeto)

Antes de la colisión, A estaría en movimiento hacia B, en relación con la tierra y, por lo tanto, en relación con B (B está en el mismo estado de movimiento que la tierra, que es el estado de estar quieto. Entonces, como la tierra y B comparten el mismo estado de movimiento, un movimiento relativo a la tierra, también es un movimiento relativo a B) También, relativo a A, B estaría en movimiento hacia A. (Si consideramos que A es estacionario, entonces B es el uno que se mueve)

• Entonces, en relación con A, B es el objeto en movimiento y A es el objeto estacionario. Entonces, cuando los dos objetos chocan, en relación con A, es B quien ejerce la fuerza. (Porque en relación con A, es B el que viene hacia él y choca) En relación con A, A se movía felizmente hasta que llegó Este B y chocó contra él, ejerciendo una fuerza sobre A
• Como en la visión tradicional, es A el que se mueve y choca con B. Entonces, la colisión causaría una fuerza de A sobre B. En relación con B, B estaba sentado quieto, ocupándose de sus propios asuntos hasta que A vino y chocó contra él. ejerciendo así la fuerza.

Son estas dos fuerzas las que popularmente se consideran pares de fuerzas de acción y reacción.

Ambas fuerzas existen simultáneamente, en relación con A, la fuerza que actúa es una fuerza de 5N, ejercida sobre él por B. En relación con B, la fuerza que actúa es una fuerza de 5N ejercida sobre él por A.

Con esta comprensión de cómo se crean las fuerzas en cuestión, es fácil entender que la fuerza ejercida por B sobre A (F1) no conduce a una nueva fuerza de reacción (así llamada) De hecho, en relación con A, la fuerza ejercida por ella sobre B puede considerarse como la fuerza de reacción, a F1 (con el verdadero sentido de la tercera ley, por supuesto, lo que quiere decir que no es un resultado de la primera fuerza)

Si hay una determinada fuerza en alguna dirección, es inevitable la existencia de otra fuerza (en la dirección opuesta, actuando sobre el objeto que causó la fuerza, al que nos referimos primero) Es decir, las fuerzas existen en pares. Ahora, en relación con A, es B el que ejerce la fuerza. Por lo tanto, en relación con A, la acción es la fuerza ejercida por B sobre A. (Llamémosla F1) Incluso si esta acción tiene lugar en relación con A, en relación con B se lleva a cabo otra acción. (fuerza ejercida por A sobre B, F2) Para A, la acción es F1. Al mismo tiempo también se ejerce F2. Para A, F2 es una consecuencia indirecta de la colisión. Se puede considerar que es la fuerza de reacción relativa a A. (El término "reacción" no es realmente adecuado, pero ese es el término que se usa comúnmente) Asimismo, para B, F1 es la consecuencia indirecta; reacción. La creación de una fuerza completamente nueva como reacción no es lo que Newton quiso decir con la tercera ley. Entonces, toda acción tiene una reacción, como lo establece la tercera ley.

Debería ser "Cada acción tiene una reacción igual y opuesta del MISMO TIPO", la mejor manera de entender estas preguntas relacionadas con la fuerza de contacto es dibujar un diagrama de cuerpo libre grande y claro. Lo que eventualmente iluminará tus problemas.

Dibuje todas las fuerzas posibles en ambos objetos y/o superficie de contacto.

Por favor vea la imagen, la fuerza que aplicó no pertenece a la acción, es una fuerza separada, las fuerzas de reacción de acción son (Ra y Rb) su magnitud permanece igual independientemente de la situación (aceleración, declaración, velocidad constante, etc.), y esos son el par acción reacción, no la fuerza que aplicaste sobre el cuerpo.

Si le preocupa la fuerza de reacción debida a la fuerza 5N aplicada sobre el objeto A, actuará sobre su mano, que todavía tiene 5N y actúa en la dirección opuesta. También para aclarar su preocupación, el par de fuerzas de Newton siempre actúa sobre diferentes cuerpos, no sobre el mismo cuerpo.