La tercera llei de Newton (o principi d'acció i reacció) és la darrera de les tres lleis fonamentals de la dinàmica que va desenvolupar Sir. Isaac Newton juntament amb la llei d'inèrcia (1a) i la llei fonamental de la dinàmica (2a). Aquestes lleis expliquen gran part dels aspectes relatius al moviment dels cossos.
La tercera llei de Newton expressa que:
“A tota acció sempre s'hi oposa una reacció d'igual valor, o les accions mútues de dos cossos entre si sempre es dirigeixen cap a la part contrària.”
Explicació de la llei dacció i reacció
És a dir, si s'exerceix una força sobre un cos a, el cos respondrà amb una altra força de reacció d'igual magnitud i sentit oposat.
Els dos primers principis de Newton (la llei d'inèrcia i la llei fonamental de la dinàmica) fan referència a un únic cos. Per altra banda, la tercera llei fa referència a la interacció entre dos cossos.
Generalment, quan parlem de la tercera llei expressem la F de força amb dos subíndexs: el primer és per indicar el cos que exerceix la força, mentre que el segon subíndex s'utilitza per referir-se al cos sobre el qual actua la força.
Si, per exemple, tenim dos cossos aib que exerceixen forces entre ells, F ab representa la força que el cos “a” exerceix sobre el cos “b”. De la mateixa manera, F ba representa la força que el cos “b” exerceix sobre “a”: és a dir la força exercida per “b” sobre “a”.
La tercera llei de Newton estableix que aquestes dues forces són iguals i oposades.
Les forces tenen lloc en parelles, és a dir, no hi pot haver una sola força aplicada sobre un cos aïllat.
Aquesta llei és independent a si els objectes estan en repòs, en moviment o moviment rectilini uniforme.
La llei d'acció-reacció s'aplica tant a situacions de contacte directe (per exemple, quan empenyem una taula) com a interaccions a distància (com la força gravitacional entre dos cossos). Les forces dacció i reacció no es cancel·len entre si perquè actuen sobre objectes diferents.
La tercera llei també està vinculada a conceptes importants com el principi de conservació del moment . Aquest principi indica que, en absència de forces externes, el moment total d‟un sistema aïllat roman constant. Per exemple, quan un coet expulsa gasos cap avall, la nau és empesa cap amunt, cosa que assegura l'equilibri del moment.
Què és el parell acció-reacció?
El parell acció-reacció són les dues forces que s'exerceixen entre dos cossos que interactuen entre ells.
Dos cossos que exerceixen una força l'un sobre l'altre són dos objectes que interaccionen entre ells. La llei d'acció i de reacció de Newton estableix la relació entre les dues forces resultants de la interacció de dos cossos. Per aquesta raó, de vegades les dues forces F ab i F ba se les anomena parell acció-reacció. Una de les forces es denomina acció i la segona es denomina reacció.
L'elecció de quina força juga el paper d'acció o de reacció és una decisió arbitrària.
Exemples de la tercera llei de Newton
A continuació mostrem alguns exemples de la tercera llei :
- Un llibor en repòs : Un llibre que està sobre una taula exerceix una força sobre la taula degut a la gravetat. Alhora, la taula exerceix una força normal amb la mateixa magnitud però direcció oposada per compensar aquesta força. A causa d'aquesta força de reacció el llibre romandrà en repòs.
- La unió d'una màquina de tren amb els seus vagons : Una màquina de tren exerceix una força sobre el vagó unit a ella en el sentit d'avenç. Alhora, el vagó exerceix una força de reacció en sentit contrari oposant-se a l'avenç.
- Caminar : En caminar, els teus peus empenyen el terra cap enrere, i el terra t'empeny cap endavant.
- Nedar : En empènyer l'aigua cap enrere amb les mans, l'aigua t'impulsa cap endavant.
- Enlairar-se d'un coet : Els gasos expulsats cap avall generen una força que empeny el coet cap amunt.
- Remar en un pot : En empènyer l'aigua cap enrere amb els rems, el pot avança cap endavant.
- Colpejar una pilota Quan colpeges una pilota, exerceixes una força sobre ella, i aquesta aplica una força contrària sobre la raqueta o peu.
- Saltar sobre el terra : Les teves cames empenyen el terra cap avall, i aquest t'empeny cap amunt.
- Xocar una interlocutòria contra una paret : La interlocutòria exerceix una força sobre la paret, i la paret exerceix una força igual sobre la interlocutòria.
- Empènyer una taula : En empènyer-la, la taula t'empeny cap enrere.
- Aterratge d'un avió : Les rodes de l'avió apliquen una força cap avall a la pista, mentre que la pista les empeny cap amunt.
- Llençar una pedra Quan llences una pedra, la teva mà aplica una força cap endavant, mentre la pedra aplica una força en sentit oposat sobre la teva mà.
Aplicacions tecnològiques de la tercera llei
La tercera llei de Newton s'aplica a moltes aplicacions tecnològiques , particularment al camp de la propulsió i l'enginyeria. Un dels exemples més notables és la propulsió de coets . Un coet funciona expulsant gasos a gran velocitat cap avall; aquesta és lacció. En resposta, segons la tercera llei, el coet és empès cap amunt amb una força igual en magnitud però en sentit oposat, cosa que permet el seu enlairament i vol.
Aquest mateix principi s'aplica a la propulsió a raig utilitzada en avions. Els motors expulsen gasos enrere, cosa que genera la força d'empenta que impulsa l'avió cap endavant. Sense la tercera llei, no seria possible el moviment d'aquestes aeronaus ni altres vehicles propulsats per motors a reacció.
Un altre camp on aquesta llei té aplicacions importants és l'enginyeria nuclear . En els reactors nuclears, l'energia alliberada per la fissió de nuclis atòmics genera calor, que alhora converteix aigua en vapor. Aquest vapor és expulsat cap a una turbina, cosa que genera la força de reacció necessària per produir electricitat.
Aquestes aplicacions demostren com la tercera llei és fonamental en el disseny i el funcionament de tecnologies avançades que impulsen la mobilitat i la generació d'energia actualment.