قانون نيوتن الثالث

قانون نيوتن الثالث أو كما يسمى أيضًا الفعل ورد الفعل هو آخر قوانين نيوتن للحركة التي أكتشفها العالم الإنجليزي الشهير السير إسحاق نيوتن وهذا القانون له تأثير واضح على الفيزياء وتحديدًا على الميكانيكا، والبعض يعتبره أكثر قانون من قوانين نيوتن الثلاثة بساطة.

تعد آلة "مهد نيوتن" مثالًا واضحًا على قانون نيوتن الثالث، حيث أنهُ عندما تضرب الكرة الحديدية في اليمين الكرات الآخرى، تنتقل طاقتها عبر الكرات إلى الكرة في جهة اليسار، فتقوم الكرة الحديدية في اليسار برد الفعل على ذلك

وببساطة يقول هذا القانون أن: لكل قوة فعل، قوة رد فعل مساوي له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه. ومعادلته هي: ${\vec {F_{ab}}}={\vec {-F_{ba}}}$

يعد انتهاك هذا القانون أيضًا أمرًا مستحيلًا، وعلى سبيل المثال، أنه لا يمكن الدفع على متن سفينة شراعية عن طريق التنفس في الشراع. ومثال آخر على هذا القانون هو عندما يجر شخصً ما عربة، فالشخص يقوم هنا بفعل وتعتبر مقاومة العربة رد الفعل، وتوجد أمثلة كثيرة جدًا على هذا القانون. يمكن ملاحظة هذا القانون عندما يسير شخص فإنه يؤثر على الأرض بقوة وتؤثر عليه الأرض بقوة أيضا لذلك كل من الأرض والشخص يؤثرون على بعضهما البعض كذلك يحدث هذا بين الطريق والسيارة، ويمكن رؤيته أيضًا عندما يكون الشخص بالماء فإنه يدفع الشخص للأمام بينما يدفع الشخص الماء للخلف فكلاهما يؤثر على بعضهما البعض.

إسحاق نيوتن مكتشف القانون، والذي سمي على إسمه

مثال على قانون نيوتن الثالث

الخصائص والحالات

أدرك نيوتن أنه لا يمكن أن توجد قوة معزولة واحدة، تحدث القوى دائمًا في أزواج. وهكذا ذكر نيوتن القانون الثالث للحركة على أنهُ عندما يمارس جسم واحد قوة على جسم ثاني، فإن الجسم الثاني يمارس قوة مساوية ولكن معاكسة على الأول، وتسمى القوة التي يمارسها الجسم الأول على الثاني بقوة الفعل والقوة التي يمارسها الجسم الثاني على الأول تسمى قوة رد الفعل. يُعَبَّر عن هذا القانون أحيانًا على أنه لكل فعل رد فعل مساوٍ ومعاكس، هذه القوى لها الخصائص والحالات التالية:

أزواج الفعل ورد الفعل متساوية

ولكن في الاتجاه المعاكس، وبسبب القوة "F"، لنفترض مثلًا أن تفاحة سقطت من شجرة، تتسارع التفاحة نحو الأرض كما أن الأرض تتسارع نحو التفاحة بسبب قوة رد الفعل "F". ومع ذلك، نظرًا لأن الأرض لها كتلة ضخمة فإن تسارعها ضئيل للغاية.

كتاب الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية حيث ذكر قانون نيوتن الثالث

تعمل أزواج الفعل ورد الفعل على قوة مختلفة

يمكن أن تعمل أزواج الفعل والتفاعل على كائنات مختلفة إذا كانت هناك قوتان متساويتان في الحجم ومعاكستان في الاتجاه تعملان على نفس الجسم، فإن القوتين تلغيان بعضهما البعض. ومع ذلك وعلى الرغم من أن قوى الفعل ورد الفعل متساوية في الحجم ومتعاكسة الاتجاه، إلا أنهما لا تلغيان بعضها البعض لأنهما تعملان على كائنات مختلفة، على سبيل المثال، عندما يدفع شخص يتسوق عربة بقالة بالقوة "F"، تتفاعل العربة مع المتسوق بقوة "F" أيضًا نظرًا لأن القوة "F" يعمل على العربة ويعمل "F" على المتسوق فتتحرك العربة.

أزواج الفعل ورد الفعل من نفس النوع

إما قوتان متصلتان أو قوتان ميدانيتان.

تعمل أزواج الفعل ورد الفعل في نفس الفترة الزمنية

أمثلة

• الطوبة الموضوعة ساكنة على الطاولة تضغط عليها بقوة موجّهة إلى الأسفل (وتُسمّى الوزن). ووفقًا لقانون نيوتن الثالث، تؤثر الطاولة على الطوبة بقوة مساوية لها في المقدار وموجّهة إلى الأعلى (وتُسمّى ردّ فعل السطح).

• تسقط التفاحة على الأرض لأن الأرض تجذبها بقوة، وفي الوقت نفسه، تجذب التفاحةُ الأرضَ بقوة مساوية لها تمامًا في المقدار. غير أنّ كتلة الأرض هائلة للغاية، لذا فإن إزاحتها الناتجة عن هذه القوة تكون ضئيلة إلى حدّ يمكن إهماله.

• عند تفاعل شحنتين كهربائيتين نقطيتين ساكنتين، تكون قوة كولوم المؤثّرة من الشحنة الأولى على الثانية مساوية تمامًا للقوة المؤثّرة من الشحنة الثانية على الأولى، مع اختلاف الإشارة فقط.

تعمل الصواريخ عن طريق خلق ضغط عالٍ غير متوازن يدفع الصاروخ إلى الأعلى بينما يخرج غاز العادم من خلال فوهة مفتوحة.

مفارقة الحصان والعربة

الصياغة المختصرة للقانون على شكل «الفعل يساوي ردّ الفعل» قد تؤدي إلى سوء فهم، ومن ذلك مثلًا هذا التناقض الظاهري:

«لنفترض أن حصانًا مربوطًا بعربة ويجرّها إلى الأمام بقوة معيّنة. ولكن وفقًا لقانون نيوتن الثالث، توجد قوة مضادة مساوية لها في المقدار ومُعاكسة في الاتجاه. وبما أنّ مجموع القوتين يساوي صفرًا، فلن تتمكن العربة أبدًا من التحرك من مكانها.»

والخطأ هنا هو أن قوتي الفعل وردّ الفعل تؤثران في جسمين مختلفين (في هذا المثال: العربة والحصان)، ولذلك لا معنى لجمعهما. إضافةً إلى هذه القوى، تؤثر قوة الاحتكاك على كلٍّ من الحصان والعربة، وهي في الحقيقة ما يؤدي إلى حركة الحصان؛ إذ إن قوة احتكاك حوافر الحصان مع الأرض تكون موجّهة إلى الأمام وتتغلب على قوة ردّ فعل العربة، بينما تتغلب قوة شدّ الحصان على قوة احتكاك العربة مع الأرض، والموجّهة إلى الخلف.

حدود التطبيق

يرتبط قانون نيوتن الثالث، شأنه شأن الميكانيكا النيوتونية عمومًا، بفكرة التأثير عن بُعد، والتي تفترض أن القوة المؤثِّرة من جسمٍ ما على جسمٍ آخر في لحظةٍ زمنية معيّنة تتحدّد من خلال موضعيهما في اللحظة نفسها. وبعبارة أخرى، يعني ذلك افتراض سرعة لانهائية لانتقال التفاعلات.

أمّا وفق التصوّرات الحديثة، فإن التفاعلات تنتقل عبر الحقول، وكما تُظهر التجربة، فإن لها سرعة محدودة لا تتجاوز سرعة الضوء. لذلك، عند الحركة بسرعات قريبة من سرعة الضوء، ولا سيما عندما تكون المسافات بين الأجسام كبيرة، يصبح قانون نيوتن الثالث غير قابل للتطبيق. ومع ذلك، يظل قانون حفظ الزخم صالحًا إذا أُخذ في الحسبان، إلى جانب زخم الأجسام، زخمُ الحقل (كالحقل الكهرومغناطيسي أو الثقالي) الذي يتم عبره التفاعل.

مثلا، يؤثّر ضغط الضوء بقوة على جسمٍ يمتص الضوء. غير أنّه لا توجد هنا «قوةُ ردّ فعل» بالمعنى التقليدي، ولا يوجد أيضًا جسمٌ آخر تُطبَّق عليه هذه القوة. ومن منظور قانون حفظ الزخم، ينشأ ضغط الضوء لأن زخم الحقل الكهرومغناطيسي يُنقَل إلى الجسم.

انظر أيضًا

• قوانين نيوتن للحركة