Настольная книга остеопата. Основы биомеханики движения тела

При изучении источника и приложения сил следует рассматривать весьма важное свойство сил, которое заключается в том, что силы всегда действуют парами. Эта концепция отражена в третьем законе Ньютона, законе реакции. Обычная формулировка третьего закона Ньютона звучит следующим образом: «Сила действия равна противодействию». Это положение вводит в заблуждение, поскольку приводит к неправильной интерпретации, показанной на рис. 2.14.

Рис. 2.14.Третий закон Ньютона, который часто, но некорректно представляют при помощи двух векторов, действующих на один объект

К формулировке третьего закона Ньютона можно подойти более бережно: «Если один предмет воздействует с некой силой на второй предмет, второй предмет должен одновременно оказывать воздействие на первый предмет с силой, равной по величине и противоположной по направлению к первому предмету». Эти две силы двух контактирующих предметов представляют собой пару взаимодействия, или силы действия — реакции. Простоту закона Ньютона легче всего оценить, если мы вспомним, что сила, прилагаемая к предмету, всегда исходит из чего-то, соприкасающегося с предметом. Так, сила, прикладываемая к предмету (А), исходит из чего-либо, касающегося предмета (А) (например, руки). Естественно, если рука прикасается к предмету (А), то объект (А) тоже прикасается к руке точно с такой же силой. Мы уже установили, что силы, прикладываемые к предмету, исходят из чего-либо, касающегося этого предмета. Теперь мы можем эту концепцию расширить, сказав, что все, что касается предмета, воздействует на него с помощью силы. Если предмет (А) касается руки, он оказывает на нее усилие. Если все силы исходят от контакта, а все предметы, входящие в контакт, оказывают усилие, то два соприкасающихся предмета должны воздействовать друг на друга с помощью силы. Ньютон заметил этот феномен и пришел к выводу, что все силы действуют парами, равными по величине, противоположными по направлению и прилагаемыми к смежным соприкасающимся предметам. Связь пар «действие-реакция» с концепцией соприкасающихся объектов позволяет нам также отнести силы реакции к контактным силам.

* * *

ПРИМЕР 1. На рис. 2.15 изображена книга, лежащая на столе. Сколько бы эти предметы ни находились в контакте, каждый будет оказывать действие на другой: книга действует с силой на стол, а стол действует с силой на книгу. Величины сил будут одинаковыми, а векторы — противоположными по направлению. Назовем силы условно: «книга на стол» (КС) и «стол на книгу» (СК). Вектор КС приложен к столу, и его источником является давление книги, направленное вниз, и равное, в данном случае, весу книги. Вектор СК приложен к книге и является результатом сопротивления стола на книгу, направленного вверх, с силой, равной КС. Силы КС и СК относятся к паре «действие-реакция» как силы реакции или контактные силы.

Рис. 2.15.Силы реакции опоры и «книга на стол» (КС) и «стол на книгу» (СК)

* * *

Важно отметить, что в любой паре сил точки приложения находятся на разных предметах, но не на одном, как неправильно показано на рис. 2.14. На рис. 2.15 книга действует на стол, и стол одновременно действует на книгу. Пара взаимодействия или силы реакции в этом случае всегда будет носить противоположные имена. На рис. 2.3 векторы назывались «коробка на левую кисть» и «коробка на правую кисть». Поскольку силы действуют парами, а контактирующие предметы всегда действуют с силой друг на друга, мы должны иметь также две дополнительных силы, называемые «правая кисть на коробку» и «левая кисть на коробку». Каждый из этих векторов приложен к коробке и направлен вверх с величиной усилия в 1 кг.