Sie haben einen nicht intuitiven Teil von Newtons 3. Gesetz erfasst. Es gilt tatsächlich für den Fall, den Sie erwähnen, aber da die betroffenen Objekte eine unterschiedliche Härte aufweisen, ist es leicht, die Auswirkungen als Verstoß gegen das Gesetz wahrzunehmen.

Auswirkungen sind tatsächlich sehr kompliziert. Betrachten Sie dieses Zeitlupenvideo eines Schlag in den Darm. Wir werden nicht in der Lage sein, alle hier gezeigten Komplexitäten abzudecken, aber wir können einige davon zusammenfassen, um zu erklären, warum die nicht inutitiven Ergebnisse, die Sie erhalten, tatsächlich korrekte Anwendungen des 3. Newtonschen Gesetzes sind.

Der Schlüssel, der die Auswirkungen so kompliziert macht, ist, dass wir auf die Dynamik achten müssen. Wenn Sie gegen die Mauer oder die Trockenbauwand schlagen, hat Ihre Hand viel Schwung. Wenn Sie gegen die Mauer schlagen, muss dieser Schwung gestoppt werden. Der einzige Weg, dies zu tun, ist durch die reaktionäre Kraft der Wand, die auf Ihre Hand zurückdrückt. Je mehr Schwung Ihre Hand hat, desto mehr reaktionäre Kraft haben Sie. In Ihrem Ziegelbeispiel beträgt diese reaktionäre Kraft 50 Pfund, und die entsprechende Kraft Ihrer Hand an der Wand beträgt ebenfalls 50 Pfund.

Im Trockenbau müssen wir einige Anpassungen vornehmen. Das erste ist zu beachten, dass Ihre Hand durch die Trockenbauwand geht. Es muss nicht an der Wand angehalten werden. Dies weist darauf hin, dass die reaktionäre Kraft geringer sein wird als im Fall der Mauer, da die Mauer die Faust stoppen musste.

Na ja, fast. Ich habe leicht betrogen, und dieser Betrug kann eine Quelle für nicht intuitives Verhalten sein. Die korrektere Aussage ist, dass die Mauer Ihrer Hand mehr Impulse verleihen musste, weil sie Ihre Hand stoppen musste. Der Impuls ist die Kraft * Zeit und ein Maß für die Änderung des Impulses. Das wichtigste Detail hierbei ist, dass sich der Abstand ändern kann. Wenn Sie einen Superball auf den Boden fallen lassen, prallt er fast dahin zurück, wo Sie ihn geworfen haben. Der vom Boden auf den Ball ausgeübte Impuls ist sehr hoch. Vergleichen Sie dies mit einem Stahlkugellager mit der gleichen Masse wie der Superball, der nicht so stark zurückprallt. Der auf das Lager ausgeübte Impuls ist geringer. Der Superball verformt sich jedoch beim Aufprall stark, so dass es länger dauert, diesen Impuls anzuwenden. Es ist vernünftig, dass der Superball einer geringeren Kraft als das Kugellager ausgesetzt sein und dennoch höher springen kann, da diese geringere Kraft über eine längere Distanz ausgeübt wurde.

Im Fall des Stempels haben wir das Glück, dass 99% der Verformung Ihres Stempels in Ihrer Hand auftritt. Ihre Haut und Ihr Fett quetschen aus dem Weg, bis sich Ihre Knochen bewegen müssen. Der Schock wirkt sich theoretisch bis zum Arm aus. Wir können dies jedoch vorerst ignorieren, da wir nur Vergleiche anstellen. Es ist die gleiche Hand sowohl beim Mauerziegel als auch beim Trockenbau, so dass erwartet werden kann, dass es sich über ähnliche Entfernungen und ähnliche Zeiten auf ähnliche Weise verformt. So können wir behaupten, dass der Mauerstempel eine höhere Kraft haben muss. Wir wissen, dass der Impuls höher sein muss (weil er Ihre Hand gestoppt hat und der Trockenbau-Schlag nicht), und die Zeiten für die Reaktion auf beide Schläge sind gleich, sodass der Mauer-Schlag mehr Kraft haben muss.

Die Wahrheit ist also, dass Sie die Trockenbauwand nicht mit 50 Pfund geschlagen haben. Sie haben tatsächlich weniger Kraft bereitgestellt. Tatsächlich haben Sie gerade genug Kraft bereitgestellt, um die internen Bindungen zu lösen, die die Trockenbauwand festhielten. Intuitiv messen wir gerne Schläge in Kräften (mit einem Schlag von 50 Pfund), aber it ist tatsächlich nicht in der Lage, so hart zu schlagen, es sei denn, das zu schlagende Objekt kann eine entsprechende reaktionäre Kraft bereitstellen! strukturelle Integrität, um 50 Pfund Kraft bereitzustellen, würden Sie feststellen, dass Sie nicht durchbrechen, und es tut fast so weh wie die Ziegel (das erste Blatt Trockenbau wird sich ein wenig verformen, so dass es nicht so weh tut wie der Ziegel)

Das Problem des Durchbruchs der Mauer ist für Kampfkünstler eigentlich eine sehr wichtige Sache. Diejenigen, die in Demonstrationen Bretter oder Steine ​​zerbrechen, wissen alle, dass es viel mehr weh tut, wenn Sie das Brett oder den Stein nicht zerbrechen. Das liegt daran, dass das Board all Ihre Vorwärtsdynamik gestoppt hat, was bedeutet, dass Sie in kurzer Zeit viel Impuls hatten, was viel Kraft bedeutet. Wenn Sie den Ziegel brechen, halten die reaktionären Kräfte Ihre Hand nicht auf, so dass sie geringer sind. Ich würde wetten, dass die größte Herausforderung beim Brechen von Ziegeln mit einem Karate-Kotelett nicht darin besteht, sie zu brechen, sondern Ihren Körper und Geist so zu konditionieren, dass Sie dem Impuls widerstehen können, wenn Sie sie nicht brechen.

Warum glauben Sie, dass die maximale Kraft, die Sie auf die Trockenmauer ausgeübt haben, in etwa der maximalen Kraft entspricht, die Sie auf den Ziegel ausgeübt haben?Das war es bestimmt nicht.Die Trockenmauer gab gut nach, bevor Sie die gleiche Kraft wie auf den Ziegel erreichen konnten.Versuchen Sie, die Luft zu schlagen und sehen Sie, wie viel Kraft Sie anwenden können.Der experimentelle Beweis, dass die Kraft, die Sie auf den Ziegelstein ausgeübt haben (und die auf Sie ausgeübt wurde), höher war als die Kraft, die Sie auf die Trockenmauer ausgeübt haben, war Ihre verletzte Hand.

Es besteht kein Zweifel, dass das dritte Newtonsche Gesetz in diesem Fall gilt. Die Quelle der Verwirrung ist die Tatsache, dass Sie das Zeitintervall der Kollision sowie die Impulsänderung des kollidierenden Körpers vernachlässigen. Wie wir sehen werden, ist es falsch anzunehmen, dass it in beiden Fällen dieselbe Kraft angewendet hat, nur weil Sie mit denselben Anfangsbedingungen begonnen haben, d. H. Mit derselben Geschwindigkeit.

Der beste Weg, um dieses Problem anzugehen, ist die Berücksichtigung des Momentum-Prinzips. Durch Newtons zweites Gesetz erhalten wir die Impulsänderung des Körpers nach der Kollision, $$ \ Delta p = \ int_ {t_1} ^ {t_2} F \ mathrm dt, $$ Dabei ist $ F $ die Kraft, die die Wand auf den Körper ausübt, und $ \ Delta t = t_2-t_1 $ ist das Zeitintervall der Kollision.

Nehmen wir nun an, Sie rennen mit einer bestimmten Geschwindigkeit gegen eine Wand. Da das Zeitintervall der Kollision ziemlich kurz ist, können wir uns annähern $$ \ Delta p = F _ {\ textrm {av}} \ Delta t, $$ Dabei ist $ F _ {\ textrm {av}} $ der Durchschnittswert der Kraft während der Kollision. Daher $$ | F _ {\ textrm {av}} | = \ frac {| \ Delta p |} {\ Delta t}, $$ wo wir den absoluten Wert nur der Einfachheit halber genommen haben. Was zählt ist, dass die Kraft umso größer ist, je größer die Geschwindigkeitsänderung ist. Je kürzer die Zeit der Kollision ist, desto größer ist die Kraft.

Wenn Sie auf eine unzerbrechliche Wand treffen, bleiben Sie mindestens direkt nach der Kollision in Ruhe, sodass die Impulsänderung $ \ Delta p = 0-mv_i $ ist, wobei $ v_i $ die (anfängliche) Geschwindigkeit unmittelbar vor dem Auftreffen auf die Wand ist. Die durchschnittliche Kraft, die die Wand auf Sie ausübt, ist $$ | F _ {\ textrm {av}} | = \ frac {mv_i} {\ Delta t}. $$

Wenn Sie stattdessen gegen eine zerbrechliche Wand laufen, ändert sich Ihr Impuls $ \ Delta p = mv_f-mv_i $, wobei $ v_f>0 $ die (endgültige) Geschwindigkeit direkt nach der Kollision ist, da Sie direkt nach dem Brechen der Wand immer noch vorwärts gehen . Das Zeitintervall der Kollision ist $ \ Delta t '$, was größer als $ \ Delta t $ ist, da Sie nicht plötzlich angehalten haben. Dann ist die durchschnittliche Kraft $ F _ {\ textrm {av}} '$, die die brechende Wand auf den Körper ausübt $$ | F _ {\ textrm {av}} '| = \ frac {m | v_i-v_f |} {\ Delta t'} < \ frac {mv_i} {\ Delta t} = | F _ {\ textrm {av}} |. $$ Selbst wenn Sie die Wände auf die gleiche Weise treffen, sind die Kräfte, die die Wand auf Sie ausübt, unterschiedlich.Im zweiten Fall ist es geringer.Beachten Sie, dass dies gleichbedeutend damit ist, dass die durchschnittliche Kraft, die Sie auf die zerbrechliche Wand ausgeübt haben, geringer ist als die, die Sie auf die unzerbrechliche Wand ausgeübt haben.

Es ist auch interessant festzustellen, dass diese Frage ein Beispiel für die weitaus nützlichere Verwendung des Konzepts des linearen Impulses als des dritten Newtonschen Gesetzes liefert.Das letztere ist im ersteren enthalten, kann jedoch leicht zu Missverständnissen führen, wie das in dieser Frage gezeigte oder dieses.

TL; DR: Die Physik des Schlagens von Dingen ist nicht so einfach wie das Ausüben einer konstanten Kraft auf etwas.

Ich versuche damit zu sagen, dass das Newtonsche Gesetz natürlich gilt, aber es wäre offensichtlicher, es zu sehen, wenn Sie nur mit Ihrem Gewicht gegen die Wand drücken / lehnen würden. Dann würde ich sagen, dass sich die beiden Wände wahrscheinlich ungefähr gleich anfühlen.

Was ist also anders daran, gegen eine Wand zu schlagen? Es gibt eine sich ändernde Kraft. Sie können argumentieren, was damit passiert, z. @Diracology hat bereits einige Punkte dazu angesprochen, ich werde hier auf einem intuitiveren Weg bleiben. Das Schlagen einer Wand (z. B. mit der Faust) wird besser als "Kollision" modelliert als als Prozess mit konstanter Kraft. Es ist also der energy, der bestimmt, wie "schmerzhaft" es ist, gegen die Wand zu schlagen $ ^ 1 $. Energie wird auch gespart. Für die harte Mauer fließt also viel Energie in deforming your hand, was schmerzhaft empfunden wird. Für die Trockenbauwand ist die Situation anders: Sie kann mehr Energie selbst absorbieren, indem sie sich verformt / bricht und Ihnen so heldenhaft Schmerzen erspart

Lustige Tatsache: Dies hat Anwendungen in der Physik der Kampfkünste. Z.B. Beim Boxen ist ein gerader Schlag oft vom "drückenden Typ" (d. h. der Boxer lehnt sich hinein und legt viel Masse hinter den Schlag), um den Impuls zu übertragen und den anderen Boxer aus dem Gleichgewicht zu bringen. Hakenstempel zielen jedoch darauf ab, mehr Energie auf den Kopf zu übertragen (indem der Stempel einfach so schnell wie möglich gemacht wird), wodurch mehr Verformung / Beschädigung verursacht wird. Zum Beispiel kann es aus genau diesem Grund sehr gefährlich sein, jemanden zu schlagen ...

_{$ ^ 1 $ Momentum bleibt erhalten, sagt aber nicht viel über diese Art von Prozess aus. Es ist nicht wirklich sinnvoll zu sagen, "etwas mit $ 50 \; \ mathrm {lbs} $ Kraft zu treffen". Dies würde jedoch für einen Push-ähnlichen Prozess gelten.}

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Grundlegender sind die Erhaltungsgesetze, insbesondere die Erhaltung des Impulses und der Energie. Die Verfügbarkeit von Energie führt zu Gewalt. Wenn Sie Ihre Faust mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf ein Objekt zubewegen, enthalten Sie eine kinetische Energie und einen kinetischen Impuls.

Materialien werden mit Bindungskräften zusammengehalten, die auf feinster Ebene an die grundlegende elektromagnetische Kraft gebunden sind. Chemische Bindungen binden Materie miteinander und in größerem Maßstab kristalline Strukturen. Abhängig vom Material bestimmt die Art und Weise, wie es hergestellt wurde, und seine spezielle Geometrie eine Intra-Bindungskraft. Und obwohl Ziegel und Gipskarton chemisch eine gemeinsame Basis von $ \ mathrm {SiO_2} $ haben können, bewirkt die Art und Weise, wie sie hergestellt wurden, und ihre besondere Geometrie, dass der Ziegel eine signifikant größere innere Bindungskraft aufweist.

Wenn also Faust auf Oberfläche trifft, sagt die Erhaltung von Energie und Impuls, dass Energie und Impuls nach der Kollision irgendwohin gehen müssen. Nichts geht jemals verloren, man muss nur genau hinschauen, wohin es geht. Im Fall des Ziegels neigen die inneren Bindungskräfte dazu, den Ziegel zusammenzuhalten, und so neigt die Energie dazu, als elastische Kollision in Ihre Faust zurückzuspringen. Wenn Sie jedoch im Fall der Gipskartonplatte genau die richtige Menge an Energie und Impuls haben, kann es ausreichen, die inneren Kräfte zu überwinden, damit die Energie nicht zurückprallt. Sie haben eine unelastische Kollision.

Ich denke, Sie sollten Newtons 3. Gesetz in einem Rahmen betrachten, in dem die Kräfte ausgeglichen sind und sich der anfängliche Aufprallübergang eingestellt hat. z.B. Wenn Sie mit einer Kraft von 50 Pfund gegen die Wand schlagen, bewegt sich die Hand nicht in einer linearen Beschleunigung, selbst wenn Sie eine gute Muskelkontrolle haben und fast 50 Pfund auf Ihre Hand auftragen, da sie sich durch ein komplexes Skelett mit mehreren Freiheitsgraden kämpfen muss -Muskelsystem. Wenn Sie jedoch ignorieren, dass Ihre Faust gegen die Mauer schlägt, verlangsamt sie sich in vielen Schritten:

1- Weichgewebe, das Ihre Knochen bedeckt, wird komprimiert, fügt jedoch einen geringen Widerstand hinzu.
2- dann der vordere Teil Ihrer Knöchel, Bänder und Knochen.
3- dann mehr Schwung durch deinen Arm.
Das 3. Newtonsche Gesetz ist genau dann vollkommen gültig, wenn Sie nach dem Fühlen des Schmerzes immer noch 50 Pfund Kraft auf Ihrer Hand halten, wenn es zum Stillstand gekommen ist.
Die frühen Stadien der Aufprallkräfte sind noch nicht ausgeglichen. Weil ein Teil Ihrer Kraft darauf verwendet wird, Ihre Hand zu verlangsamen, und ein Teil auf die Mauer angewendet wird.

Das Gleiche passiert bei Trockenbau. Die Trockenbauwand kann nur einen Bruchteil Ihrer Kraft aufnehmen, bevor sie zusammenbricht. Wenn Sie jedoch nach dem Aufprall auf die Wand nicht aufhören und weiterhin 50 Pfund auftragen würden (was bedeutet, dass Sie mit einer Trockenbauwand am Ende Ihres Arms unbeholfen laufen müssten) und lassen es beschleunigt durch Newtons 2. Gesetz F = ma, dann reagiert die Trockenbauwand mit einer Kraft von 50 lbs in entgegengesetzter Richtung auf Ihre Hand!