Newton's 3rd Law Explained

নিউটনের তৃতীয় সূত্র। ওটা কে না জানে, প্রত্যেকটি ক্রিয়ারই একটি সমান ও বিপরীত মুখি প্রতিক্রিয়া রয়েছে।

এই সূত্রটা সবাই জানে এবং কিছুটা বুঝেও বটে, কিন্তু বিজ্ঞানের কোন একটা বিষয় আপনি কত ভাল বুঝেন সেটা এই নয় যে আপনি কতটুকু পরিমাণে সেই থিওরিটা জানেন, বরং সেটাই যে আপনি কত কত পরিস্থিতি ওই থিওরির সাপেক্ষে ব্যাখ্যা করছেন। এখন আমরা বিভিন্ন ক্ষেত্রে নিউটনের এই থার্ড ল এর প্রয়োগ দেখবো। তবে সবার আগে মনে রাখবেন ক্রিয়া ও প্রতিক্রিয়া বল দুইটা ভিন্ন বস্তুর উপরে কাজ করে।

উপরের ছবিটা দেখুন । এখানে একটা গতিশীল বল দেয়ালের দিকে যাচ্ছে । এক পর্যায়ে তাদের মাঝে সংঘর্ষ হবে এবং বলটা দেয়ালটাকে একটা বল প্রয়োগ করবে। তারপরে কি ঘটবে? নিউটনের সূত্র অনুসারে আমরা জানি বলটি দেয়ালকে যেই পরিমাণ বল দেবে দেয়ালও ঠিক সে পরিমান বল দেবে। বলটির প্রয়োগকৃত বলে দেয়ালের কিছুই হবে না , দেয়ালের কোন তরণ সৃষ্টি হবে না , কেননা সেই বল দেয়ালের তুলানায় খুব খুব নগণ্য। এখন দেয়াল যে বলটিকে একটা বিপরীত প্রতিক্রিয়া দেবে তার কারনে বলটি পেছনের দিকে সরে আসবে , অর্থাৎ বিপরীত দিকে একটি তরণ লাভ করবে , যা আমরা দেয়ালের দিকে বল ছুড়ে বুঝতে পারি , যে বলটা বাধা খেয়ে আবার ফিরে আসে। এখানে ক্রিয়া বলটা কাজ করে দেয়ালের উপরে আর প্রতিক্রিয়া বলটা কাজ করে ball এর উপরে। তবে মজার বিষয় ক্রিয়া বল তৈরি করে ball টি আর প্রতিক্রিয়া বল তৈরি করে wall টি ।

এবার মনে করুন আপনি আপনার হাতের ব্যাট টি দিয়ে একটি গাছে আঘাত করলেন, বেশ শক্তিশালী একটা গাছে , এরপরে কি হবে? গাছটি অনেক শক্তিশালী, আপনার ব্যাট দিয়ে প্রয়োগ করা ফোরসে গাছের কিছুই হবে না , নিউটনের তৃতীয় সূত্র অনুসারে গাছে বল প্রয়োগ করার জন্য গাছও তেমনিভাবে ব্যাটকে একই পরিমাণ এবং ঠিক বিপরীতমুখী একটা প্রতিক্রিয়া বল প্রয়োগ করবে, এতে ব্যাটটি ভেঙ্গেও যেতে পারে। বলা যায় না।

ব্যাট – ক্রিয়া বল তৈরি করে। কিন্তু এর উপরে কাজ করে প্রতিক্রিয়া বল।

গাছ – প্রতিক্রিয়া বল তৈরি করে , কিন্তু এর উপরে কাজ করে ক্রিয়া বল।

এবার মনে করুন আপনি যদি আপনার কোন বন্ধুর মুখে ঘুসি মারেন তখন আসলে কি হয়? আপনার হাত যেমন বন্ধুর মুখে একটা বল প্রয়োগ করছে, বন্ধুর মুখও ঠিক সে রকমভাবে আপনার হাতে একটা বল প্রয়োগ করছে । মুখ সেনসিটিভ জায়গা তাই আপনার বন্ধু হয়ত অনেক ব্যথা পাবে কিন্তু আপনার হাত শক্ত পোক্ত জায়গা একই পরিমাণ বিপরীত বলে আপনার হাতের কিছুই হবে না , এবার বলুন তো এখানে ক্রিয়া বল আর প্রতিক্রিয়া বল কে তৈরি করছে?

আবার মনে করুন আপনি কোন একটা বস্তুকে F বলে টানছেন , বস্তুটিও আপনাকে ঠিক সেই পরিমাণ বলে পেছনে টানবে।

এখন আমরা কয়েকটা মজার সমস্যা নিয়ে আলোচনা করি, মনে করুন আপনি আপনার কাঠের টেবিলের উপরে একটা বই রেখেছেন , বইটির ওজন ২০ নিউটন । সে টেবিলকে নিচের দিকে একটা বল প্রয়োগ করবে। টেবিলও বইটিকে উপরের দিকে একটা প্রতিক্রিয়া বল দেবে। যার মান ২০ নিউটন। বইয়ের প্রয়োগ করা ২০ নিউটন বলে বুঝলাম টেবিলের অনেক চাপ সহ্য করতে হচ্ছে। কিন্তু টেবিলের দেয়া ২০ নিউটনে বলে বইটির কোন তরণ হচ্ছে না কেন? বলুন তো ?

আবার মনে করুন একটি কাগজের টেবিলের উপরে বইটি রাখার সাথে সাথেই টেবিলটি ছিরে বইটি পরে গেল নিচে। এখানে কি বই কাগজের টেবিলকে তার ওজনের সমান বলই প্রয়োগ করেছে ? না কি তার চাইতে কম বেশিও প্রয়োগ করা চলে? আচ্ছা কাগজের টেবিলকে বইটি যেই বল দেয় , থার্ড ল অনুসারে, কাগজের টেবিলও ঠিক একই প্রতিক্রিয়া বল দেয় তবে, কাগজের টেবিলে বইটি স্থির হয় না কেন?

আর আমরা যে নিউটনের থার্ড ল তে প্রতিক্রিয়া বলের নাম ধরে চিৎকার চেঁচামেচি করছি এই প্রতিক্রিয়া বলটিই বা তৈরি হয় কি করে? এই প্রশ্ন গুলা নিয়েই পরের পর্ব লিখব , ততক্ষণে তোমরা ভাবতে থাক।

আগের পর্বে নিউটনের থার্ড ল নিয়ে কিছু কথা বলেছিলাম। আর কয়েকটা প্রশ্ন রেখে দিয়েছিলাম। তারমাঝে একটা একটা প্রশ্ন নিয়ে এখন আমরা আলোচনা করব। প্রথম প্রশ্নটা ছিল এরকম যে, আপনি আপনার কাঠের টেবিলের উপরে একটা বই রেখেছেন , বইটির ওজন ২০ নিউটন । সে টেবিলকে নিচের দিকে একটা বল প্রয়োগ করবে। টেবিলও বইটিকে উপরের দিকে একটা প্রতিক্রিয়া বল দেবে। যার মান ২০ নিউটন। বইয়ের প্রয়োগ করা ২০ নিউটন বলে বুঝলাম টেবিলের অনেক চাপ সহ্য করতে হচ্ছে। কিন্তু টেবিলের দেয়া ২০ নিউটনে বলে বইটির কোন তরণ হচ্ছে না কেন? যখন আপনি দেখবেন বল প্রয়োগ করার ফলেও বস্তুর কোন তরণ হয় না তখন বুঝবেন যে বস্তুর উপরে বিভিন্ন দিক থেকে আরও কতগুলো বল কাজ করছে। সব মিলিয়ে নেট বল শূন্য বলেই বস্তুর কোন তরণ হয় না। টেবিলের উপরে বই রাখার ফলে টেবিল বইটিকে যে প্রতিক্রিয়া বল দেয় সেই বলে কেন বইটির তরণ হয় না? কারণটা খুব সহজ। টেবিল বইটিকে যেই প্রতিক্রিয়া বল দিচ্ছে সেই বলটির দিক হচ্ছে উপরের দিকে আর বইয়ের প্রতি পৃথিবীর আকর্ষণ বল কাজ করে নিচের দিকে, উপরে আর নিচের এই বল শূন্য হওয়ায় বইয়ের উপরে কাজ করা নেট বলের মান শূন্য যার কারনে বইটি স্থির থাকে।

উপরের চিত্রে বইটির উপরে মহাকর্ষ বল এবং টেবিলের প্রতিক্রিয়া বল সমান বিপরীত মুখি বলেই টেবিলের প্রতিক্রিয়া সত্ত্বেও বইটি স্থির , কারণ তার উপরে নেট বল শূন্য ।

এবার আমাদের দ্বিতীয় প্রশ্ন – কাগজের টেবিলের উপরে বইটি রাখার ফলে কাগজের টেবিলটি ছিরে যায় কেন ? বইটিকে ধরে রাখতে হলে, কাগজের টেবিলটির উপরের দিকে বইকে একধরনের চাপ দিতে হবে, বা বল দিতে হবে (একটা নির্দিষ্ট ক্ষেত্রফল জুড়ে) , যেই বলটি আসে তড়িৎচুম্বকীয় বল থেকে। বইয়ের ওজনের সমান বল দেয়ার মত সামর্থ্য বা তড়িৎচুম্বকীয় বল উৎপন্ন করার ক্ষমতা টেবিলটির নেই বলে টেবিলটি ছিরে যায়, আর বইটি নিচে পরে যায় । তবে বইটি টেবিল যতটুকু তরিত চুম্বক বল সাপ্লাই করতে পারে ঠিক সেই পরিমাণ একটা বল প্রয়োগ করবে টেবিলের উপরে , টেবিলও তার চূড়ান্ত সামর্থ্য দিয়ে প্রতিক্রিয়া বল দেবে টেবিলের উপরে। এখানে একটা কথা মনে রাখবেন, বইটি তার পুরো ওজনের সমান বল কাগজের টেবিলের উপরে প্রয়োগ করেনি , ঠিক একইভাবে টেবিলও শুধুমাত্র তার উপরে বই যতটুকু বল দিয়েছে ততটুকুরেই প্রতিক্রিয়া বল দেবে, যা টেবিলের চূড়ান্ত সীমা। নিচের দিকে নেট বল হওয়ায় বইটি নিচে পরে যাবে। এখন আমরা আলোচনা করব শেষ প্রশ্ন নিয়ে, প্রতিক্রিয়া বল তৈরি হয় কি করে? তার আগে একটা প্রশ্ন নিয়ে কথা বলি, আমরা কি কোন কিছুকে স্পর্শ করতে পারি? আমার সরাসরি উত্তর হচ্ছে – ‘না’ আমরা কোন কিছুকে স্পর্শ করতে পারি না । টেবিলের উপরে রাখা বই কখনও টেবিলকে স্পর্শ করেনা , টেবিলও বইকে স্পর্শ করে না , কোন কিছুই কোন কিছুকে স্পর্শ করে না। কোন কিছুকেই না কি স্পর্শ করা যায় না । এই ভয়ঙ্কর কথাটা সবাই কেন মেনে নেবে ? কেউ বললেই হবে?

নাহ , আসলে এই কারণে না । কোন কিছুই যে কোন কিছুকে স্পর্শ করে না সেটা আমরা অনেক আগে থেকেই জানি । বিজ্ঞান আমাদের বলেছে ।

আগে ক্লিয়ার করে নেই স্পর্শ বলতে আমরা কি বুঝি ?

কোন একটি বস্তু আমরা স্পর্শ করেছি । এটি দ্বারা আমরা বুঝিয়ে থাকি, ওই বস্তুর প্রান্তীয় অণু আমার হাতের প্রান্তীয় অণু একত্র গায়ে গায়ে লেগে আছে । আসলে স্পর্শ বলতে যদি আমরা এটা বুঝাই তবে আমরা অনেক বড় ভুল করেছি । কারন এটা স্পর্শ হলে আমরা কোন কিছুকেই স্পর্শ করতে পারি না ।

মনে করুন টেবিলের উপরে আপনি একটা বই রেখেছেন । এর মানে কি টেবিলের প্রান্তীয় পরমাণু বইয়ের প্রান্তীয় পরমাণুর সাথে গায়ে গায়ে লেগে আছে ? না ।

একটা জিনিস চিন্তা করুন , আপনি যখন বইটা টেবিলের উপরে রাখছেন তখন টেবিলের প্রান্তীয় পরমাণু বইয়ের প্রান্তীয় পরমাণুর কাছাকাছি চলে এসেছে কিন্তু স্পর্শ করে নি । তারা একে অপরের গায়ে গায়ে লেগে যায় নি । কারন টেবিলের পরমাণুর বাহিরের দিকে আছে ইলেকট্রনের মেঘ । অপরদিকে বইয়ের পরমাণুর বাহিরের দিকেও আছে ইলেকট্রন মেঘ । যখন বইটা টেবিলের উপরে রাখছেন তখন এই ইলেকট্রন গুলা কাছাকাছি চলে আসছে । কুলম্বের নীতি অনুসারে আমরা জানি তারা যত কাছে আসবে ইলেকট্রনের মধ্যবর্তী বিকর্ষণ বল তত বেশি হবে । দূরত্ব যদি শূন্যের দিকে যেতে থাকে তবে বিকর্ষণ বল অসীমের দিকে যেতে থাকবে । অর্থাৎ অসীম একটা বল বাধা দিচ্ছে যেন কেউ কাউকে স্পর্শ না করে । গায়ে গায়ে লেগে না যায় । কোন বস্তুই আসলে কোন বস্তুকে স্পর্শ করতে পারে না তবে ইলেকট্রনের মেঘের আংশিক সমপাতিত হতে পারে। কিন্তু পুরোপুরিভাবে কখনই নয় । কুলম্বের বল আর পাউলির অপবর্জন ভিত্তিক নীতি সেটা কখনই হতে দেবে না । আমরা যে নিউটনের থার্ড ল তে প্রতিক্রিয়া বল প্রতিক্রিয়া বল করে চিৎকার করি এটাই আমাদের সেই প্রতিক্রিয়া বল । আমাদের কাগজের টেবিলের উদাহরণটা আবার দিতে পারি। ধরুন আপনি একটা কাগজের টেবিল বানালেন , এরপর এর উপরে অনেক ভারি একটা বস্তু রাখলেন । কাগজের তৈরি টেবিল ছিরে বস্তুটা নিচে পরে গেল । এখানে আসলে কি হয়েছে ? ভারি বস্তুটা কাগজের টেবিলকে তার ওজনের কারণে নিচের দিকে একটা বল প্রয়োগ করে । অপরদিকে টেবিলটাও একই কাজ করে । ভারি বস্তুকে তার বলের সমান ও বিপরীত মুখি বল প্রয়োগ করে । দুইটা বল দুইটা ভিন্ন বস্তুতে কাজ করছে । অতএব এখানে লব্ধি শুন্য হবার ব্যাপারটা খাটবে না । তাই না ?

ভারি বস্তুর প্রয়োগ করা বলে টেবিলের অবস্থা কাহিল । সে ছিরে গেল । আর অন্য দিকে টেবিলের দেয়া একই পরিমাণ বলে ভারি বস্তুর কিছুই হয় নাই । সে তার নিজের মতই টেবিলটাকে ভেঙ্গে দিয়ে নিচে পরছে । এখানে আসলে যেই ব্যাপারটা ঘটছে সেটা হল টেবিলটাকে ভারি বস্তু যেই বল দিচ্ছে সেই পরিমাণ তড়িৎ বিকর্ষণ বল প্রয়োগ করে নিজের উপরে ভারি বস্তুকে ভাসিয়ে রাখার ক্ষমতা টেবিলের নেই । তাই বলে কি সে ওই বস্তুর ইলেকট্রনদের সাথে নিজের ইলেকট্রনের সংস্পর্শ ঘটাবে ? মোটেই না । বরং টেবিলের ইলেকট্রনগুলো তার সমস্ত পরমাণু সহ পালিয়ে যাবে । যার পক্ষে যেদিকে পালানো সম্ভব হয় ।

তাই আমরা বলতে পারি কোন কিছুই আসলে কোন কিছুকে স্পর্শ করতে পারে না । এবং আমরা যখন চেয়ারে বসে থাকি তখন আসলে আমাদের শরির চেয়ারকে স্পর্শ করে না , বরং চেয়ার আর আমার মধ্যবর্তী ইলেক্ট্রনীয় বিকর্ষণ আমাদের চেয়ারের উপরে ভাসিয়ে রাখে। সহজ কথায় স্পর্শে বাধা প্রদানকারী এই তরিত চুম্বকীয় বলই আসলে নিউটনের প্রতিক্রিয়া বল।

Newton's Third Law has been, over the multitude of years, been stated in many ways. The shortest way we know it today is:

For every action, there is an equal and opposite reaction.

Some websites state it as follows:

When one body exerts a force on a second body, the second body simultaneously exerts a force equal in magnitude and opposite in direction on the first body.

One from of the original formulation, translated to English, states:

To every action there is always opposed an equal reaction: or the mutual actions of two bodies upon each other are always equal, and directed to contrary parts.

All of these are trying to communicate that there is always an action-reaction pair of forces. Continue below for examples.

The standard example is walking. When we use our feet to push the floor, if there was no reaction force, our feet would just plunge through the floor. In fact, this is why we can stand on the Earth! A person's gravitational force (i.e. weight) applies a force on the ground and a normal force is applied by the ground to the person.

He can clearly pull the box with a rope like we always do. The trouble is the following. The donkey forgot that the two forces that he took into consideration are acting on different objects. The forward force is exerted on the sled, whereas the backward force is exerted on the donkey. Thus, the box could accelerate and we would have to use Newton's Second Law on the box to compute the acceleration of the box.

Best Film on Newton's Third Law. Ever.

Newton's third law can be depicted by using few simple words- Every action there is equal to opposite reaction But these few words have the power to dominate our whole universe. Every interaction in our universe must obey newton's third law.

If we want to get more insight about Newton's third law, we can detach it into six particular statements. We have assumed that you have basic conception about the definition of force.

1. Action and reaction have same magnitude.
2. Action and reaction are opposite in direction.
3. Action and reaction work on two different bodies.
4. Action and reaction work simultaneously.
5. Action and reaction are same kind of forces.

6.Action and reaction work along a common straight line.

Example of 1st statement: If someone punches you in the face and you can't take revenge back, there is no cause to be disappointed. Because physics says, if he applies 100 N force on your face by punching, your face will give the same amount of force on his hand.

Example of 2nd statement: Force is a vector. If the gravitational force on apple due to the earth works along the negative 'Y' axis, the gravitational force on earth due to apple will work along positive 'Y' axis.

Example of 3rd statement: In our 2nd example of earth and apple system, action works on earth and reaction works on apple. There is no obligation to choose which one should be action and which one should be reaction between these two forces. You are free to choose it. We can also say that action works on apple and reaction works on earth. But the main theme is that action and reaction work on two different objects.

Example of 4th statement : If you turn away from pushing your car forward, your car will also finish to push you backward simultaneously. Action and reaction appear simultaneously and disappear simultaneously too.

Example of 5th statement: There are four fundamental forces in our universe. All interactions in our universe are nothing but these four fundamental forces. In our first example of punching or our third example of pushing car are the effect of electromagnetic force. Action and reaction of those two cases are electromagnetic force.

In our second example of apple and earth system, the action and reaction both are gravitational force. In universe, you will never find any event where action and reaction are two different form of forces. For instance, action is gravitational force and reaction is electromagnetic force. This will never happen.

Example of 6th statement : Action and reaction work along a common straight line. We know that action and reaction are opposite in direction. They are opposite vectors. It may happen that two vectors are opposite in direction on a same plane but don't lie on the same straight line. They can be just parallel with each other. But whenever we are talking about action and reaction case, these two forces work along a common straight line but opposite in direction.