Da Sir Isaac Newton offentliggjorde Philosophiae Naturalis Principia Mathematica i 1687 ændrede han fysikens verden for evigt. Newtons arbejde er rygraden i klassisk mekanik, nyttigt til at beskrive alt fra bevægelse af planeter omkring solen til den bevægelse, du møder i dit daglige liv.
Især Newtons tre love om bevægelse beskrive ”hverdagens” bevægelse, der bygger på værker fra dem som Aristoteles og Galileo for at give en præcis matematisk formulering af nogle af de mest grundlæggende fysiske love.
Mens kvantemekanik og Einsteins teori om speciel relativitet er nødvendig for nøjagtigt at beskrive bevægelsen af subatomær partikler eller meget store eller hurtige genstande, Newtons bevægelseslove bruges stadig af forskere i dag uden for disse ekstremer situationer.
Newtons første bevægelseslov
Det første lov, som defineret i Physics Classroom, hedder det: ”Et objekt i hvile forbliver i ro og et objekt i bevægelse forbliver i ensartet bevægelse med samme hastighed og i samme retning, medmindre det handles af en ubalanceret kraft."
Det kaldes undertiden inertiloven fordi det beskriver et objekts tendens til at forblive uændret (uanset om de bevæger sig eller er stille), medmindre en ekstern kraft påføres. Bemærk, at du har brug for en "ubalanceret" kraft for at ændre et objekts hastighed; to kræfter med samme styrke, der skubber i modsatte retninger, annullerer simpelthen hinanden.
Dette kan virke underligt på Jorden, fordi alt, hvad der bevæger sig, til sidst hviler, men dette skyldes kun ting som friktionskraft og luftmodstand. Hvis du tager foden af speederen i en bil, vil den til sidst rulle til et stop på grund af disse ubalancerede kræfter - du skal holde foden på gaspedalen for at afbalancere kræfterne og fortsætte ved en konstant hastighed. Hvis du skubber en genstand i rummet (langt væk fra tyngdekilder), vil den fortsætte med at bevæge sig i en lige linje med samme hastighed, indtil den støder på en anden kraft.
Tips
En genstand bevæger sig med en konstant hastighed eller forbliver stille, når der ikke påføres nogen nettokraft på den.
Newtons anden bevægelseslov
Det anden lov vedrører nettokraft Fnet påføres et objekt på produktet af objektets masse m og resulterende acceleration -en. Den 2. lov er matematisk angivet som:
F_ {net} = ma
I ord, netkraft er lig med masse gange acceleration. Så hvis du anvender en nettokraft på 1 newton (1 N) på et objekt med en 1 kg masse, får du det til at accelerere med 1 m / s2 så længe kraften påføres. Loven er mere præcist angivet som:
\ bm {F_ {net}} = m \ bm {a}
Federen anerkender det kraft og acceleration er vektorer fordi styrken og accelerationen er vigtig, såvel som deres størrelser. I praksis vil der være flere komponenter af hver i forskellige retninger, og du skal bruge vektoraddition for fuldt ud at beskrive objekternes kræfter og bevægelse i to eller tre dimensioner.
Dette forklarer, hvad en "ubalanceret" kraft er: en 5 N kraft i x retning ville blive annulleret af en 5 N kraft i -x retning, men hvis den anden styrke var i y retning, ville de kombineres til en nettokraft og producere bevægelse (dvs. acceleration) i en retning, du kan regne ud fra komponenterne.
Newtons tredje bevægelseslov
Newtons tredje lov bliver ofte angivet som "for hver handling er der en lige og modsat reaktion", men en mere præcis formulering ville være: hvis en objekt udøver en kraft på et andet objekt, det andet objekt udøver en styrke af samme størrelse og modsat retning på den første objekt.
Med andre ord, alle kræfter i universet kommer parvis, fra det skub, du føler, når du prøver skubbe en mur til trækket Jorden giver solen som svar på tyngdekraftens træk fra solen på Jorden.
Den bedste måde at forstå dette er ved at tænke på normal kraft. Når en genstand hviler på jorden, udøver den en nedadgående kraft på jorden på grund af tyngdekraften (dens vægt), og gulvet udøver en opadgående kraft på genstanden af nøjagtig samme størrelse, kendt som den normale kraft. Uden dette ville objektet fortsætte med at accelerere ned mod midten af Jorden, hvilket du helt sikkert vil bemærke næste gang du forsøgte at sidde på en stol!
Når du går, skubber dine fødder ned på gulvet og gulvet skubber tilbage op mod dine fødder i overensstemmelse med Newtons tredje lov, som hjælper med at drive dig fremad.
