Als Sir Isaac Newton veröffentlichte Philosophiae Naturalis Principia Mathematica 1687 veränderte er die Welt der Physik für immer. Newtons Arbeit ist das Rückgrat von klassische Mechanik, nützlich, um alles zu beschreiben, von der Bewegung der Planeten um die Sonne bis hin zu den Bewegungen, denen Sie in Ihrem täglichen Leben begegnen.
Insbesondere Newtons drei Bewegungsgesetze beschreiben „alltägliche“ Bewegungen, aufbauend auf Werken wie Aristoteles und Galilei, um eine präzise mathematische Formulierung einiger der grundlegendsten Gesetze der Physik zu geben.
Während die Quantenmechanik und Einsteins spezielle Relativitätstheorie benötigt werden, um die Bewegung der subatomaren Teilchen oder sehr große oder sich schnell bewegende Objekte, Newtons Bewegungsgesetze werden auch heute noch von Wissenschaftlern außerhalb dieser Extreme verwendet Situationen.
Newtons erstes Bewegungsgesetz
Das erstes Gesetz, wie vom Physik-Klassenzimmer definiert, besagt: „Ein Objekt in Ruhe bleibt in Ruhe und ein Objekt in Bewegung in bleibt in gleichförmiger Bewegung mit der gleichen Geschwindigkeit und in die gleiche Richtung, es sei denn, es wird von einer unausgeglichenen Macht."
Es heißt manchmal das Gesetz der Trägheit weil es die Tendenz eines Objekts beschreibt, unverändert zu bleiben (ob es sich bewegt oder stillsteht), es sei denn, eine externe Kraft wird angewendet. Beachten Sie, dass Sie eine „unausgeglichene“ Kraft benötigen, um die Geschwindigkeit eines Objekts zu ändern. zwei Kräfte gleicher Stärke, die in entgegengesetzte Richtungen stoßen, heben sich einfach gegenseitig auf.
Dies mag auf der Erde seltsam erscheinen, weil alles, was sich bewegt, irgendwann zur Ruhe kommt, aber das liegt nur an Dingen wie Reibungskraft und Luftwiderstand. Wenn Sie in einem Auto den Fuß vom Gas nehmen, kommt es dadurch irgendwann zum Stehen unausgeglichene Kräfte – Sie müssen den Fuß auf dem Gaspedal halten, um die Kräfte auszugleichen und mit einem weiterzumachen konstante Geschwindigkeit. Wenn Sie ein Objekt in den Weltraum schieben (weit weg von Gravitationsquellen), würde es sich mit derselben Geschwindigkeit geradlinig weiterbewegen, bis es auf eine andere Kraft stößt.
Tipps
Ein Objekt bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit oder bleibt ruhig, wenn keine Nettokraft auf es ausgeübt wird.
Newtons zweites Bewegungsgesetz
Das zweites Gesetz bezieht sich auf die Nettokraft FNetz auf ein Objekt angewendet auf das Produkt der Masse des Objekts ich und resultierende Beschleunigung ein. Der 2. Hauptsatz wird mathematisch ausgedrückt als:
F_{net}=ma
In Worten, NetzKraft gleich Masse mal Beschleunigung. Wenn Sie also eine Nettokraft von 1 Newton (1 N) auf ein Objekt mit einer Masse von 1 kg ausüben, beschleunigen Sie es mit 1 m/s2 solange die Kraft ausgeübt wird. Das Gesetz lautet genauer:
\bm{F_{net}}=m\bm{a}
Der Fettdruck bestätigt, dass Kraft und Beschleunigung sind Vektoren denn die Richtung der Kraft und Beschleunigung sind wichtig, ebenso wie deren Größe. In der Praxis wird es mehrere geben Komponenten von jedem in verschiedene Richtungen, und Sie müssen die Vektoraddition verwenden, um die Kräfte und Bewegungen von Objekten in zwei oder drei Dimensionen vollständig zu beschreiben.
Dies erklärt, was eine „unausgeglichene“ Kraft ist: eine Kraft von 5 N im x Richtung würde durch eine Kraft von 5 N in der -x Richtung, aber wenn die zweite Kraft in der ja Richtung, würden sie sich zu einer Nettokraft verbinden und eine Bewegung (d. h. Beschleunigung) in eine Richtung erzeugen, die Sie aus den Komponenten berechnen können.
Newtons drittes Bewegungsgesetz
Newtons drittes Gesetz wird oft gesagt als „für jede Aktion gibt es eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion“, aber eine genauere Formulierung wäre: wenn ein Objekt übt auf ein zweites Objekt eine Kraft aus, das zweite Objekt übt auf das erste eine gleich große und entgegengesetzte Kraft aus Objekt.
Mit anderen Worten, alle Kräfte im Universum treten paarweise auf, durch den Rückstoß, den Sie fühlen, wenn Sie es versuchen schieben Sie eine Wand in den Zug, den die Erde der Sonne als Reaktion auf den gravitativen Zug der Sonne an der Erde.
Der beste Weg, dies zu verstehen, ist, über die normale Kraft. Wenn ein Objekt auf dem Boden ruht, übt es aufgrund der Schwerkraft eine nach unten gerichtete Kraft auf den Boden aus (seine Gewicht) und der Boden übt auf das exakt gleich große Objekt eine nach oben gerichtete Kraft aus, die sogenannte Normalkraft. Ohne dies würde das Objekt weiter in Richtung Erdmittelpunkt beschleunigen, was Sie beim nächsten Versuch, auf einem Stuhl zu sitzen, definitiv bemerken würden!
Beim Gehen drücken deine Füße auf den Boden und den Boden drückt sich wieder gegen deine Füße nach Newtons drittem Gesetz, das Sie vorwärts bringt.