Όταν ο Sir Isaac Newton δημοσίευσε Philosophiae Naturalis Principia Mathematica το 1687, άλλαξε τον κόσμο της φυσικής για πάντα. Το έργο του Νεύτωνα είναι η ραχοκοκαλιά του κλασική μηχανική, χρήσιμο για την περιγραφή όλων, από την κίνηση των πλανητών γύρω από τον ήλιο έως την κίνηση που συναντάτε στην καθημερινή σας ζωή.
Συγκεκριμένα, το Newton's τρεις νόμους κίνησης περιγράψτε την «καθημερινή» κίνηση, βασιζόμενη σε έργα από αυτούς όπως ο Αριστοτέλης και ο Γαλιλαίος για να δώσετε μια ακριβή μαθηματική διατύπωση ορισμένων από τους πιο θεμελιώδεις νόμους της φυσικής.
Ενώ η κβαντική μηχανική και η θεωρία της ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν απαιτούνται για την ακριβή περιγραφή της κίνησης των υποατομικών σωματίδια ή πολύ μεγάλα ή γρήγορα κινούμενα αντικείμενα, οι νόμοι κίνησης του Νεύτωνα εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται από επιστήμονες σήμερα εκτός αυτών των ακραίων καταστάσεις.
Ο πρώτος νόμος της κίνησης του Νεύτωνα
ο πρώτος νόμος, όπως ορίζεται από την τάξη φυσικής, δηλώνει ότι: «Ένα αντικείμενο σε κατάσταση ηρεμίας παραμένει σε κατάσταση ηρεμίας και ένα αντικείμενο σε κίνηση παραμένει σε ομοιόμορφη κίνηση με την ίδια ταχύτητα και προς την ίδια κατεύθυνση, εκτός εάν ενεργεί από ένα μη ισορροπημένο δύναμη."
Μερικές φορές καλείται ο νόμος της αδράνειας επειδή περιγράφει την τάση ενός αντικειμένου να παραμένει αμετάβλητο (είτε κινείται είτε ακίνητο) εκτός εάν εφαρμόζεται εξωτερική δύναμη. Σημειώστε ότι χρειάζεστε μια "μη ισορροπημένη" δύναμη για να αλλάξετε την ταχύτητα ενός αντικειμένου. δύο δυνάμεις ισοδύναμης ώθησης προς αντίθετες κατευθύνσεις απλώς θα ακυρώσουν η μία την άλλη.
Αυτό μπορεί να φαίνεται περίεργο στη Γη επειδή όλα που κινούνται τελικά έρχονται σε ηρεμία, αλλά αυτό οφείλεται μόνο σε πράγματα όπως η δύναμη τριβής και η αντίσταση στον αέρα. Εάν βγείτε από το γκάζι σε ένα αυτοκίνητο, θα σταματήσει τελικά λόγω αυτού μη ισορροπημένες δυνάμεις - θα πρέπει να κρατήσετε το πόδι σας στο πεντάλ αερίου για να ισορροπήσετε τις δυνάμεις και να συνεχίσετε σε ένα σταθερή ταχύτητα. Εάν σπρώξατε ένα αντικείμενο στο διάστημα (μακριά από πηγές βαρύτητας), θα συνέχιζε να κινείται σε ευθεία γραμμή με την ίδια ταχύτητα μέχρι να συναντήσει άλλη δύναμη.
Συμβουλές
Ένα αντικείμενο κινείται με σταθερή ταχύτητα ή παραμένει ακίνητο όταν δεν υπάρχει καθαρή δύναμη σε αυτό.
Ο δεύτερος νόμος της κίνησης του Νεύτωνα
ο δεύτερος νόμος σχετίζεται με την καθαρή δύναμη φάκαθαρά εφαρμόζεται σε ένα αντικείμενο στο προϊόν της μάζας του αντικειμένου Μ και προκύπτουσα επιτάχυνση ένα. Ο 2ος νόμος αναφέρεται μαθηματικά ως:
F_ {net} = ma
Σε λέξεις, καθαράδύναμη ισούται με επιτάχυνση μάζας. Έτσι, εάν εφαρμόσετε μια καθαρή δύναμη 1 newton (1 N) σε ένα αντικείμενο με μάζα 1 kg, θα το προκαλέσετε να επιταχυνθεί στα 1 m / s2 για όσο διάστημα εφαρμόζεται η δύναμη. Ο νόμος αναφέρεται με μεγαλύτερη ακρίβεια ως:
\ bm {F_ {net}} = m \ bm {α}
Το έντονο το αναγνωρίζει η δύναμη και η επιτάχυνση είναι διανύσματα επειδή η κατεύθυνση της δύναμης και της επιτάχυνσης είναι εισαγωγές, καθώς και τα μεγέθη τους. Στην πράξη θα υπάρχουν πολλαπλάσια συστατικά καθένα σε διαφορετικές κατευθύνσεις, και πρέπει να χρησιμοποιήσετε την προσθήκη φορέα για να περιγράψετε πλήρως τις δυνάμεις και την κίνηση των αντικειμένων σε δύο ή τρεις διαστάσεις.
Αυτό εξηγεί τι είναι μια «μη ισορροπημένη» δύναμη: μια δύναμη 5 Ν στο Χ κατεύθυνση θα ακυρωθεί από μια δύναμη 5 Ν στο -Χ κατεύθυνση, αλλά αν η δεύτερη δύναμη ήταν στο ε κατεύθυνση, θα συνδυαστούν σε μια καθαρή δύναμη και θα παράγουν κίνηση (δηλαδή, επιτάχυνση) σε μια κατεύθυνση που μπορείτε να επεξεργαστείτε από τα εξαρτήματα.
Ο τρίτος νόμος της κίνησης του Νεύτωνα
Νιούτον τρίτος νόμος αναφέρεται συχνά ως «για κάθε δράση υπάρχει μια ίση και αντίθετη αντίδραση», αλλά μια πιο ακριβής διατύπωση θα ήταν: εάν το αντικείμενο ασκεί μια δύναμη σε ένα δεύτερο αντικείμενο, το δεύτερο αντικείμενο ασκεί μια δύναμη ίσου μεγέθους και αντίθετης κατεύθυνσης στο πρώτο αντικείμενο.
Με άλλα λόγια, όλες οι δυνάμεις στο σύμπαν έρχονται σε ζεύγη, από την ώθηση προς τα πίσω που νιώθετε όταν προσπαθείτε σπρώξτε έναν τοίχο στο ρυμουλκό που η Γη δίνει στον ήλιο ως απάντηση στο βαρυτικό ρυμουλκό του ήλιου Γη.
Ο καλύτερος τρόπος για να το κατανοήσετε είναι να σκεφτείτε το κανονική δύναμη. Όταν ένα αντικείμενο στηρίζεται στο έδαφος, ασκεί μια προς τα κάτω δύναμη στο έδαφος λόγω της βαρύτητας (του βάρος), και το δάπεδο ασκεί δύναμη προς τα πάνω στο αντικείμενο ακριβώς του ίδιου μεγέθους, γνωστό ως κανονική δύναμη. Χωρίς αυτό, το αντικείμενο θα συνεχίσει να επιταχύνεται προς το κέντρο της Γης, το οποίο σίγουρα θα παρατηρούσατε την επόμενη φορά που θα προσπαθήσετε να καθίσετε σε μια καρέκλα!
Όταν περπατάτε, τα πόδια σας σπρώχνουν προς τα κάτω στο πάτωμα και στο πάτωμα σπρώχνει προς τα πίσω στα πόδια σας σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, ο οποίος σας βοηθά να σας προωθήσει.
