Ο Isaac Newton έδωσε την καλύτερη περιγραφή των δεσμών μεταξύ δύναμης και κίνησης στους τρεις διάσημους νόμους του, και η εκμάθηση γι 'αυτούς είναι ένα κρίσιμο μέρος της εκμάθησης της φυσικής. Σας λένε τι συμβαίνει όταν μια δύναμη εφαρμόζεται σε μια μάζα και επίσης ορίζουν τη βασική έννοια της δύναμης. Αν θέλετε να κατανοήσετε τη σχέση μεταξύ δύναμης και κίνησης, οι δύο πρώτοι νόμοι του Νεύτωνα είναι οι πιο σημαντικοί που πρέπει να λάβετε υπόψη και είναι εύκολο να το αντιμετωπίσετε. Εξηγούν ότι οποιαδήποτε αλλαγή από μετακίνηση σε μη κίνηση ή αντίστροφα απαιτεί μια μη ισορροπημένη δύναμη και ότι το Η ποσότητα κίνησης είναι ανάλογη με το μέγεθος της δύναμης και αντιστρόφως ανάλογη με τη μάζα του αντικειμένου.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Εάν δεν υπάρχει δύναμη, ή εάν οι μόνες δυνάμεις είναι απόλυτα ισορροπημένες, ένα αντικείμενο είτε θα παραμείνει ακίνητο είτε θα συνεχίσει να κινείται με την ίδια ακριβώς ταχύτητα. Μόνο οι μη ισορροπημένες δυνάμεις προκαλούν αλλαγές στην ταχύτητα ενός αντικειμένου, συμπεριλαμβανομένης της αλλαγής της ταχύτητάς του από το μηδέν (δηλαδή, στατικό) σε περισσότερο από το μηδέν (κίνηση).
Ο πρώτος νόμος του Νεύτωνα: Μη ισορροπημένες δυνάμεις και κίνηση
Ο πρώτος νόμος του Νεύτωνα λέει ότι ένα αντικείμενο είτε θα παραμείνει σε ηρεμία (όχι σε κίνηση) είτε σε κίνηση στο ακριβώς την ίδια ταχύτητα και στην ίδια ακριβώς κατεύθυνση, εκτός εάν ενεργοποιείται από ένα «μη ισορροπημένο» δύναμη. Με απλούστερους όρους, λέει ότι κάτι κινείται μόνο αν κάτι το ωθεί, και ότι τα πράγματα σταματούν, αλλάζουν κατεύθυνση ή αρχίζουν να κινούνται γρηγορότερα αν κάτι το ωθεί.
Η κατανόηση της έννοιας της «μη ισορροπημένης δύναμης» αποσαφηνίζει αυτόν τον νόμο. Εάν δύο δυνάμεις δρουν σε ένα αντικείμενο, η μία σπρώχνει προς τα αριστερά και η άλλη την σπρώχνει προς τα δεξιά, θα κινηθεί μόνο εάν μια από τις δυνάμεις είναι μεγαλύτερη από την άλλη. Αν έχουν ακριβώς την ίδια δύναμη, το αντικείμενο θα παραμείνει εκεί που είναι.
Ένας τρόπος να το φανταστείτε αυτό είναι να σκεφτείτε ένα σύνολο κλιμάκων, με βάρη και στις δύο πλευρές του. Τα βάρη τραβιούνται από τη βαρύτητα και το μόνο πράγμα που επηρεάζει πόση βαρύτητα τα τραβάει είναι πόση μάζα υπάρχει. Εάν έχετε την ίδια ποσότητα μάζας και στις δύο πλευρές, η κλίμακα παραμένει ακίνητη. Η κλίμακα κινείται μόνο εάν την κάνετε κυριολεκτικά ανισορροπημένη ως προς τη μάζα. Η διαφορά στις μάζες σημαίνει ότι οι δυνάμεις που δρουν και στις δύο πλευρές της κλίμακας είναι ανισορροπημένες και έτσι η κλίμακα κινείται.
Το να φαντάζεσαι σταθερή κίνηση με την ίδια ταχύτητα είναι πιο δύσκολο γιατί δεν το συναντάς στην καθημερινή ζωή. Σκεφτείτε τι θα συνέβαινε αν είχατε ένα αυτοκίνητο παιχνιδιού καθισμένο σε μια ομαλή (χωρίς τριβή) επιφάνεια και δεν υπήρχε αέρας στο δωμάτιο. Το αυτοκίνητο θα παραμείνει ακίνητο εκτός και αν το σπρώχτηκε, όπως περιγράφεται παραπάνω. Αλλά τι συμβαίνει μετά την ώθηση; Δεν υπάρχει τριβή με την επιφάνεια για να την επιβραδύνει και δεν υπάρχει αέρας για να την επιβραδύνει. Η επιφάνεια εξισορροπεί τη δύναμη της βαρύτητας (από κάτι που ονομάζεται «κανονική αντίδραση», που σχετίζεται με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα) και δεν υπάρχουν δυνάμεις που να ενεργούν από την αριστερή ή τη δεξιά. Σε αυτήν την περίπτωση, το αυτοκίνητο θα συνεχίσει να κινείται με την ίδια ταχύτητα κατά μήκος της επιφάνειας. Εάν η επιφάνεια ήταν απείρως μακριά, το αυτοκίνητο θα συνεχίσει να κινείται με αυτήν την ταχύτητα για πάντα.
Ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα: Τι είναι η Δύναμη;
Ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα ορίζει την έννοια της δύναμης. Αναφέρει ότι η δύναμη που ασκείται σε ένα αντικείμενο είναι ίση με τη μάζα του πολλαπλασιαζόμενη με την επιτάχυνση που προκαλεί η δύναμη. Σε σύμβολα, αυτό είναι:
F = μα
Η μονάδα δύναμης είναι ο Νεύτωνας - για να αναγνωρίσει το άτομο που το καθόρισε - που είναι ένας στενός τρόπος να λένε χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο τετράγωνο (kg m / s2). Εάν έχετε μάζα 1 kg και θέλετε να την επιταχύνετε κατά 1 m / s κάθε δευτερόλεπτο, πρέπει να ασκήσετε δύναμη 1 N.
Η σύνταξη του νόμου του Νεύτωνα με τον ακόλουθο τρόπο βοηθά στην αποσαφήνιση της σχέσης μεταξύ δύναμης και κίνησης:
Η επιτάχυνση, στα αριστερά, μας λέει πόσο κινείται κάτι. Η δεξιά πλευρά δείχνει ότι μια μεγαλύτερη δύναμη οδηγεί σε περισσότερη κίνηση εάν η μάζα του αντικειμένου είναι η ίδια. Εάν εφαρμοστεί μια συγκεκριμένη δύναμη, αυτή η εξίσωση δείχνει επίσης ότι το ποσό της επιτάχυνσης εξαρτάται από τη μάζα που προσπαθείτε να μετακινήσετε. Ένα μεγαλύτερο, βαρύτερο αντικείμενο κινείται λιγότερο από ένα μικρότερο, ελαφρύτερο αντικείμενο που υπόκειται στο ίδιο μέγεθος ώθησης. Εάν κλωτσήσετε μια μπάλα ποδοσφαίρου, θα κινηθεί πολύ περισσότερο από ό, τι αν κλωτσήσετε μια μπάλα μπόουλινγκ με την ίδια δύναμη.