Isaac Newton három híres törvényében a legjobban leírta az erő és a mozgás kapcsolatát, és ezek megismerése a fizika tanulásának döntő része. Elmondják, mi történik, ha egy tömegre erő hat, és meghatározzák az erő kulcsfogalmát is. Ha meg akarja érteni az erő és a mozgás kapcsolatát, Newton törvényeinek első két fontosságát figyelembe kell venni, és ezeket könnyű kezelni. Megmagyarázzák, hogy bármilyen változás a mozgásról a nem mozgásra vagy fordítva, kiegyensúlyozatlan erőt igényel, és hogy a a mozgás mennyisége arányos az erő nagyságával és fordítva arányos a tárgy tömegével.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
Ha nincs erő, vagy ha az egyetlen erő tökéletesen kiegyensúlyozott, akkor egy tárgy vagy mozdulatlan marad, vagy pontosan ugyanolyan sebességgel mozog tovább. Csak a kiegyensúlyozatlan erők okozzák az objektum sebességének változását, ideértve a sebességének nulláról (azaz álló helyzetről) nullánál nagyobbra (mozgó) történő megváltoztatását is.
Newton első törvénye: kiegyensúlyozatlan erők és mozgás
Newton első törvénye szerint egy tárgy vagy nyugalomban marad (nem mozgásban), vagy mozgásban van pontosan ugyanolyan sebességgel és pontosan ugyanabba az irányba, hacsak nem egy „kiegyensúlyozatlan” hat rá Kényszerítés. Egyszerűbben fogalmazva, azt mondja, hogy valami csak akkor mozog, ha valami más nyomja, és hogy a dolgok csak akkor állnak meg, változtatnak irányt vagy gyorsabban kezdenek mozogni, ha valami nyomja.
A „kiegyensúlyozatlan erő” jelentésének megértése tisztázza ezt a törvényt. Ha két erő hat egy tárgyra, az egyik balra, a másik pedig jobbra tolja, akkor csak akkor mozog, ha az egyik erő nagyobb, mint a másik. Ha pontosan ugyanolyan erősségűek, az objektum csak ott marad, ahol van.
Ennek egyik elképzelési módja egy mérlegkészletre való gondolkodás, amelynek mindkét oldalán súlyok vannak. A súlyokat a gravitáció lehúzza, és csak az befolyásolja, hogy mekkora gravitáció húzza őket, hogy mennyi a tömeg. Ha mindkét oldalon azonos a tömeg, akkor a mérleg mozdulatlan marad. A mérleg csak akkor mozog, ha szó szerint a tömeg szempontjából kiegyensúlyozatlanná teszi. A tömegek közötti különbség azt jelenti, hogy a skála mindkét oldalán ható erők kiegyensúlyozatlanok, ezért a skála elmozdul.
Az állandó mozgás elképzelése azonos sebességgel nehezebb, mert a mindennapi életben nem találkozik ezzel. Gondoljon bele, mi történne, ha egy játékautója teljesen sima (súrlódásmentes) felületen ülne, és nincs levegő a szobában. Az autó mozdulatlan marad, hacsak nem tolják, a fent leírtak szerint. De mi történik a lökés után? Nincs súrlódás a felülettel, amely lelassítja, és nincs levegő, amely lelassítaná. A felület egyensúlyban van a gravitációs erővel (úgynevezett „normális reakcióval”, amely Newton harmadik törvényéhez kapcsolódik), és nincsenek rá hatók balról vagy jobbról. Ebben a helyzetben az autó azonos sebességgel haladna a felszín mentén. Ha a felület végtelenül hosszú volt, az autó örökké ezen a sebességen haladt.
Newton második törvénye: Mi az erő?
Newton második törvénye meghatározza az erő fogalmát. Kimondja, hogy a tárgyra kifejtett erő megegyezik annak tömegével, szorozva az erő okozta gyorsulással. A szimbólumokban ez:
F = ma
Az erő mértékegysége a Newton - annak elismerésére, aki meghatározta -, ez rövid kifejezés a kilogramm-méter / másodperc négyzet (kg m / s) megadására.2). Ha van 1 kg-os tömege, és másodpercenként 1 m / s-mal szeretné felgyorsítani, akkor 1 N erőt kell alkalmaznia.
Newton törvényének a következő módon történő megírása segít tisztázni az erő és a mozgás közötti kapcsolatot:
A bal oldalon látható gyorsulás megmondja, mennyire mozog valami. A jobb oldal azt mutatja, hogy egy nagyobb erő nagyobb mozgáshoz vezet, ha a tárgy tömege megegyezik. Ha egy meghatározott erőt alkalmazunk, ez az egyenlet azt is megmutatja, hogy a gyorsulás mértéke attól függ, hogy milyen tömeggel akar mozogni. Egy nagyobb, nehezebb tárgy kevésbé mozog, mint egy kisebb, könnyebb tárgy, amelyet azonos méretű nyomásnak vetnek alá. Ha futballlabdát rúgsz, az sokkal többet fog mozogni, mint ha ugyanolyan erősséggel rúgnál egy bowlinglabdát.