Quando Sir Isaac Newton pubblicò Philosophiae Naturalis Principia Mathematica nel 1687, ha cambiato per sempre il mondo della fisica. Il lavoro di Newton è la spina dorsale di meccanica classica, utile per descrivere tutto, dal moto dei pianeti intorno al sole al moto che incontri nella tua vita quotidiana.
In particolare, Newton tre leggi del moto descrivere il movimento "quotidiano", basandosi su opere di artisti come Aristotele e Galileo per dare una precisa formulazione matematica di alcune delle leggi più fondamentali della fisica.
Mentre la meccanica quantistica e la teoria della relatività ristretta di Einstein sono necessarie per descrivere accuratamente il moto subatomico particelle o oggetti molto grandi o in rapido movimento, le leggi del moto di Newton sono ancora utilizzate dagli scienziati oggi al di fuori di questi estremi situazioni.
La prima legge del moto di Newton
Il prima legge, come definito dall'Aula di Fisica, afferma che: “Un oggetto fermo resta fermo e un oggetto in movimento rimane in moto uniforme con la stessa velocità e nella stessa direzione a meno che non agito da uno sbilanciato vigore."
A volte viene chiamato la legge di inerzia perché descrive la tendenza di un oggetto a rimanere invariato (sia in movimento che immobile) a meno che non venga applicata una forza esterna. Nota che hai bisogno di una forza "sbilanciata" per cambiare la velocità di un oggetto; due forze di uguale forza che spingono in direzioni opposte si annulleranno a vicenda.
Questo potrebbe sembrare strano sulla Terra perché tutto ciò che si muove alla fine si ferma, ma questo è dovuto solo a cose come la forza di attrito e quella della resistenza dell'aria. Se togli il piede dall'acceleratore in un'auto, alla fine si fermerà a causa di questi forze sbilanciate: dovresti tenere il piede sul pedale dell'acceleratore per bilanciare le forze e continuare a velocità costante. Se spingi un oggetto nello spazio (lontano dalle fonti di gravità), questo continuerà a muoversi in linea retta alla stessa velocità finché non incontra un'altra forza.
Suggerimenti
Un oggetto si muove a velocità costante o rimane fermo quando non viene applicata alcuna forza netta.
La seconda legge del moto di Newton
Il seconda legge riguarda la forza netta Fnetto applicato a un oggetto al prodotto della massa dell'oggetto m e conseguente accelerazione un. La seconda legge è enunciata matematicamente come:
F_{net}=ma
In parole, nettola forza è uguale alla massa per l'accelerazione. Quindi se applichi una forza netta di 1 newton (1 N) a un oggetto con una massa di 1 kg, lo farai accelerare a 1 m/s2 finché viene applicata la forza. La legge è più precisamente enunciata come:
\bm{F_{rete}}=m\bm{a}
Il grassetto riconosce che forza e accelerazione sono vettori perché la direzione della forza e dell'accelerazione sono importanti, così come le loro grandezze. In pratica saranno molteplici componenti di ciascuno in direzioni diverse ed è necessario utilizzare l'aggiunta vettoriale per descrivere completamente le forze e il movimento degli oggetti in due o tre dimensioni.
Questo spiega cos'è una forza “sbilanciata”: una forza di 5 N nel X direzione sarebbe annullata da una forza di 5 N nel -X direzione, ma se la seconda forza fosse nella sì direzione, si combinerebbero in una forza netta e produrrebbero movimento (cioè accelerazione) in una direzione che puoi ricavare dai componenti.
Terza legge del moto di Newton
di Newton terza legge è spesso affermato come "ad ogni azione c'è una reazione uguale e contraria", ma una formulazione più precisa sarebbe: se an l'oggetto esercita una forza su un secondo oggetto, il secondo oggetto esercita una forza di uguale grandezza e direzione opposta sul primo oggetto.
In altre parole, tutte le forze nell'universo arrivano in coppia, dalla spinta che provi quando provi a... spingere un muro al rimorchiatore la Terra dà al sole in risposta al tiro gravitazionale del sole sul Terra.
Il modo migliore per capirlo è pensare al forza normale. Quando un oggetto poggia a terra, sta esercitando una forza verso il basso sul terreno a causa della gravità (la sua peso), e il pavimento esercita una forza verso l'alto sull'oggetto della stessa dimensione, nota come forza normale. Senza questo, l'oggetto continuerebbe ad accelerare verso il centro della Terra, cosa che noterete sicuramente la prossima volta che proverete a sedervi su una sedia!
Quando cammini, i tuoi piedi premono sul pavimento e il pavimento spinge di nuovo contro i tuoi piedi in conformità con la terza legge di Newton, che aiuta a spingerti in avanti.