アイザックニュートンは、彼の3つの有名な法則で力と運動の関係を最もよく説明しており、それらについて学ぶことは物理学を学ぶ上で重要な部分です。 それらは、力が質量に加えられたときに何が起こるかを教えてくれ、また力の重要な概念を定義しています。 力と運動の関係を理解したい場合は、ニュートンの法則の最初の2つが考慮すべき最も重要な法則であり、簡単に理解できます。 彼らは、動くものから動かないものへ、またはその逆への変化には不均衡な力が必要であり、 運動量は力の大きさに比例し、物体の質量に反比例します。
TL; DR(長すぎる; 読んでいない)
力がない場合、または力だけが完全にバランスしている場合、オブジェクトは静止したままになるか、まったく同じ速度で移動し続けます。 不均衡な力のみが、オブジェクトの速度をゼロ(つまり静止)からゼロより大きい(移動)に変更するなど、オブジェクトの速度を変更します。
ニュートンの第一法則:不均衡な力と運動
ニュートンの最初の法則によれば、物体は静止している(動いていない)か、次の場所で動いているかのどちらかです。 「不均衡」の影響を受けない限り、まったく同じ速度でまったく同じ方向に 力。 簡単に言えば、何かがそれを押すと何かが動くだけであり、何かがそれを押すと物事は停止するか、方向を変えるか、より速く動き始めるだけだということです。
「不均衡な力」の意味を理解することは、この法則を明確にします。 2つの力がオブジェクトに作用し、一方がオブジェクトを左に押し、もう一方が右に押す場合、一方の力がもう一方の力よりも大きい場合にのみ移動します。 それらがまったく同じ強さを持っている場合、オブジェクトはそのままになります。
これを想像する1つの方法は、両側にウェイトがある一連のスケールについて考えることです。 おもりは重力によって引き下げられており、重力によって重りが引っ張られる量に影響を与えるのは、質量がどれだけあるかだけです。 両側に同じ量の質量がある場合、はかりは静止したままです。 スケールは、文字通り質量のバランスを崩した場合にのみ移動します。 質量の違いは、スケールの両側に作用する力が不均衡であるため、スケールが移動することを意味します。
日常生活ではこれに遭遇しないため、同じ速度で一定の動きを想像するのは困難です。 おもちゃの車が完全に滑らかな(摩擦のない)表面に座っていて、部屋に空気がない場合はどうなるか考えてみてください。 上記のように、車は押されない限り静止します。 しかし、プッシュ後に何が起こりますか? それを遅くするための表面との摩擦はなく、それを遅くするための空気もありません。 表面は重力のバランスを取り(ニュートンの第3法則に関連する「法線反作用」と呼ばれるものによって)、左右から作用する力はありません。 この状況では、車は水面に沿って同じ速度で走行し続けます。 表面が無限に長い場合、車はその速度で永遠に動き続けます。
ニュートンの第2法則:力とは何ですか?
ニュートンの第2法則は、力の概念を定義しています。 それは、物体に加えられる力が、その質量に力が引き起こす加速度を掛けたものに等しいことを示しています。 シンボルでは、これは次のとおりです。
F = ma
力の単位はニュートンです–それを定義した人を認める–これはキログラムメートル/秒の2乗(kg m / s2). 質量が1kgで、毎秒1 m / sずつ加速したい場合は、1Nの力を加える必要があります。
ニュートンの法則を次のように書くと、力と運動の関係を明確にするのに役立ちます。
左側の加速度は、何かがどれだけ動いているかを示しています。 右側は、オブジェクトの質量が同じである場合、力が大きいほど動きが大きくなることを示しています。 特定の力が加えられた場合、この方程式は、加速度の量が移動しようとしている質量に依存することも示しています。 大きくて重いオブジェクトは、同じサイズのプッシュを受けた小さくて軽いオブジェクトよりも移動が少なくなります。 サッカーボールを蹴ると、同じ強さのボウリング球を蹴るよりもはるかに動きます。