რა კავშირი აქვს ძალის მასასა და აჩქარებას შორის?

1600-იანი წლების ბოლოს სერ ისააკ ნიუტონმა გამოსცა "Principia Mathematica" წიგნი, რომელიც მათემატიკისა და ფიზიკის სამყაროს აკავშირებს. სხვა მნიშვნელოვან იდეებთან ერთად, მან აღწერა მოძრაობის მეორე კანონი - ეს ძალა უდრის მასას ჯერ აჩქარებას ან f = ma. მიუხედავად იმისა, რომ ერთი შეხედვით მარტივად გამოიყურება, კანონს აქვს რამდენიმე მნიშვნელოვანი გავლენა, მათ შორის როგორ მოძრაობენ ობიექტები დედამიწაზე და კოსმოსში. ამის ფუნდამენტური კანონები საშუალებას აძლევს მეცნიერებს ზუსტად გამოიკვლიონ ბუნება და ინჟინრებმა შექმნან მანქანები, რომლებიც მუშაობენ.

TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)

ძალა ტოლია მასაზე აჩქარებით ან f = ma.

ძალა არის ფიზიკური სიდიდე, რომელსაც ყოველდღიურად გაუმკლავდებით. ძალა სჭირდება კარის გაღებას, ბავშვის აწევას ან კვერცხის გატეხვას. ეს არის ერთი ობიექტის მიერ მეორეზე დაჭიმვა ან ბიძგი; ობიექტები შეიძლება იყოს პროტონებიდან და ელექტრონებიდან, პლანეტებამდე და გალაქტიკებამდე. დაჭიმვა ან ბიძგი შეიძლება მოვიდეს პირდაპირი კონტაქტისგან, ან სიმძიმის, ელექტროენერგიისა და მაგნეტიზმის შემთხვევაში, შორიდან. მეცნიერებმა ძალა გაზომეს ერთეულებში, სახელწოდებით ნიუტონი, სადაც ერთი ნიუტონი არის ძალა, რომელიც საჭიროა 1 კილოგრამი მასის დასაჩქარებლად წამში კვადრატში ერთი მეტრი.

როდესაც ჰოკეის პაკი ყინულზე გადადის, ის ამას საკმაოდ მუდმივი სიჩქარით აკეთებს მანამ, სანამ არ მოხვდება მიზანს ან მოთამაშის ჯოხს. მიუხედავად იმისა, რომ მოძრაობს, არ აჩქარებს. აჩქარება მხოლოდ სიჩქარის შეცვლიდან მოდის. როდესაც ობიექტი იღებს სიჩქარეს, მისი აჩქარება დადებითია; როდესაც სიჩქარე იკარგება, აჩქარება უარყოფითია. თქვენ ზომავთ სიჩქარეს დროის გაყოფით, მაგალითად, მილი საათში ან წამში მეტრი. აჩქარება არის სიჩქარის ცვლილება, რომელიც იყოფა სიჩქარის შეცვლის დროზე, ამიტომ ეს არის მეტრი წამში წამში, ან მეტრი წამში კვადრატში.

ობიექტის მასა არის იმის საზომი, თუ რამდენ მატერიას შეიცავს იგი. რეზინის ბურთულას ნაკლები მასა აქვს, ვიდრე იმავე ზომის ტყვიის ბურთულა, რადგან მასში ნაკლები ნივთიერებაა, ნაკლები ატომები და ნაკლებია პროტონები, ნეიტრონები და ელექტრონები, რომლებიც ატომებს ქმნიან. მასა ასევე ეწინააღმდეგება მისი ბიძგის ან გაყვანის მცდელობას; პინგ-პონგის ბურთის აღება და გადაყრა მარტივია; ნაგვის მანქანა არ არის. სატვირთო მანქანა უფრო მასიურია, ვიდრე პინგ-პონგის ბურთი, ათასობითჯერ. მასის სტანდარტული ერთეული არის კილოგრამი, დაახლოებით 2.2 ფუნტი.

მასა არის მარტივი სახის რაოდენობა. თქვენ შეგიძლიათ გქონდეთ დიდი მასები, პატარა მასები და შუალედური მასები. ეს დაახლოებით ისაა. მეცნიერები მარტივ რაოდენობებს სკალარებს უწოდებენ, რადგან ერთი რიცხვი აღწერს მას. ძალა და აჩქარება უფრო რთულია. მათ აქვთ როგორც ზომა, ასევე მიმართულება. მაგალითად, სატელევიზიო ამინდის პროგნოზი საუბრობს დასავლეთიდან საათში 20 მილის სიჩქარეზე. ეს არის ქარის სიჩქარე (სიჩქარე) ვექტორი. ძალების ან აჩქარების სრულად აღსაწერად, გჭირდებათ როგორც თანხა, ისე მიმართულება. მაგალითად, თოვლიან დღეს ბავშვის სასწავლებელს 50 ნიუტონის ძალით მიიწევთ წინ და ის აჩქარებს იმავე მიმართულებით 0,5 მეტრ წამში.

ნიუტონის მეორე მოძრაობის კანონი საკმაოდ მარტივია მცირე მასის მცირე ძალა იწვევს ნელი აჩქარებას, მცირე მასის დიდი ძალა იძლევა სწრაფ აჩქარებას. რა ხდება, როდესაც ძალა არ არის? ნულოვანი ძალა ნებისმიერ მასაზე იძლევა ნულოვან აჩქარებას. თუ ობიექტი იდგა, ის კვლავ რჩება; თუ ის მოძრაობს, ის განაგრძობს იმავე სიჩქარით და მიმართულებით მოძრაობას. გაითვალისწინეთ, რომ რამდენიმე ძალა ერთდროულად შეიძლება იყოს ჩართული. მაგალითად, თოკს ლოდს უკავშირებთ და მთელი ძალით იწევთ. არსებობს ძალა და მასა, მაგრამ ლოდი არ ბუდობს, ამიტომ აჩქარება ნულის ტოლია. ლოდსა და მიწას შორის ხახუნის ძალა გამორიცხავს თქვენს დაქაჩვის ძალას. ლოდის გადასაადგილებლად გაცილებით მეტი ძალა გჭირდებათ, მაგალითად, ტრაქტორიდან.