1600. gadu beigās sers Īzaks Ņūtons izdeva grāmatu "Principia Mathematica", kas savienoja matemātikas un fizikas pasauli. Starp citām svarīgām idejām viņš aprakstīja otro kustības likumu - ka spēks ir vienāds ar masas reizes paātrinājumu vai f = ma. Lai gan no pirmā acu uzmetiena tas izskatās vienkārši, likumam ir vairākas svarīgas sekas, tostarp tas, kā objekti pārvietojas uz Zemes un kosmosā. Šādi pamatlikumi kā šis ļāva zinātniekiem precīzi izpētīt dabu un inženieriem būvēt darbojošās mašīnas.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Spēks ir vienāds ar masas reizinājumu ar paātrinājumu vai f = ma.
Spēka nozīme
Spēks ir fizisks daudzums, ar kuru jūs nodarbojaties ikdienas dzīvē. Ir nepieciešams spēks, lai atvērtu durvis, paceltu bērnu vai ieplaisātu olu. Tas ir vilks vai grūdiens, ko viens objekts izdara otram; objekti var būt jebkas, sākot no protoniem un elektroniem līdz pat planētām un galaktikām. Vilciens vai grūdiens var rasties no tieša kontakta vai gravitācijas, elektrības un magnētisma gadījumā - no attāluma. Zinātnieki mēra spēku vienībās, kuras sauc par ņūtoniem, kur viens ņūtons ir spēks, kas vajadzīgs, lai paātrinātu 1 kilogramu masu metru sekundē kvadrātā.
Paātrinājuma nozīme
Kad hokeja ripa slīd pāri ledus, tas tiek darīts diezgan nemainīgā ātrumā, līdz tā nokļūst vārtos vai spēlētāja nūjā. Lai gan tas kustas, tas nepaātrinās. Paātrinājumu nodrošina tikai ātruma maiņa. Kad objekts iegūst ātrumu, tā paātrinājums ir pozitīvs; kad ātrums tiek zaudēts, paātrinājums ir negatīvs. Jūs mēra ātrumu attāluma vienībās, dalot ar laiku, piemēram, jūdzes stundā vai metri sekundē. Paātrinājums ir ātruma maiņa, dalīta ar ātruma maiņas laiku, tātad metri sekundē sekundē vai metri sekundē kvadrātā.
Mises nozīme
Objekta masa ir mērījums tam, cik daudz vielas tas satur. Gumijas bumbai ir mazāka masa nekā tāda paša izmēra svina bumbai, jo tajā ir mazāk vielas, mazāk atomu un mazāk protonu, neitronu un elektronu, kas veido atomus. Mise arī pretojas centieniem to stumt vai pavilkt; galda tenisa bumbu ir viegli uzņemt un iemest; atkritumu vedējs nav. Kravas automašīna ir daudz tūkstošiem reižu masīvāka par galda tenisa bumbu. Standarta masas vienība ir kilograms, aptuveni 2,2 mārciņas.
Skalāri un vektori
Masa ir vienkāršs daudzuma veids. Jums var būt lielas masas, niecīgas masas un starp tām. Tas ir par to. Vienkāršus lielumus zinātnieki sauc par skalāriem, jo viens skaitlis to aprakstīs. Spēks un paātrinājums tomēr ir sarežģītāki. Viņiem ir gan izmērs, gan virziens. Piemēram, TV sinoptiķis runā par vēju, kas nāk no rietumiem ar ātrumu 20 jūdzes stundā. Tas ir vēja ātruma (ātruma) vektors. Lai pilnībā aprakstītu spēku vai paātrinājumu, nepieciešams gan daudzums, gan virziens. Piemēram, sniegotā dienā jūs ar 50 ņūtonu spēku pavelciet bērnu ragavas uz priekšu, un tas paātrinās tajā pašā virzienā ar kvadrātveida 0,5 metru sekundē.
Spēka, masas un paātrinājuma nozīme
Ņūtona otrais kustības likums šķiet pietiekami vienkāršs: uzspiediet uz noteiktas masas priekšmetu, un tas paātrinās, pamatojoties uz spēka un masas daudzumu. Neliels spēks ar lielu masu rada lēnu paātrinājumu, un liels spēks ar nelielu masu dod ātru paātrinājumu. Kas notiek, ja nav spēka? Nulles spēks uz jebkuru masu dod nulles paātrinājumu. Ja objekts stāv uz vietas, tas paliek nekustīgs; ja tas pārvietojas, tas turpina kustēties tajā pašā ātrumā un virzienā. Paturiet prātā, ka vienlaikus var būt iesaistīti vairāki spēki. Piemēram, jūs apsienat virvi ap laukakmeni un velkat no visa spēka. Ir spēks un masa, bet laukakmens nepārvietojas, tāpēc paātrinājums ir nulle. Berzes spēks starp laukakmeni un zemi atceļ jūsu pievilkšanās spēku. Laukakmens pārvietošanai nepieciešams daudz lielāks spēks, piemēram, no traktora.