Īzaks Ņūtons savos trīs slavenajos likumos vislabāk aprakstīja saikni starp spēku un kustību, un par tiem uzzināt ir būtiska fizikas mācīšanās sastāvdaļa. Viņi stāsta jums, kas notiek, ja spēks tiek piemērots masai, kā arī nosaka galveno spēka jēdzienu. Ja vēlaties izprast spēka un kustības attiecības, pirmie divi Ņūtona likumi ir vissvarīgākie, kas jāņem vērā, un tos ir viegli pārzināt. Viņi paskaidro, ka jebkurai pārejai no pārvietošanās uz nepārvietošanos vai otrādi ir nepieciešams nelīdzsvarots spēks un kustības apjoms ir proporcionāls spēka lielumam un apgriezti proporcionāls objekta masai.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Ja spēka nav vai vienīgie spēki ir pilnīgi līdzsvaroti, objekts vai nu paliks nekustīgs, vai turpinās kustību tieši tādā pašā ātrumā. Tikai nesabalansēti spēki izraisa objekta ātruma izmaiņas, ieskaitot tā ātruma maiņu no nulles (t.i., stacionāra) līdz vairāk nekā nulle (kustīgs).
Ņūtona pirmais likums: nelīdzsvaroti spēki un kustība
Ņūtona pirmais likums saka, ka objekts vai nu paliks miera stāvoklī (nevis kustībā), vai kustībā plkst tieši tādā pašā ātrumā un tieši tajā pašā virzienā, ja vien to nedarbina “nelīdzsvarots” spēks. Vienkāršāk sakot, tas saka, ka kaut kas kustas tikai tad, ja kaut kas cits to nospiež, un ka lietas apstājas, mainās virzienā vai sāk kustēties tikai ātrāk, ja kaut kas to nospiež.
Izprotot “nelīdzsvarota spēka” nozīmi, šis likums tiek skaidrots. Ja uz objektu iedarbojas divi spēki, viens to nospiež pa kreisi, bet otrs - pa labi, tas pārvietosies tikai tad, ja viens no spēkiem ir lielāks par otru. Ja viņiem ir tieši tāds pats spēks, objekts vienkārši paliks tur, kur tas ir.
Viens veids, kā to iedomāties, ir domāt par svaru komplektu, kura svari atrodas tā abās pusēs. Svarus velk uz leju smagums, un vienīgais, kas ietekmē to, cik smags spēks tos velk, ir tas, cik liela ir masa. Ja jums ir vienāds masas daudzums abās pusēs, skala paliek nekustīga. Mērogs pārvietojas tikai tad, ja jūs to burtiski padarāt nesabalansētu attiecībā uz masu. Masu atšķirība nozīmē, ka spēki, kas iedarbojas uz skalas abām pusēm, nav līdzsvaroti, un tāpēc skala pārvietojas.
Iedomāties pastāvīgu kustību ar tādu pašu ātrumu ir grūtāk, jo jūs to nesastopat ikdienas dzīvē. Padomājiet par to, kas notiktu, ja rotaļlietu automašīna sēdētu uz pilnīgi gludas (bez berzes) virsmas un telpā nebūtu gaisa. Automašīna paliks nekustīga, ja vien to nepiespiedīs, kā aprakstīts iepriekš. Bet kas notiek pēc grūdiena? Nav berzes ar virsmu, kas to palēnina, un gaisa, kas to palēnina. Virsma līdzsvaro gravitācijas spēku (ar kaut ko, ko sauc par “normālu reakciju”, kas saistīts ar Ņūtona trešo likumu), un no tā pa kreisi vai pa labi nav spēku. Šajā situācijā automašīna turpinātu pārvietoties ar tādu pašu ātrumu pa virsmu. Ja virsma būtu bezgalīgi gara, automašīna ar šo ātrumu turpinātu virzīties uz visiem laikiem.
Ņūtona otrais likums: kas ir spēks?
Ņūtona otrais likums definē spēka jēdzienu. Tajā teikts, ka objektam pieliktais spēks ir vienāds ar tā masu, kas reizināta ar paātrinājumu, ko izraisa spēks. Simbolos tas ir:
F = ma
Spēka mērvienība ir Ņūtons - lai atzītu personu, kas to definēja -, kas ir īss veids, kā pateikt kilogramu metru sekundē kvadrātā (kg m / s)2). Ja jums ir 1 kg masa un vēlaties to paātrināt par 1 m / s katru sekundi, jums jāpieliek 1 N spēks.
Ņūtona likuma rakstīšana šādā veidā palīdz noskaidrot saikni starp spēku un kustību:
Paātrinājums kreisajā pusē mums norāda, cik daudz kaut kas kustas. Labā puse parāda, ka lielāks spēks noved pie lielāka kustības, ja objekta masa ir vienāda. Ja tiek piemērots īpašs spēks, šis vienādojums arī parāda, ka paātrinājuma lielums ir atkarīgs no masas, kuru mēģināt pārvietot. Lielāks, smagāks priekšmets pārvietojas mazāk nekā mazāks, vieglāks priekšmets, kas pakļauts tāda paša izmēra spiedienam. Ja jūs sperat futbola bumbu, tā izkustēsies daudz vairāk nekā tad, ja jūs sperat boulinga bumbu ar tādu pašu spēku.
