Newtonin ensimmäiset lain kaavat, kokeet ja harjoitukset

Se Newtonin ensimmäinen laki, tunnetaan myös nimellä Inercia -laki, Sen ehdotti ensin Isaac Newton, fyysinen, matemaatikko, filosofi, teologi, keksijä ja alkemisti. Tämä laki vahvistaa seuraavan: "Jos esinettä ei kohdistu mihinkään voimalle tai jos siihen toimivat voimat peruutetaan toisiinsa, se jatkaa liikkumista jatkuvalla nopeudella suorassa linjassa."

Tässä lausunnossa avainsana on jatkuu. Jos lain tilot täyttyvät, esine jatkuu liikkeellään sellaisena kuin se oli. Ellei epätasapainoinen voima ilmestyy ja muuttaa liikkeen tilaa.

Selitys Newtonin ensimmäisestä laista. Lähde: Itse tehty.

Tämä tarkoittaa, että jos esine on levossa, jatkuu levossa, paitsi jos voima vie sen pois siitä tilasta. Se tarkoittaa myös, että jos objekti liikkuu kiinteällä nopeudella suorassa suunnassa, se jatkaa liikkumista tällä tavalla. Muuttuu vasta, kun ulkoinen agentti käyttää voimaa häneen ja muuttaa nopeuttaan.

[TOC]

Lain tausta

Isaac Newton syntyi Woolshorpen kartanossa (Yhdistynyt kuningaskunta) 4. tammikuuta 1643 ja kuoli Lontoossa vuonna 1727.

Tarkkaa päivämäärää, jolloin Sir Isaac Newton havaitsi sen kolme dynamiikkalakeja, ei tunneta varmuudella, mukaan lukien ensimmäinen laki. Mutta tiedetään, että se oli kauan ennen kuuluisan kirjan julkaisua Luonnonfilosofian matemaattiset periaatteet, 5. heinäkuuta 1687.

Espanjan kuninkaallisen akatemian sanakirja määrittelee sanan inertia seuraavasti:

"Omistaja elimistöjen säilyttämiseksi lepotilaan tai liikkeensä, jos se ei ole voiman vaikutusta".

Tätä termiä käytetään myös vakuuttamaan, että mikä tahansa tilanne pysyy ennallaan, koska sen saavuttamiseksi ei ole pyritty, joten toisinaan sana hitaus on rutiininomainen merkitys tai laiminlyönti.

Pre Newtonin visio

Ennen Newtonia hallitsevat ideat olivat suuren kreikkalaisen filosofin Aristoteleen ideoita, jotka väittivät, että esine pysyvän liikkeessä on välttämätöntä, että voima käyttää siihen. Kun voima lakkaa, myös liike tekee niin. Ei niin, mutta jopa tänään monet ajattelevat niin.

Galileo Galilei, loistava italialainen tähtitieteilijä ja fyysikko, joka asui vuosina 1564–1642, kokenut ja analysoi kehon liikettä.

Yksi Galileon huomautuksista oli, että runko, joka liukuu sileälle ja kiillotetulle pinnalle tietyllä alkuperäisellä impulssilla, kestää kauemmin ja sillä on suurempi reitti suorassa linjassa siinä määrin, että kehon ja pinnan välinen kitka on alempi.

On selvää, että Galileo hallitsi hitausideaa, mutta ei muotoiltu niin tarkkaan kuin Newton.

Voi palvella sinua: Käännöstasapaino: olosuhteet, esimerkit, harjoitukset

Tässä on joitain yksinkertaisia ​​kokeita, jotka lukija voi suorittaa ja vahvistaa tulokset. Havaintoja analysoidaan myös Aristotelian näkemyksen mukaan Newtonin liikkeestä ja visiosta.

Kokeet hitaus

Koe 1

Lattialla mainostetaan laatikko ja sitten liikkeellepaneva voima keskeytetään. Huomaamme, että laatikko kulkee pienellä matkalla, kunnes se pysähtyy.

Tulkitaan edellinen kokeilu ja sen tulos, teorioiden puitteissa ennen Newtonia ja sitten ensimmäisen lain mukaan.

Aristotelilaisessa visiossa selitys oli erittäin selkeä: laatikko pysähtyi, koska siirtynyt voima keskeytettiin.

Newtonin visiossa lattia-/lattia-/lattia -laatikko ei voi jatkaa liikkumista nopeudella, sillä sillä oli silloin, kun voima ripustettiin, koska lattian ja laatikon välissä on tasapainoinen voima, mikä tekee nopeuden vähenemisestä, kunnes laatikko pysähtyy. Tämä on kitkavoima.

Tässä kokeessa Newtonin ensimmäisen lain tiloja ei täytetä, joten laatikko pysähtyi.

Koe 2 

Jälleen se on lattian/lattian laatikko. Tässä yhteydessä vahvuus ylläpidetään laatikossa siten, että kitkavoima kompensoi tai tasapainottaa. Tämä tapahtuu, kun saamme laatikon jatkamaan jatkuvasti ja suorassa suunnassa.

Tämä kokeilu ei ole ristiriidassa Aristotelilaisen liikkeen näkemyksen kanssa: laatikko liikkuu jatkuvasti, koska siihen kohdistetaan voima.

Se ei myöskään ole ristiriidassa Newtonin lähestymistavan kanssa, koska kaikki laatikossa toimivat voimat ovat tasapainossa. Katsotaan:

• Vaakasuunnassa laatikkoon kohdistettu voima on sama ja suunta, joka on ristiriidassa laatikon ja lattian välisen kitkavoiman kanssa.
• Sitten vaakasuunnassa oleva nettovoima on nolla, siksi laatikko ylläpitää nopeuttaan ja suuntaansa.

Myös pystysuunnassa voimat ovat tasapainossa, koska laatikon paino, joka on voima, joka osoittaa pystysuunnassa alaspäin.

Muuten, laatikon paino johtuu maan gravitaatiosta.

Koe 3

Jatkamme lattialla tuetun laatikon kanssa. Pystysuunnassa voimat ovat tasapainossa, toisin sanoen vertikaalinen nettovoima on nolla. Olisi varmasti erittäin yllättävää, jos laatikko siirtyy ylöspäin.  Mutta vaakasuunnassa on kitkavoima.

Voi palvella sinua: Mekaaninen etu: Kaava, yhtälöt, laskenta ja esimerkit

Nyt kun Newtonin ensimmäisen lain, meidän on täytettävä, meidän on vähennettävä kitka sen vähimmäisilmaisua varten. Tämä voidaan saavuttaa melko suunnilleen, jos etsimme erittäin sileää pintaa, johon ruiskutimme silikonöljyä.

Kun silikonöljy vähentää kitkaa melkein nollaan, joten kun tämä laatikko on vaakasuorassa, se ylläpitää nopeuttaan ja suuntaansa pitkällä osalla.

Se on sama ilmiö, joka tapahtuu luistelijan kanssa jäätiellä, tai jääkiekkolevyn kanssa, kun heidät ajetaan ja päästämään omaan tililleen.

Kuvattuissa tilanteissa, joissa RUBB.

Aristotelilaisessa visiossa tätä ei voinut tapahtua, koska tämän naiivin teorian mukaan liike tapahtuu vasta, kun liikkeessä on nettovoima,.

Jääpinta voidaan harkita hyvin pienellä kitkalla. Lähde: Pixabay.

Selitys Newtonin ensimmäisestä laista

Hitaus- ja massa

Massa on fyysinen määrä, joka osoittaa aineen määrän, joka sisältää ruumiin tai esineen.

Massa on silloin aineen luontainen ominaisuus. Mutta aine koostuu atomista, joilla on massa. Atomin massa on keskittynyt ytimeen. Ytimen protonit ja neutronit määrittelevät käytännössä atomin ja aineen massan.

Massa mitataan yleensä kilogrammoina (kg), se on kansainvälisen yksiköiden järjestelmän perusyksikkö (SI).

KG: n prototyyppi tai vertailu on platina- ja iridiumsylinteri, joka säilytetään kansainvälisessä paino- ja toimenpiteiden toimistossa Sèvresissä Ranskassa, vaikka vuonna 2018 se liittyi Planck Constantiin ja uusi määritelmä tulee voimaan 20. toukokuuta 2019 alkaen.

No, tapahtuu, että hitaus ja taikina ovat sukulaisia. Suurempi massa, suuremmalla hitaus on esine. Energian kannalta on paljon vaikeampaa tai kalliimpaa muuttaa massiivisempaa kuin toinen vähemmän massiivinen.

Esimerkki

Esimerkiksi paljon enemmän vahvuutta ja paljon enemmän työtä tarvitaan yhden tonnin (1000 kg) laatikko leposta kuin toinen kilogramma (1 kg). Siksi yleensä sanotaan, että ensimmäisellä on enemmän hitaus kuin toisella.

Inertian ja massan välisen suhteen vuoksi Newton tajusi, että nopeus ei edusta liikkeen tilaa. Siksi hän määritteli nimellä olevan määrän liikkeen määrä jompikumpi vauhti Se on merkitty sanoituksilla p Ja se on massan tuote m Nopeutta varten v-

Se voi palvella sinua: Grashof Law: Tapaukset, mekanismit, esimerkit, sovellukset

 p = m v

Rohkea p ja v Ne osoittavat, että nämä ovat vektorien fysikaalisia määriä, ts. Ne ovat määriä, joilla on suuruus, suuntaa ja merkitystä.

Sen sijaan massa m Se on skalaarinen määrä, jolle on annettu lukumäärä, joka voi olla suurempi tai yhtä suuri kuin nolla, mutta ei koskaan negatiivinen. Tähän saakka negatiivisen massan kohdetta ei ole löydetty tiedossa olevasta maailmankaikkeudesta.

Newton toi mielikuvituksensa ja abstraktionsa äärimmäisyyteen, määrittelemällä puhelun Vapaa hiukkas. Hiukkas on materiaalipiste. Eli se on kuin matemaattinen kohta, mutta massa:

Vapaa hiukkas on se, että hiukkas, joka on niin eristetty, toistaiseksi toisesta maailmankaikkeuden esineestä, että mikään ei voi käyttää sitä vuorovaikutusta tai lujuutta.

Myöhemmin Newton jatkoi inertiaalisten referenssijärjestelmien määrittelemistä, joista heidän kolmea lakejaan sovelletaan. Tässä ovat näiden käsitteiden määritelmät:

Hitausjärjestelmä

Jokainen vapaaseen hiukkaseen liittyvä koordinaattijärjestelmä, joka siirretään vakiona nopeudella vapaan hiukkasen suhteen, on inertiaalinen referenssijärjestelmä.

Newtonin ensimmäinen laki (Inertia Law)

Jos hiukkas on vapaa, sillä on vakio liikettä hitausviitejärjestelmän suhteen.

Newtonin ensimmäinen laki ja liikkeen määrä. Lähde: Itse tehty.

Ratkaisut

Harjoitus 1

Jääkiekko -albumi on 160 grammaa jäätelöllä 3 km/h. Löydä liikkeen määrä.

Ratkaisu

Albumin massa kilogrammissa on: M = 0.160 kg.

Nopeus metreinä toisessa: V = (3/3.6) M/S = 0.8333 m/s

Liikkeen tai vauhdin P lasketaan seuraavasti: p = m*v = 0.1333 kg* m/s,

Harjoitus 2

Edellisen albumin kitka pidetään tyhjinä, joten vauhti säilyy, kun taas mikään ei muuta albumin suoraa kulkua. On kuitenkin tiedossa, että kaksi voimaa toimivat albumilla: levyn paino ja kontaktivoima tai normaali, jota lattia käyttää sitä.

Laske normaalin voiman arvo Newtonissa ja sen suunnassa.

Ratkaisu

Kun vauhti säilyy, saadun jääkiekkoalbumin voiman on oltava nolla. Painopisteet pystysuoraan alas ja ok: p = m *g = 0.16 kg * 9.81 m/s²

Normaalin voiman on välttämättä vastattava painoa, joten sen on kirjauduttava pystysuoraan ja sen suuruus on 1.57 n.

Kiinnostavia artikkeleita

Newtonin lakiesimerkkejä tosielämässä.

Viitteet

1. Alonso m., Suomalainen. Fysiikan osa I: Mekaniikka. 1970. Inter -American Educational Fund S.-Lla.
2. Hewitt, s. Käsitteellinen fysiikka. Viides painos. Pearson. 67-74.
3. Nuori, Hugh. Yliopiston fysiikka, jolla on moderni fysiikka. 14. ed. Pearson. 105 - 107.