Newtonove prvé vzorce zákonov, experimenty a cvičenia

Ten Newtonov prvý zákon, tiež známy ako Inercia zákon, Prvýkrát ho navrhli Isaac Newton, fyzický, matematik, filozof, teológ, vynálezca a alchymista. Tento zákon ustanovuje: “Ak objekt nie je vystavený žiadnej sile alebo ak sa sily, ktoré na ňom konajú.„

V tomto vyhlásení je kľúčové slovo pokračovať. Ak sa splnia priestory zákona, potom objekt bude pokračovať v pohybe tak, ako to bolo. Pokiaľ sa neobjaví nevyvážená sila a nezmení stav pohybu.

Vysvetlenie prvého zákona Newtona. Zdroj: Self Made.

To znamená, že ak je objekt v pokoji, bude pokračovať v pokoji, s výnimkou prípadu, keď ju z tohto stavu vyberie sila. Znamená to tiež, že ak sa objekt pohybuje s pevnou rýchlosťou v rovnom smere, bude sa týmto spôsobom naďalej pohybovať. Zmení sa iba vtedy, keď na neho uplatňuje externý agent a zmení svoju rýchlosť.

[TOC]

Pozadie zákona

Isaac Newton sa narodil vo Woolshorpe Manor (Spojené kráľovstvo) 4. januára 1643 a zomrel v Londýne v roku 1727.

Presný dátum, v ktorom Sir Isaac Newton objavil svoje tri zákony dynamiky, nie je s istotou známy, vrátane prvého zákona. Je však známe, že to bolo dávno pred vydaním slávnej knihy Matematické princípy prírodnej filozofie, 5. júla 1687.

Slovník Kráľovskej španielskej akadémie definuje slovo zotrvačnosť takto:

„Vlastnené orgánmi udržiavať svoj odpočinkový stav alebo pohyb, ak nie je pre činnosť sily„.

Tento výraz sa tiež používa na potvrdenie, že akákoľvek situácia zostáva nezmenená, pretože sa nevynaložilo žiadne úsilie na jeho dosiahnutie, a preto niekedy má slovo zotrvačnosť rutinnú konotáciu alebo zanedbávanie.

Pred newtonovská vízia

Pred Newtonom boli prevládajúce myšlienky myšlienky veľkého gréckeho filozofa Aristotela, ktorý tvrdil, že pre objekt zostane v pohybe, je potrebné, aby naň konala sila. Keď sila prestane, potom to urobí aj pohyb. Nie tak, ale aj dnes si mnohí myslia.

Galileo Galilei, brilantný taliansky astronóm a fyzik, ktorý žil v rokoch 1564 až 1642, zažil a analyzoval pohyb tela.

Jedným z Galileovho pozorovania bolo, že telo, ktoré sa posúva na hladký a leštený povrch s určitým počiatočným impulzom, trvá dlhšie, kým sa zastavuje a má väčšiu cestu v priamke, do tej miery, že trenie medzi telom a povrchom je nižšie.

Je zrejmé, že Galileo riadil myšlienku zotrvačnosti, ale nevyprnoval vyhlásenie tak presné ako Newton.

Môže vám slúžiť: prekladateľská rovnováha: Podmienky, príklady, cvičenia

Tu je niekoľko jednoduchých experimentov, ktoré môže čitateľ vykonávať a potvrdiť výsledky. Pozorovania sa budú analyzovať aj podľa aristotelského pohľadu na newtonovské hnutie a víziu.

Pokusy o zotrvačnosti

Experiment 1

Na podlahe je propagovaná krabica a potom je hnacia sila zavesená. Poznamenávame, že box prechádza malú cestu, až kým sa nezastaví.

Vykladajme predchádzajúci experiment a jeho výsledok v rámci teórií pred Newtonom a potom podľa prvého zákona.

V aristotelskom videní bolo vysvetlenie veľmi jasné: škatuľka sa zastavila, pretože sila, ktorá ju pohla, bola pozastavená.

V Newtonovskom videní škatuľka na podlahe/podlahe nemôže pokračovať v pohybe s rýchlosťou, ktorú mala v tom čase, keď bola sila zavesená, pretože medzi podlahou a škatuľou je sila nevyvážená, čo spôsobuje, že rýchlosť klesá až do poklesu rýchlosti až do poklesu rýchlosti zastavuje sa. Toto je trecia sila.

V tomto experimente nie sú splnené priestory prvého zákona Newtona, takže sa box zastavil.

Experiment 2 

Opäť je to škatuľka na podlahe/podlahe. Pri tejto príležitosti je sila udržiavaná na krabici, takže trenie kompenzuje alebo vyváži. Stáva sa to, keď dostaneme krabicu, aby pokračovali neustále a priamym smerom.

Tento experiment nesúvisí s aristotelským videním pohybu: box sa neustále pohybuje, pretože na ňu je vyvíjaná sila.

Ani to nie je v rozpore s Newtonovým prístupom, pretože všetky sily konajúce na krabici sú vyvážené. Pozrime sa:

• V horizontálnom smere je sila vyvíjaná na škatuli rovnaká a smerom k trecej sile medzi škatuľou a podlahou.
• Potom je čistá sila v horizontálnom smere nula, a preto si box zachováva svoju rýchlosť a smer.

Aj vo zvislom smere sú sily vyvážené, pretože hmotnosť škatule, ktorá je silou, ktorá zvisle smeruje nadol.

Mimochodom, hmotnosť krabice je spôsobená gravitačnou príťažlivosťou Zeme.

Experiment 3

Pokračujeme s krabičkou podopretou na podlahe. Vo vertikálnom smere sú sily vyvážené, to znamená, že čistá vertikálna sila je nula. Určite by bolo veľmi prekvapujúce, keby sa box posunul hore.  Ale v horizontálnom smere existuje trecia sila.

Môže vám slúžiť: Mechanická výhoda: vzorec, rovnice, výpočet a príklady

Teraz, aby sa splnil predpoklad prvého zákona Newtona, musíme znížiť trenie na jeho minimálny výraz. To sa dá dosiahnuť celkom približne, ak hľadáme veľmi hladký povrch, na ktorý sme striekali silikónový olej.

Pretože silikónový olej znižuje trenie takmer na nulu, takže keď je tento box horizontálne, bude si zachovať svoju rýchlosť a smer v dlhej časti.

Je to ten istý jav, ktorý sa vyskytuje s korčuliarom na ľadovej dráhe alebo s hokejovým diskom ľadom, keď sú poháňaní a púšťajú sa na vlastný účet.

V opísaných situáciách, v ktorých je trenie.

V aristotelskej vízii sa to nemohlo stať, pretože podľa tejto naivnej teórie sa pohyb vyskytuje iba vtedy, keď existuje čistá sila na objekt v pohybe.

Povrch ľadu je možné brať do úvahy s veľmi malým trením. Zdroj: Pixabay.

Vysvetlenie prvého zákona Newtona

Zotrvačnosť

Hmotnosť je fyzická suma, ktorá označuje množstvo hmoty, ktorá obsahuje telo alebo objekt.

Hmotnosť je potom vnútornou vlastnosťou hmoty. Ale hmota sa skladá z atómov, ktoré majú hmotnosť. Hmotnosť atómu je koncentrovaná v jadre. Prakticky definujú hmotnosť atómu a hmoty, sú to protóny a neutróny jadra.

Hmotnosť sa všeobecne meria v kilogramoch (kg), je základnou jednotkou Medzinárodného systému jednotiek (SI).

Prototyp alebo referencia kg je platinový a iridium valec, ktorý je uložený v Medzinárodnej kancelárii váh a opatrení v Sèvres vo Francúzsku, hoci v roku 2018 bol spojený s Planckovou konštantou a nová definícia sa platí do platnosti od 20. mája 2019.

Stáva sa, že zotrvačnosť a cesta súvisia. Väčšia hmotnosť, väčšia zotrvačnosť má objekt. Z hľadiska energie je oveľa zložitejšie alebo drahšie zmeniť stav pohybu obrovskejšie ako iný menej masívny.

Príklad

Napríklad, oveľa viac sily a oveľa viac práce je potrebných na to, aby ste si vzali škatuľu s jednou tonou (1000 kg) z pokoja ako druhý kilogram (1 kg). Preto sa zvyčajne hovorí, že prvá má viac zotrvačnosti ako druhá.

Vzhľadom na vzťah medzi zotrvačnosťou a masou si Newton uvedomil, že rýchlosť nie je reprezentatívna pre stav pohybu. Preto definoval sumu známe ako pohyb ani spád To je označené textom p A je to produkt hmotnosti m Pre rýchlosť vložka:

Môže vám slúžiť: Grashof zákon: prípady, mechanizmy, príklady, aplikácie

 p = m vložka

Odvážny v p a v vložka Naznačujú, že ide o vektorové fyzikálne množstvá, to znamená, že sú to množstvá s veľkosťou, smerom a významom.

Namiesto masy m Je to skalárne množstvo, ktorému je priradené číslo, ktoré môže byť väčšie alebo rovná nule, ale nikdy negatívne. Až do súčasnosti sa vo známeho vesmíru nenašiel predmet negatívnej hmoty.

Newton priniesol svoju fantáziu a abstrakciu do extrému a definoval hovor Častíc. Častica je materiálový bod. To znamená, že je to ako matematický bod, ale s hmotnosťou:

Voľná ​​častica je taká, že častice, ktorá je tak izolovaná, tak ďaleko od iného objektu vo vesmíre, že na ňu nič nemôže vyvíjať určitú interakciu alebo pevnosť.

Neskôr Newton pokračoval v definovaní zotrvačných referenčných systémov, ktoré budú uplatňovať ich tri zákony. Tu sú definície podľa týchto konceptov:

Inerciálny referenčný systém

Každý súradnicový systém spojený s voľnou časticou alebo ktorý sa prenáša konštantnou rýchlosťou vzhľadom na voľnú častice, bude inerciálny referenčný systém.

Newtonov prvý zákon (zákon o zotrvačnosti)

Ak je častica voľná, potom má konštantné množstvo pohybu vzhľadom na inerciálny referenčný systém.

Newtonov prvý zákon a množstvo pohybu. Zdroj: Self Made.

Vyriešené cvičenia

Cvičenie 1

Hokejový album je 160 gramov na klzisku pri 3 km/h. Nájdite svoje množstvo pohybu.

Riešenie

Mass albumu v kilogramoch je: M = 0.160 kg.

Rýchlosť v metroch nad sekundou: v = (3/3.6) m/s = 0.8333 m/s

Množstvo pohybu alebo hybnosti P sa vypočíta takto: p = m*v = 0.1333 kg* m/s,

Cvičenie 2

Trenie na predchádzajúcom albume je považované. Je však známe, že na albume pôsobia dve sily: Hmotnosť disku a kontaktná sila alebo normálna, ktorú na ňom uplatňuje podlaha.

Vypočítajte hodnotu normálnej sily v Newtonoch a jej smer.

Riešenie

Keď je hybnosť zachovaná, výsledná sila na hokejovom albume musí byť nula. Hmotné body vertikálne nadol a ok: p = m *g = 0.16 kg * 9.81 m/s²

Normálna sila musí nevyhnutne pôsobiť proti hmotnosti, takže sa musí zaregistrovať vertikálne nahor a jej veľkosť bude 1.57 n.

Predmety záujmu

Newtonove príklady zákona v reálnom živote.

Odkazy

1. Alons m., Finn e. Fyzika Zväzok I: Mechanika. 1970. Inter -American Educational Fund S.Do.
2. Hewitt, P. Koncepčná fyzická veda. Piaty vydanie. Pearson. 67-74.
3. Mladý, Hugh. Fyzika univerzity s modernou fyzikou. 14. vydanie. Pearson. 105 - 107.