Artikel oor Newton se bewegingswet
1. Definisie van krag
Krag is iets wat veroorsaak dat dinge versnel. Met ander woorde, krag is iets wat 'n voorwerp beweeg, stop of die rigting van beweging verander. Krag is 'n vektorhoeveelheid en het dus 'n grootte en rigting. Die kragsimbool is F (Krag). F is 'n algemene simbool van krag. Daar is verskeie tipes kragte en nie alle kragte het die simbool F nie. Die internasionale stelseleenheid is kg m/s², ook bekend as Newton.
2. Definisie van netto krag
Die resulterende krag (ΣF) is die som van al die kragte wat op 'n voorwerp inwerk. Krag is 'n vektorhoeveelheid, dus word die totale krag bereken op grond van die vektoroptelreël.
Die totale krag = 10 Newton, die rigting van die totale krag na regs.
Die totale krag = 8 Newton, die rigting van die totale krag na regs.
Die totale krag = 0
Die totale krag = 0
3. Newton se bewegingswette
Newton se bewegingswette is die wette van fisika oor die beweging van 'n voorwerp wat deur die Engelse fisikus, Isaac Newton, voorgestel is.
3.1 Newton se Eerste Wet
Newton se Eerste Wet bepaal dat elke voorwerp wat in rus is, in rus moet bly, of dat elke voorwerp wat reguit beweeg teen 'n konstante spoed
sal voortgaan om reguit te beweeg teen 'n konstante spoed as die totale krag wat op die voorwerp inwerk nul is.
ΣF = 0
Hierdie vergelyking is 'n wiskundige stelling uit Newton se eerste wet.
Kyk na 'n voorwerp rondom jou, soos 'n tafel of klip of enige voorwerp. 'n Tafel wat in rus is, sal in rus bly as dit nie beweeg word of 'n eksterne krag soos 'n stoot of trek kry nie. Is daar geen krag wat op tafels of rotse of voorwerpe wat in rus is, inwerk nie? Daar is 'n krag wat op die voorwerp inwerk, maar die som van al die kragte wat op die voorwerp inwerk, of die totale krag, is nul. Die kragte wat op voorwerpe inwerk wat steeds op die oppervlak van planete soos die aarde is, is swaartekrag (w) en normaalkrag (N). Die rigting van die swaartekrag is loodreg op die middelpunt van die aarde, die rigting van die normaalkrag is loodreg opwaarts. Die grootte van hierdie twee kragte is dieselfde, maar hulle het die teenoorgestelde rigting, dus is die totale krag gelyk aan nul.
Wat van dinge wat reguit beweeg teen 'n konstante spoed? Om hierdie probleem te verduidelik, veronderstel jy stoot 'n voorwerp, byvoorbeeld 'n stuk metaal, op die oppervlak van die vloer. Nadat dit gestoot is, vertraag die metaal en stop as gevolg van wrywing. Vir metaalstukke om verder of langer te beweeg, moet jy die vloeroppervlak en die oppervlak van die metaalplaat glad maak. As die vloeroppervlak glad is en daar geen wrywing is nie, sal die metaalplaat aanhou beweeg en nie stop nie. Werk daar geen krag in op die metaalplaat wat op die oppervlak van die perfekte, gladde vloer beweeg nie? Daar is kragte wat op metaalplate werk, naamlik die swaartekrag en die normaalkrag. Beide hierdie kragte werk in 'n vertikale rigting en beïnvloed nie die beweging van metaalplate in die horisontale rigting as die vloer glad is nie.
Newton se Tweede Wet bepaal dat as die totale krag wat op 'n voorwerp inwerk nie gelyk is aan nul nie, dan sal die voorwerp versnel. Die grootte van die versnelling is eweredig aan die grootte van die totale krag en omgekeerd eweredig aan die massa van die voorwerp. Die rigting van versnelling is dieselfde as die rigting van die totale krag.
ΣF = ma
ΣF = totale krag (kg m/s² ) , m = massa (kg), a = versnelling (m/ s² )
Vergelyking 1.2 is 'n wiskundige stelling uit Newton se tweede wet.
As die versnelling gelyk is aan nul (a = 0), verander vergelyking 1.2 na vergelyking 1.1. Dus, Newton se eerste wet is 'n spesiale geval van Newton se tweede wet. Gebaseer op vergelyking 1.2 word die gevolgtrekking gemaak dat hoe groter die krag, hoe groter die versnelling. Omgekeerd, hoe groter die massa, hoe kleiner die versnelling. Die verband tussen krag, massa en versnelling word beter verstaan nadat jy 'n eksperiment hieroor uitgevoer het.
Voorbeeldprobleem 1:
Bepaal die grootte en rigting van die versnelling van voorwerpe gebaseer op die figuur hierbo…
Oplossing:
ΣF = ma
4 kg m/s² = (1 kg) a
a = 4 kg m/s 2 : 1 kg = 4 m/s 2
Die grootte van die versnelling = 4 m/s² , die rigting van die versnelling na regs.
Voorbeeldprobleem 2:
Bepaal die grootte en rigting van versnelling gebaseer op die figuur hierbo ...
Oplossing:
ΣF = ma
4 kg m/s 2 – 1 kg m/s 2 = (1 kg) a
3 kg m/s² = (1 kg) a
a = 3 kg m/s² : 1 kg
a = 3 m/ s²
Die grootte van die versnelling = 3 m/s² , die rigting van die versnelling na regs.
3.2.1 Gewig (g)
Gewig is die swaartekrag wat op 'n massavoorwerp inwerk.
ΣF = ma
w = mg
Vergelyking 1.3 is die vergelyking vir die berekening van die gewig van 'n voorwerp.
w = gewig (kg m/s² ) , m = massa (kg), g = swaartekragversnelling (m/s² ) . Die grootte van die gravitasieversnelling (g) op die aarde se oppervlak is 9.8 m/s² . Om berekeninge te vereenvoudig, word g afgerond tot 10 m/ s².
3.2.2 Normale krag (N)
Die normaalkrag is die krag wat op twee voorwerpe inwerk wat mekaar raak, waarin die rigting van die normaalkrag loodreg op die oppervlak van die raakvlak is.
Let op voorwerpe wat steeds bo die tafeloppervlak is. Swaartekrag of gewig werk ook op die voorwerp. Voorwerpe val nie vrylik soos vrugte wat van 'n boom af val nie, want daar is 'n normaalkrag. Die gewig (w) en normaal (N) is dieselfde maar teenoorgestelde rigtings, sodat die totale krag op 'n voorwerp nul is.
ΣF = 0
N – w = 0
N = w
3.3 Newton se Derde Wet
Newton se derde wet bepaal dat as voorwerp 1 krag aan voorwerp 2 gee, dan gee voorwerp 2 terselfdertyd krag aan voorwerp 1. Die twee kragte is dieselfde, maar die rigting van die twee kragte is teenoorgesteld. Een krag word aksie genoem, 'n ander word reaksie genoem.
F-aksie = – F-reaksie
Vergelyking 1.3 is 'n wiskundige stelling uit Newton se derde wet. Die negatiewe teken in vergelyking 1.3 verduidelik die rigting van die krag.
Eksperimenteer sodat jy Newton se derde wet beter verstaan. As jy 'n skaatsplank het, stoot die muur terwyl jy op 'n skaatsplank staan. Nadat die muur gestoot is, beweeg die skaatsplank agteruit. Die rigting van jou krag is vorentoe, terwyl die rigting van die skaatsplank agteruit is.
Dit dui daarop dat die muur jou ook afdwing. Wanneer jy die muur stoot, stoot die muur jou terselfdertyd ook. Jou stootkrag werk op die muur, terwyl die stootkrag van die muur op jou werk. Beide kragte is in dieselfde rigting, maar in teenoorgestelde rigtings. Jy kan een krag as aksie en 'n ander as 'n reaksie noem.
Nog 'n eksperiment wat gedoen kan word, is om 'n rubberballon te blaas en nadat die rubberballon uitsit omdat dit met lug gevul is, die ballon los te laat. Nadat dit vrygestel is, "vlieg" die ballon. Die rigting van die ballonbeweging is teenoor die rigting van die luguitgang uit die ballon. Hoe kan mens dit verduidelik?
Wanneer die ballon se mond vrygestel word, stoot die ballon die lug uit. Terselfdertyd stoot die lug ook die ballon. Die lugstootkrag veroorsaak dat die ballon vlieg. Die krag van die ballon werk saam, die krag van die lug werk op die ballon. Die twee kragte is dieselfde, maar die rigting is teenoorgesteld.
Kyk na figuur 2 en vergelyk dit met figuur 3. Die normaalkrag wat op 'n voorwerp (N) inwerk, is die krag wat deur 'n plat oppervlak, soos 'n tafeloppervlak, gegee word. Terselfdertyd gee voorwerpe ook krag aan die tafeloppervlak (N'). Beide hierdie normaalkragte (N en N') het dieselfde grootte, maar is in teenoorgestelde rigtings en werk op verskillende voorwerpe. Anders as w en N wat dieselfde grootte het en op dieselfde voorwerp werk. Dus is N en N' aksie-reaksiekragte.
