Nyuton qanunları haqqında fizika sənədi
Pendahuluan
Fizika təbiət elmlərinin bir qoludur və müşahidə, ölçmə və ümumi tətbiq olunan qanunların formalaşdırılması yolu ilə kainatın hadisələrini və davranışlarını öyrənir. Klassik fizikanın əsas təməllərindən biri Nyutonun hərəkət qanunlarıdır. Bu qanunlar 17-ci əsrdə Ser İsaak Nyuton tərəfindən formalaşdırılmış və cisimlərin necə hərəkət etdiyini və qüvvələrin bu hərəkətdəki dəyişikliklərə necə təsir etdiyini anlamaq üçün əsas rolunu oynayır. Müasir inkişaflar nisbilik və kvant mexanikasına səbəb olsa da, Nyuton qanunları gündəlik hadisələrin geniş spektrini, xüsusən də işıq sürətindən daha kiçik sürətlə hərəkət edən cisimlərin miqyasını izah etmək üçün olduqca aktual olaraq qalır.
Nyuton qanunları sadəcə bir sıra düsturlar deyil, əksinə, qüvvə, kütlə və təcil arasındakı əlaqəni düşünmək üçün elmi bir çərçivədir. Onların tətbiq sahələri genişdir, nəqliyyat vasitələrinin hərəkətini hesablamaqdan və körpü dizaynından idman təhlilinə və hətta aviasiya və kosmik texnologiyaya qədər dəyişir. Bu məqalədə Nyutonun üç qanunu, qüvvə və kütlə anlayışları və onların gündəlik həyatda tətbiqinə dair nümunələr sistematik şəkildə müzakirə ediləcək.
Əsas anlayışlarQüvvə, Kütlə və Hərəkət
Nyutonun üç qanununu müzakirə etməzdən əvvəl, əsas anlayışları başa düşmək vacibdir. Qüvvə, cismin hərəkət vəziyyətini dəyişdirə bilən itələmə və ya dartma qüvvəsidir. Qüvvənin həm böyüklüyü, həm də istiqaməti var, bu da onu vektor kəmiyyətinə çevirir. SI-də qüvvə vahidi Nyutondur (N) və 1 kq kütləyə 1 m/s² təcil vermək üçün tələb olunan qüvvə kimi müəyyən edilir.
Kütlə, cismin ətalətinin, yəni hərəkət vəziyyətini qorumaq meylinin ölçüsüdür. Cismin kütləsi nə qədər böyükdürsə, onu sürətləndirmək və ya dayandırmaq bir o qədər çətindir. Kütlə çəkidən fərqlidir. Çəki, cisimə təsir edən cazibə qüvvəsidir və buna görə də yerli cazibə sürətlənməsindən asılıdır.
Fizikada hərəkət adətən mövqe, sürət və təcil kəmiyyətləri vasitəsilə öyrənilir. Sürət mövqenin zamana görə nə qədər tez dəyişdiyini, təcil isə vahid zamana görə sürətin dəyişdiyini göstərir. Nyuton qanunları qüvvəni təcil ilə əlaqələndirir və beləliklə, səbəb (qüvvə) və nəticə (hərəkətdəki dəyişiklik) arasında körpü yaradır.
Nyutonun Birinci Qanunu (Ətalət Qanunu)
Nyutonun Birinci Qanununda deyilir: "Əgər cisimə təsir edən ümumi qüvvə sıfırdırsa, o, sükunətdə qalacaq və ya sabit sürətlə düz xətt üzrə hərəkət edəcək." Bu o deməkdir ki, əgər cisimə təsir edən ümumi qüvvə yoxdursa, cisim sürətində dəyişiklik hiss etməyəcək.
Bu qanunun əsas konsepsiyası ətalətdir. Ətalət, avtomobil qəfil əyləc basdıqda sərnişinlərin niyə irəli itələndiyini izah edir. Avtomobil yavaşladıqca, sərnişinin bədəni ətalət səbəbindən irəli hərəkətini qorumağa meyllidir. Təhlükəsizlik kəmərləri buna görə çox vacibdir, çünki onlar bədənin irəliləməsinə mane olan bir qüvvə yaradır.
Başqa bir nümunə, masadakı bir cisimdir. Cisim sükunətdə qalır, çünki onu hərəkətə gətirən üfüqi qüvvə yoxdur; aşağıya doğru cazibə qüvvəsi və masanın yuxarıya doğru qüvvəsi bir-birini tarazlaşdırır, buna görə də nəticədə yaranan qüvvə sıfıra bərabərdir. Beləliklə, birinci qanun hərəkətdə dəyişikliyin yalnız sıfırdan fərqli nəticədə yaranan qüvvə olduqda baş verdiyini vurğulayır.
Nyutonun İkinci Qanunu (Qüvvə, Kütlə və Təcil Arasındakı Əlaqə)
Nyutonun İkinci Qanunu klassik mexanikanın əsasını təşkil edir və deyir: "Cismin sürətlənməsi ona təsir edən nəticə qüvvəsi ilə mütənasib və kütləsi ilə tərs mütənasibdir." Riyazi olaraq, bu, aşağıdakı kimi ifadə olunur:
ΣF = m · a
Burada ΣF nəticə qüvvəsidir (N), m kütlədir (kq) və a isə təcildir (m/s²). Bu düstur iki vacib məqamı nümayiş etdirir. Birincisi, sabit kütləli cismə tətbiq olunan qüvvə nə qədər böyükdürsə, nəticədə yaranan təcil də bir o qədər böyükdür. İkincisi, eyni qüvvə üçün daha böyük kütləyə malik cisim daha kiçik təcil alacaq.
Məsələn, boş alış-veriş səbətini itələmək dolu səbəti itələməkdən daha asandır. Dolu səbətin kütləsi daha böyükdür, ona görə də eyni itələmə qüvvəsi üçün sürətlənmə daha kiçikdir. İdman nümunələri də aydındır: tennis topunun kütləsi daha kiçik olduğu üçün boulinq topundan daha asan sürətlənir.
Nyutonun İkinci Qanunu həmçinin cisimə təsir edən qüvvələri, məsələn, sürtünmə, ipdəki gərginlik, yay qüvvəsi və cazibə qüvvəsini təhlil etməyə kömək edir. Məsələlər həll edilərkən, nəticədə yaranan qüvvənin düzgün hesablanması üçün adətən bütün təsir qüvvələrini xəritələşdirmək üçün sərbəst cisim diaqramından istifadə olunur.
Nyutonun Üçüncü Qanunu (Təsir və Reaksiya)
Nyutonun Üçüncü Qanununda deyilir: "Hər bir hərəkət üçün bərabər və əks reaksiya var." Bu o deməkdir ki, əgər A cismi B cismi üzərində qüvvə tətbiq edirsə, B cismi A cismi üzərində bərabər, lakin əks istiqamətdə qüvvə tətbiq edir.
Bu qanun çox vaxt səhv başa düşülür, çünki insanlar hərəkət və reaksiyanın bir-birini ləğv etdiyini düşünürlər. Əslində, bu iki qüvvə iki fərqli cisim üzərində təsir göstərir, ona görə də eyni cisim üzərində bir-birini ləğv etmirlər. Məsələn, bir insan yerdə dayandıqda, ayaqları yerə aşağıya doğru qüvvə (hərəkət), döşəmə isə ayaqlarına yuxarıya doğru normal qüvvə (reaksiya) tətbiq edir. Döşəmədən gələn reaksiya qüvvəsi onların çəkisini tarazlaşdırmaq üçün kifayət qədər böyük olduğundan, insan yıxılmadan ayaq üstə dura bilər.
Başqa bir çox məşhur nümunə raketin hərəkətidir. Raket qazı yüksək sürətlə (hərəkət) geri atır, sonra qaz raketə irəli itələmə (reaksiya) tətbiq edərək raketi yuxarı itələyir. Eyni prinsip sərbəst buraxılmış şar üçün də keçərlidir: hava bir istiqamətə çıxır və şar əks istiqamətə itələnir.
Qanunun tətbiqi Gündəlik Həyatda Nyuton
Nyuton qanunlarına bir çox fəaliyyətdə rast gəlmək olar. Nəqliyyatda nəqliyyat vasitələrinin dizaynı mühərrik gücü, hava müqaviməti və təkər sürtünməsi kimi müxtəlif qüvvələri nəzərə alır. Nəqliyyat vasitəsi döndükdə, nəqliyyat vasitəsinin dairəvi yolunu qorumaq üçün mərkəzdənqaçma qüvvəsi tələb olunur; sürtünmə kifayət deyilsə, nəqliyyat vasitəsi sürüşə bilər.
Mühəndislikdə bina və körpülərin tikintisi qüvvə balansının təhlilini tələb edir (Nyutonun Birinci Qanunu). Konstruksiyalar elə dizayn edilməlidir ki, müəyyən nöqtələrdə yaranan qüvvələr və momentlər çökməyə səbəb olmasın. Ağır avadanlıq texnologiyasında Nyutonun İkinci Qanunu, maşının müəyyən bir yükü qaldırmaq və ya hərəkət etdirmək üçün tələb olunan qüvvəni təyin etmək üçün istifadə olunur.
İdmanda idmançılar hərəkət-reaksiya qanunundan istifadə edirlər. Qaçışçı yerə dirənərək geri itələyir və bu da qaçışçını irəli itələyir. Üzgüçü suya dirənərək geri itələyir və bu da üzgüçünü irəli itələyir. İtələyici qüvvə nə qədər təsirli olarsa, nəticədə yaranan sürətlənmə bir o qədər böyük olar.
Nyuton qanunlarının məhdudiyyətləri
Çox faydalı olsa da, Nyuton qanunlarının limitləri var. Onlar aşağı sürətlərdə makroskopik obyektlər üçün ən dəqiqdir. İşıq sürətinə yaxınlaşan sürətlərdə, Eynşteynin nisbilik nəzəriyyəsi daha dəqiqdir, çünki effektiv kütlə və zaman artıq mütləq deyil. Atomların və subatom hissəciklərinin miqyasında kvant mexanikası zəruridir, çünki hissəciklərin davranışı yalnız klassik qüvvələr və trayektoriyalarla izah edilə bilməz.
Lakin, gündəlik problemlərin əksəriyyəti və bir çox mühəndislik tətbiqləri üçün Nyuton qanunları hələ də əsas yanaşmadır, çünki onlar sadə, praktik və kifayət qədər dəqiqdir.
Nəticə
Nyuton qanunları klassik fizikada qüvvə və hərəkət arasındakı əlaqəni izah edən mühüm bir təməldir. Nyutonun Birinci Qanunu, nəticədə yaranan qüvvə sıfır olduqda cismin hərəkət vəziyyətini qoruyacağını bildirir. Nyutonun İkinci Qanunu, sürətlənmənin nəticədə yaranan qüvvə ilə düz mütənasib və kütlə ilə tərs mütənasib olduğunu və ΣF = m·a kimi ifadə edildiyini izah edir. Nyutonun Üçüncü Qanunu, hər bir qüvvənin həmişə bərabər böyüklükdə və əks istiqamətdə bir ortağı olduğunu vurğulayan təsir-reaksiya prinsipini vurğulayır.
Bu üç qanunu anlamaqla, gündəlik həyatdakı sadə hərəkətdən tutmuş maşın və nəqliyyat vasitələrinin dizaynına qədər geniş təbii və texnoloji hadisələri təhlil edə bilərik. Ekstremal şəraitdə məhdudiyyətlərinə baxmayaraq, Nyuton qanunları aktuallığını qoruyur və elm tarixində ən böyük nailiyyətlərdən birini təşkil edir.
-
İstəsəniz, biblioqrafiya, ön söz əlavə edə və ya daha “məktəb formatı” versiyasını (arxa plan, problemin ifadəsi, məqsədlər, müzakirə və nəticə ilə) yarada bilərəm.
