Артыкул пра закон руху Ньютана
1. Вызначэнне сілы
Сіла — гэта тое, што прымушае рэчы паскарацца. Іншымі словамі, сіла — гэта тое, што рухае, спыняе або змяняе кірунак руху аб'екта. Сіла — гэта вектарная велічыня, і таму мае велічыню і кірунак. Сімвал сілы — F (Force). F — гэта агульны сімвал сілы. Існуе некалькі тыпаў сіл, і не ўсе сілы маюць сімвал F. Адзінка міжнароднай сістэмы вымярэння — кг м/с2, таксама вядомая як Ньютан.
2. Вызначэнне рэзультуючай сілы
Выніковая сіла (ΣF) — гэта сума ўсіх сіл, якія дзейнічаюць на аб'ект. Сіла — гэта вектарная велічыня, таму агульная сіла вылічваецца на аснове правіла складання вектараў.
Поўная сіла = 10 ньютана, кірунак поўнай сілы направа.
Поўная сіла = 8 ньютана, кірунак поўнай сілы направа.
Агульная сіла = 0
Агульная сіла = 0
3. Законы руху Ньютана
Законы руху Ньютана — гэта законы фізікі аб руху аб'екта, прапанаваныя англійскім фізікам Ісаакам Ньютанам.
3.1 Першы закон Ньютана
Першы закон Ньютана сцвярджае, што кожны аб'ект, які знаходзіцца ў стане спакою, павінен заставацца ў стане спакою, або што кожны аб'ект, які рухаецца прамалінейна з пастаяннай хуткасцю
будзе працягваць рухацца прамалінейна з пастаяннай хуткасцю, калі агульная сіла, якая дзейнічае на аб'ект, роўная нулю.
ΣF = 0
Гэтае ўраўненне з'яўляецца матэматычным сцвярджэннем з першага закона Ньютана.
Уявіце сабе аб'ект вакол сябе, напрыклад, стол, камень ці любы іншы прадмет. Стол, які знаходзіцца ў стане спакою, будзе заставацца ў стане спакою, калі яго не рухаць або не прымяняць знешнюю сілу, напрыклад, штуршок або цяга. Ці няма сілы, якая дзейнічае на сталы, камяні ці аб'екты, якія знаходзяцца ў стане спакою? На аб'ект дзейнічае сіла, але сума ўсіх сіл, якія дзейнічаюць на аб'ект, або агульная сіла, роўная нулю. Сілы, якія дзейнічаюць на аб'екты, якія знаходзяцца на паверхні планет, такіх як Зямля, - гэта сіла цяжару (W) і нармальная сіла (N). Кірунак сілы цяжару перпендыкулярны цэнтру Зямлі, кірунак нармальнай сілы перпендыкулярны ўверх. Велічыня гэтых дзвюх сіл аднолькавая, але яны маюць процілеглы кірунак, таму агульная сіла роўная нулю.
А як наконт рэчаў, якія рухаюцца прамалінейна з пастаяннай хуткасцю? Каб удакладніць гэтую праблему, дапусцім, што вы штурхаеце прадмет, напрыклад, кавалак металу, па паверхні падлогі. Пасля штуршка метал запавольваецца і спыняецца з-за трэння. Каб металічныя кавалкі рухаліся далей або даўжэй, вам трэба згладзіць паверхню падлогі і паверхню металічнай пласціны. Калі паверхня падлогі гладкая і няма трэння, металічная пласціна будзе працягваць рухацца і не спыняцца. Ці няма сілы, якая дзейнічае на металічную пласціну, якая рухаецца па паверхні ідэальнай, гладкай падлогі? Існуюць сілы, якія дзейнічаюць на металічныя пласціны, а менавіта сіла цяжару і нармальная сіла. Абедзве гэтыя сілы працуюць у вертыкальным кірунку і не ўплываюць на рух металічных пласцін у гарызантальным кірунку, калі падлога гладкая.
Другі закон Ньютана сцвярджае, што калі агульная сіла, якая дзейнічае на аб'ект, не роўная нулю, то аб'ект будзе паскарацца. Велічыня паскарэння прапарцыйная велічыні агульнай сілы і адваротна прапарцыйная масе аб'екта. Кірунак паскарэння супадае з напрамкам агульнай сілы.
ΣF = ма
ΣF = агульная сіла (кг м/с² ) , m = маса (кг), a = паскарэнне (м/ с² )
Раўнанне 1.2 — гэта матэматычнае сцвярджэнне з другога закона Ньютана.
Калі паскарэнне роўна нулю (a = 0), то раўнанне 1.2 пераўтвараецца ў раўнанне 1.1. Такім чынам, першы закон Ньютана з'яўляецца асобным выпадкам другога закона Ньютана. Зыходзячы з раўнання 1.2, робіцца выснова, што чым большая сіла, тым большае паскарэнне. І наадварот, чым большая маса, тым меншае паскарэнне. Сувязь паміж сілай, масай і паскарэннем лепш зразумець пасля правядзення эксперыменту па гэтай тэме.
Прыклад задачы 1:
Вызначце велічыню і кірунак паскарэння аб'ектаў, зыходзячы з малюнка вышэй…
Рашэнне:
ΣF = ма
4 кг м/с² = (1 кг)α
а = 4 кг м/с 2 : 1 кг = 4 м/с 2
Велічыня паскарэння = 4 м/с² , напрамак паскарэння направа.
Прыклад задачы 2:
Вызначце велічыню і кірунак паскарэння, зыходзячы з малюнка вышэй…
Рашэнне:
ΣF = ма
4 кг м/с 2 – 1 кг м/с 2 = (1 кг) а
3 кг м/с² = (1 кг)α
a = 3 кг м/с² : 1 кг
a = 3 м/ с²
Велічыня паскарэння = 3 м/с² , напрамак паскарэння направа.
3.2.1 Вага (в)
Вага — гэта сіла цяжару, якая дзейнічае на масіўны аб'ект.
ΣF = ма
w = мг
Раўнанне 1.3 — гэта раўнанне для вылічэння вагі аб'екта.
w = вага (кг м/с² ) , m = маса (кг), g = паскарэнне свабоднага падзення (м/с² ) . Велічыня паскарэння свабоднага падзення (g) на паверхні Зямлі складае 9.8 м/с² . Для спрашчэння разлікаў g акругляецца да 10 м/ с².
3.2.2 Нармальная сіла (Н)
Нармальная сіла — гэта сіла, якая дзейнічае на два аб'екты, якія датыкаюцца адзін аднаго, прычым кірунак нармальнай сілы перпендыкулярны паверхні плоскасці дотыку.
Назірайце за прадметамі, якія знаходзяцца над паверхняй стала. На прадмет таксама дзейнічае сіла цяжару або вагі. Прадметы не падаюць свабодна, як садавіна, што падаюць з дрэва, таму што існуе нармальная сіла. Вага (w) і нармаль (N) аднолькавыя, але процілеглыя па кірунку, таму агульная сіла, якая дзейнічае на прадмет, роўная нулю.
ΣF = 0
N – w = 0
N = w
3.3 Трэці закон Ньютана
Трэці закон Ньютана сцвярджае, што калі аб'ект 1 перадае сілу аб'екту 2, то ў той жа час аб'ект 2 перадае сілу аб'екту 1. Дзве сілы аднолькавыя, але кірунак дзвюх сіл процілеглы. Адна сіла называецца дзеяннем, другая — супрацьдзеяннем.
F-дзеянне = – F-рэакцыя
Раўнанне 1.3 — гэта матэматычнае сцвярджэнне з трэцяга закона Ньютана. Знак адмоўнага значэння ў раўнанні 1.3 тлумачыць кірунак сілы.
Паэксперыментуйце, каб лепш зразумець трэці закон Ньютана. Калі ў вас ёсць скейтборд, стоячы на ім, адштурхніце сцяну. Пасля адштурхвання сцяны скейтборд рухаецца назад. Кірунак вашай сілы — наперад, а кірунак скейтборда — назад.
Гэта сведчыць аб тым, што сцяна таксама цісне на вас. Калі вы штурхаеце сцяну, адначасова сцяна таксама цісне на вас. Ваша сіла штуршка дзейнічае на сцяну, а сіла штуршка сцяны — на вас. Абедзве сілы аднолькавыя, але ў процілеглых напрамках. Адну сілу можна назваць дзеяннем, а другую — рэакцыяй.
Яшчэ адзін эксперымент, які можна правесці, — надзьмуць гумовы паветраны шарык і пасля таго, як ён пашырыцца, бо напоўніцца паветрам, адпусціць яго. Пасля адпускання шарык «ляціць». Кірунак руху шарыка процілеглы кірунку выхаду паветра з шарыка. Як гэта растлумачыць?
Калі паветраны шарык адпускаецца, ён выштурхоўвае паветра. Адначасова паветра таксама штурхае шарык. Сіла штуршка паветра прымушае шарык ляцець. Сіла шарыка, які гуляе, сіла паветра дзейнічае на шарык. Дзве сілы аднолькавыя, але кірунак процілеглы.
Разгледзьце малюнак 2 і параўнайце яго з малюнкам 3. Нармальная сіла, якая дзейнічае на аб'ект (N), — гэта сіла, якая ствараецца плоскай паверхняй, напрыклад, паверхняй стала. У той жа час аб'екты таксама ствараюць сілу на паверхні стала (N'). Абедзве гэтыя нармальныя сілы (N і N') маюць аднолькавую велічыню, але накіраваны ў процілеглых напрамках і працуюць на розныя аб'екты. У адрозненне ад w і N, якія маюць аднолькавую велічыню і працуюць на адзін і той жа аб'ект, N і N' — гэта сілы дзеяння-супрацьдзеяння.
