Статия за закона за движението на Нютон
1. Определение на сила
Силата е нещо, което кара нещата да се ускоряват. С други думи, силата е нещо, което движи, спира или променя посоката на движение на даден обект. Силата е векторна величина и следователно има големина и посока. Символът за сила е F (Force - сила). F е общ символ за сила. Има няколко вида сили и не всички сили имат символа F. Международната системна единица е kg m/s2, известна още като Нютон.
2. Определение на нетна сила
Резултантната сила (ΣF) е сумата от всички сили, действащи върху даден обект. Силата е векторна величина, така че общата сила се изчислява въз основа на правилото за събиране на вектори.
Общата сила = 10 нютона, посоката на общата сила е надясно.
Общата сила = 8 нютона, посоката на общата сила е надясно.
Общата сила = 0
Общата сила = 0
3. Законите на движението на Нютон
Законите за движение на Нютон са законите на физиката за движението на обект, предложени от английския физик Исак Нютон.
3.1 Първи закон на Нютон
Първият закон на Нютон гласи, че всеки обект, който е в покой, трябва да остане в покой или че всеки обект, който се движи праволинейно с постоянна скорост
ще продължи да се движи праволинейно с постоянна скорост, ако общата сила, действаща върху обекта, е нула.
ΣF = 0
Това уравнение е математическо твърдение от първия закон на Нютон.
Вижте обект около вас, като например маса, камък или друг предмет. Маса, която е в покой, ще остане в покой, ако не бъде преместена или не ѝ бъде приложена външна сила, като например бутане или дърпане. Няма ли сила, която да действа върху маси, скали или предмети, които са в покой? Има сила, действаща върху обекта, но сумата от всички сили, действащи върху обекта, или общата сила, е нула. Силите, действащи върху обекти, които са все още на повърхността на планети като Земята, са гравитация (w) и нормална сила (N). Посоката на гравитационната сила е перпендикулярна на центъра на Земята, посоката на нормалната сила е перпендикулярна нагоре. Големината на тези две сили е еднаква, но имат обратна посока, така че общата сила е равна на нула.
Ами нещата, които се движат праволинейно с постоянна скорост? За да изясним този проблем, да предположим, че бутате предмет, например парче метал, върху повърхността на пода. След като бъде избутан, металът се забавя и спира поради триене. За да се движат металните части по-далеч или по-дълго, трябва да изгладите повърхността на пода и повърхността на металната плоча. Ако повърхността на пода е гладка и няма триене, металната плоча ще продължи да се движи и няма да спре. Няма ли сила, действаща върху металната плоча, която се движи по повърхността на идеалния, гладък под? Има сили, които действат върху металните плочи, а именно силата на гравитацията и нормалната сила. И двете сили работят във вертикална посока и не влияят на движението на металните плочи в хоризонтална посока, ако подът е гладък.
Вторият закон на Нютон гласи, че ако общата сила, действаща върху даден обект, не е равна на нула, тогава обектът ще се ускори. Големината на ускорението е пропорционална на големината на общата сила и обратно пропорционална на масата на обекта. Посоката на ускорението е същата като посоката на общата сила.
ΣF = mA
ΣF = обща сила (kg m/s² ) , m = маса (kg), a = ускорение (m/ s² )
Уравнение 1.2 е математическо твърдение от втория закон на Нютон.
Ако ускорението е равно на нула (a = 0), тогава уравнение 1.2 се променя на уравнение 1.1. Следователно, първият закон на Нютон е частен случай на втория закон на Нютон. Въз основа на уравнение 1.2 се заключава, че колкото по-голяма е силата, толкова по-голямо е ускорението. Обратно, колкото по-голяма е масата, толкова по-малко е ускорението. Връзката между сила, маса и ускорение се разбира по-добре, след като сте провели експеримент по този въпрос.
Примерна задача 1:
Определете големината и посоката на ускорението на обектите въз основа на фигурата по-горе…
Решение:
ΣF = mA
4 кг м/с² = (1 кг) а
a = 4 kg m/s 2 : 1 kg = 4 m/s 2
Големината на ускорението = 4 m/s² , посоката на ускорението е надясно.
Примерна задача 2:
Определете големината и посоката на ускорението въз основа на фигурата по-горе ...
Решение:
ΣF = mA
4 kg m/s 2 – 1 kg m/s 2 = (1 kg) a
3 кг м/с² = (1 кг) а
a = 3 кг м/с² : 1 кг
a = 3 м/ с²
Големината на ускорението = 3 m/s² , посоката на ускорението е надясно.
3.2.1 Тегло (w)
Теглото е силата на гравитацията, действаща върху обект с маса.
ΣF = mA
w = mg
Уравнение 1.3 е уравнението за изчисляване на теглото на обект.
w = тегло (kg m/s² ) , m = маса (kg), g = ускорение на гравитацията (m/s² ) . Големината на гравитационното ускорение (g) върху земната повърхност е 9.8 m/s² . За опростяване на изчисленията g се закръглява на 10 m/ s².
3.2.2 Нормална сила (N)
Нормалната сила е силата, действаща върху два обекта, които се докосват един до друг, при която посоката на нормалната сила е перпендикулярна на повърхността на допирната равнина.
Наблюдавайте обекти, които са все още над повърхността на масата. Силата на гравитацията или теглото също действа върху обекта. Обектите не падат свободно като плодовете, падащи от дърво, защото има нормална сила. Теглото (w) и нормалата (N) са еднакви, но с противоположни посоки, така че общата сила върху обекта е нула.
ΣF = 0
N – w = 0
N = w
3.3 Трети закон на Нютон
Третият закон на Нютон гласи, че ако обект 1 прилага сила към обект 2, то едновременно с това обект 2 прилага сила към обект 1. Двете сили са еднакви, но посоката им е противоположна. Едната сила се нарича действие, а другата - противодействие.
F действие = – F реакция
Уравнение 1.3 е математическо твърдение от третия закон на Нютон. Отрицателният знак в уравнение 1.3 обяснява посоката на силата.
Експериментирайте, за да разберете по-добре третия закон на Нютон. Ако имате скейтборд, натиснете стената, докато стоите на него. След като натиснете стената, скейтбордът се движи назад. Посоката на вашата сила е напред, докато посоката на скейтборда е назад.
Това показва, че стената също ви притиска. Когато бутате стената, едновременно с това и стената ви бута. Вашата сила на натиск действа върху стената, докато силата на натиск на стената действа върху вас. И двете сили са в една и съща посока, но в противоположни посоки. Можете да наречете едната сила действие, а другата - реакция.
Друг експеримент, който може да се направи, е да се надуе гумен балон и след като гуменият балон се разшири, защото е пълен с въздух, да се освободи балонът. След като бъде пуснат, балонът „лети“. Посоката на движение на балона е обратна на посоката на излизане на въздуха от балона. Как да обясня това?
Когато устата на балона се освободи, той избутва въздуха навън. В същото време въздухът също бута балона. Силата на въздушното избутване кара балона да лети. Силата на балона действа, докато се движи, а силата на въздуха действа върху балона. Двете сили са еднакви, но посоката е противоположна.
Разгледайте фигура 2 и я сравнете с фигура 3. Нормалната сила, действаща върху обект (N), е силата, приложена от плоска повърхност, като например повърхност на маса. В същото време обектите също така прилагат сила върху повърхността на масата (N'). И двете нормални сили (N и N') имат еднаква величина, но са в противоположни посоки и работят върху различни обекти. За разлика от w и N, които имат еднаква величина и работят върху един и същ обект, N и N' са сили на действие-противодействие.
