Article sobre la llei del moviment de Newton
1. Definició de força
La força és quelcom que fa que les coses accelerin. En altres paraules, la força és quelcom que mou, atura o canvia la direcció del moviment d'un objecte. La força és una quantitat vectorial i, per tant, té una magnitud i una direcció. El símbol de la força és F (Força). F és un símbol general de la força. Hi ha diversos tipus de forces i no totes les forces tenen el símbol F. La unitat del sistema internacional és kg m/s2, també conegut com a Newton.
2. Definició de força neta
La força resultant (ΣF) és la suma de totes les forces que actuen sobre un objecte. La força és una magnitud vectorial, de manera que la força total es calcula segons la regla de la suma vectorial.
La força total = 10 Newtons, la direcció de la força total cap a la dreta.
La força total = 8 Newtons, la direcció de la força total cap a la dreta.
La força total = 0
La força total = 0
3. Lleis del moviment de Newton
Les lleis del moviment de Newton són les lleis de la física sobre el moviment d'un objecte proposades pel físic anglès Isaac Newton.
3.1 Primera llei de Newton
La primera llei de Newton estableix que tot objecte que està en repòs ha de romandre en repòs, o que tot objecte que es mou en línia recta a velocitat constant
continuarà movent-se en línia recta a una velocitat constant si la força total que actua sobre l'objecte és zero.
ΣF = 0
Aquesta equació és una afirmació matemàtica de la primera llei de Newton.
Observa un objecte al teu voltant, com ara una taula, una pedra o qualsevol objecte. Una taula que està en repòs romandrà en repòs si no es mou o no se li aplica una força externa, com ara una empenta o una estirada. No hi ha cap força que actuï sobre taules, roques o objectes que estan en repòs? Hi ha una força que actua sobre l'objecte, però la suma de totes les forces que actuen sobre l'objecte o la força total és zero. Les forces que actuen sobre els objectes que encara es troben a la superfície de planetes com la Terra són la gravetat (w) i la força normal (N). La direcció de la força de la gravetat és perpendicular al centre de la Terra, la direcció de la força normal és perpendicular cap amunt. La magnitud d'aquestes dues forces és la mateixa, però tenen la direcció oposada, de manera que la força total és igual a zero.
I què passa amb les coses que es mouen en línia recta amb velocitat constant? Per aclarir aquest problema, suposem que empenyeu un objecte, per exemple, una peça de metall, contra la superfície del terra. Després de ser empès, el metall es desaccelera i s'atura a causa de la fricció. Perquè les peces metàl·liques es moguin més lluny o més estona, heu de suavitzar la superfície del terra i la superfície de la placa metàl·lica. Si la superfície del terra és llisa i no hi ha fricció, la placa metàl·lica continuarà movent-se i no s'aturarà. No hi ha cap força que actuï sobre la placa metàl·lica que es mou sobre la superfície del terra perfecte i llis? Hi ha forces que actuen sobre les plaques metàl·liques, és a dir, la força de la gravetat i la força normal. Ambdues forces actuen en direcció vertical i no afecten el moviment de les plaques metàl·liques en direcció horitzontal si el terra és llis.
La segona llei de Newton estableix que si la força total que actua sobre un objecte no és igual a zero, aleshores l'objecte accelerarà. La magnitud de l'acceleració és proporcional a la magnitud de la força total i inversament proporcional a la massa de l'objecte. La direcció de l'acceleració és la mateixa que la direcció de la força total.
ΣF = ma
ΣF = força total (kg m/s² ) , m = massa (kg), a = acceleració (m/ s² )
L'equació 1.2 és un enunciat matemàtic de la segona llei de Newton.
Si l'acceleració és igual a zero (a = 0), l'equació 1.2 canvia a l'equació 1.1. Per tant, la primera llei de Newton és un cas especial de la segona llei de Newton. Basant-nos en l'equació 1.2, es conclou que com més gran és la força, més gran és l'acceleració. A l'inrevés, com més gran és la massa, més petita és l'acceleració. La relació entre força, massa i acceleració s'entén millor després d'haver realitzat un experiment sobre això.
Problema de mostra 1:
Determineu la magnitud i la direcció de l'acceleració dels objectes a partir de la figura anterior...
Solució:
ΣF = ma
4 kg m/s² = (1 kg) a
a = 4 kg m/s 2 : 1 kg = 4 m/s 2
La magnitud de l'acceleració = 4 m/s² , la direcció de l'acceleració cap a la dreta.
Problema de mostra 2:
Determineu la magnitud i la direcció de l'acceleració a partir de la figura anterior...
Solució:
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
La magnitud de l'acceleració = 3 m/s² , la direcció de l'acceleració cap a la dreta.
3.2.1 Pes (p)
El pes és la força de la gravetat que actua sobre un objecte de massa.
ΣF = ma
w = mg
L'equació 1.3 és l'equació per calcular el pes d'un objecte.
w = pes (kg m/s² ) , m = massa (kg), g = acceleració de la gravetat (m/s² ) . La magnitud de l'acceleració gravitacional (g) a la superfície terrestre és de 9.8 m/s² . Per simplificar els càlculs, g s'arrodoneix a 10 m/ s².
3.2.2 Força normal (N)
La força normal és la força que actua sobre dos objectes que es toquen, en què la direcció de la força normal és perpendicular a la superfície del pla de contacte.
Observa els objectes que encara estan per sobre de la superfície de la taula. La força de la gravetat o el pes també actua sobre l'objecte. Els objectes no cauen lliurement com la fruita que cau d'un arbre perquè hi ha una força normal. El pes (w) i la normal (N) són iguals però en direccions oposades, de manera que la força total sobre un objecte és zero.
ΣF = 0
N – w = 0
N = w
3.3 Tercera llei de Newton
La tercera llei de Newton estableix que si l'objecte 1 fa força a l'objecte 2, al mateix temps l'objecte 2 fa força a l'objecte 1. Les dues forces són iguals, però la direcció de les dues forces és oposada. Una força s'anomena acció, l'altra reacció.
Acció F = – reacció F
L'equació 1.3 és un enunciat matemàtic de la tercera llei de Newton. El signe negatiu de l'equació 1.3 explica la direcció de la força.
Experimenta per entendre millor la tercera llei de Newton. Si tens un monopatí, empeny la paret mentre ets dret a sobre. Després d'empènyer la paret, el monopatí es mou cap enrere. La direcció de la teva força és cap endavant, mentre que la direcció del monopatí és cap enrere.
Això indica que la paret també t'empeny. Quan empenyes la paret, al mateix temps, la paret també t'empeny. La teva força d'empenta actua sobre la paret, mentre que la força d'empenta de la paret actua sobre tu. Ambdues forces van en la mateixa direcció però en direccions oposades. Pots anomenar una força acció i una altra reacció.
Un altre experiment que es pot fer és inflar un globus de goma i, després que s'expandeixi perquè està ple d'aire, deixar-lo anar. Després de deixar-lo anar, el globus "vola". La direcció del moviment del globus és oposada a la direcció de sortida de l'aire del globus. Com s'explica això?
Quan es deixa anar la boca del globus, aquest empeny l'aire cap a fora. Al mateix temps, l'aire també empeny el globus. La força d'empenta de l'aire fa que el globus voli. La força del globus actua jugant, la força de l'aire actua sobre el globus. Les dues forces són iguals, però la direcció és oposada.
Observeu la figura 2 i compareu-la amb la figura 3. La força normal que actua sobre un objecte (N) és la força donada per una superfície plana, com ara la superfície d'una taula. Al mateix temps, els objectes també donen força a la superfície de la taula (N'). Ambdues forces normals (N i N') tenen la mateixa magnitud, però són en direccions oposades i treballen sobre objectes diferents. A diferència de w i N, que tenen la mateixa magnitud i treballen sobre el mateix objecte. Per tant, N i N' són forces d'acció-reacció.
