Članak o Newtonovom zakonu gibanja
1. Definicija sile
Sila je nešto što uzrokuje ubrzavanje stvari. Drugim riječima, sila je nešto što pomiče, zaustavlja ili mijenja smjer kretanja objekta. Sila je vektorska veličina i stoga ima magnitudu i smjer. Simbol sile je F (Force - sila). F je opći simbol sile. Postoji nekoliko vrsta sila i nemaju sve sile simbol F. Međunarodni sustav mjernih jedinica je kg m/s2, poznat i kao Newton.
2. Definicija neto sile
Rezultantna sila (ΣF) je zbroj svih sila koje djeluju na objekt. Sila je vektorska veličina, pa se ukupna sila izračunava na temelju pravila zbrajanja vektora.
Ukupna sila = 10 Newtona, smjer ukupne sile je udesno.
Ukupna sila = 8 Newtona, smjer ukupne sile je udesno.
Ukupna sila = 0
Ukupna sila = 0
3. Newtonovi zakoni gibanja
Newtonovi zakoni gibanja su zakoni fizike o gibanju objekta koje je predložio engleski fizičar Isaac Newton.
3.1 Newtonov prvi zakon
Newtonov prvi zakon kaže da svaki objekt koji miruje ostaje u mirovanju, odnosno da se svaki objekt koji se kreće pravocrtno konstantnom brzinom
nastavit će se kretati pravocrtno konstantnom brzinom ako je ukupna sila koja djeluje na tijelo jednaka nuli.
ΣF = 0
Ova jednadžba je matematička izjava iz Newtonovog prvog zakona.
Pogledajte objekt oko sebe, poput stola, kamena ili bilo kojeg drugog objekta. Stol koji miruje ostat će u mirovanju ako se ne pomakne ili ako se na njega ne djeluje vanjska sila poput guranja ili povlačenja. Ne postoji li sila koja djeluje na stolove, stijene ili objekte koji miruju? Na objekt djeluje sila, ali zbroj svih sila koje djeluju na objekt ili ukupna sila je nula. Sile koje djeluju na objekte koji su još uvijek na površini planeta poput Zemlje su gravitacija (w) i normalna sila (N). Smjer sile gravitacije je okomit na središte Zemlje, smjer normalne sile je okomit prema gore. Veličina ove dvije sile je ista, ali imaju suprotan smjer, pa je ukupna sila jednaka nuli.
Što je sa stvarima koje se kreću ravnomjerno konstantnom brzinom? Kako bismo razjasnili ovaj problem, pretpostavimo da gurate predmet, na primjer, komad metala, po površini poda. Nakon što je gurnut, metal se usporio i zaustavio zbog trenja. Da bi se metalni komadi pomicali dalje ili dulje, morate zagladiti površinu poda i površinu metalne ploče. Ako je površina poda glatka i nema trenja, metalna ploča će se nastaviti kretati i neće se zaustaviti. Ne djeluje li sila na metalnu ploču koja se kreće po površini savršenog, glatkog poda? Postoje sile koje djeluju na metalne ploče, naime sila gravitacije i normalna sila. Obje ove sile djeluju u vertikalnom smjeru i ne utječu na kretanje metalnih ploča u horizontalnom smjeru ako je pod gladak.
Newtonov drugi zakon kaže da ako ukupna sila koja djeluje na objekt nije jednaka nuli, tada će objekt ubrzati. Veličina ubrzanja proporcionalna je veličini ukupne sile i obrnuto proporcionalna masi objekta. Smjer ubrzanja isti je kao i smjer ukupne sile.
ΣF = ma
ΣF = ukupna sila (kg m/s² ) , m = masa (kg), a = ubrzanje (m/ s² )
Jednadžba 1.2 je matematička izjava iz drugog Newtonovog zakona.
Ako je ubrzanje jednako nuli (a = 0), tada se jednadžba 1.2 mijenja u jednadžbu 1.1. Dakle, Newtonov prvi zakon je poseban slučaj Newtonovog drugog zakona. Na temelju jednadžbe 1.2 zaključuje se da što je veća sila, to je veće ubrzanje. Obrnuto, što je veća masa, to je manje ubrzanje. Odnos između sile, mase i ubrzanja bolje se razumije nakon što se provede eksperiment u vezi s tim.
Primjer problema 1:
Odredite veličinu i smjer ubrzanja tijela na temelju gornje slike…
Rješenje:
ΣF = ma
4 kg m/s² = (1 kg) a
a = 4 kg m/s 2 : 1 kg = 4 m/s 2
Veličina ubrzanja = 4 m/s² , smjer ubrzanja udesno.
Primjer problema 2:
Odredite veličinu i smjer ubrzanja na temelju gornje slike ...
Rješenje:
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
Veličina ubrzanja = 3 m/s² , smjer ubrzanja udesno.
3.2.1 Težina (w)
Težina je sila gravitacije koja djeluje na objekt određene mase.
ΣF = ma
w = mg
Jednadžba 1.3 je jednadžba za izračunavanje težine objekta.
w = težina (kg m/s² ) , m = masa (kg), g = ubrzanje gravitacije (m/s² ) . Veličina gravitacijskog ubrzanja (g) na Zemljinoj površini iznosi 9.8 m/s² . Radi pojednostavljenja izračuna, g se zaokružuje na 10 m/ s².
3.2.2 Normalna sila (N)
Normalna sila je sila koja djeluje na dva tijela koja se međusobno dodiruju, pri čemu je smjer normalne sile okomit na površinu dodirne ravnine.
Promatrajte predmete koji su još uvijek iznad površine stola. Sila gravitacije ili težine također djeluje na predmet. Predmeti ne padaju slobodno poput voća koje pada s drveta jer postoji normalna sila. Težina (w) i normala (N) su iste, ali suprotnih smjerova tako da je ukupna sila na predmet nula.
ΣF = 0
S – š = 0
N = w
3.3 Newtonov treći zakon
Newtonov treći zakon kaže da ako objekt 1 daje silu objektu 2, tada istovremeno objekt 2 daje silu objektu 1. Dvije sile su iste, ali smjer dviju sila je suprotan. Jedna sila se naziva akcija, a druga se naziva reakcija.
F akcija = – F reakcija
Jednadžba 1.3 je matematička izjava iz Newtonovog trećeg zakona. Negativni predznak u jednadžbi 1.3 objašnjava smjer sile.
Eksperimentirajte kako biste bolje razumjeli Newtonov treći zakon. Ako imate skateboard, gurnite zid dok stojite na njemu. Nakon guranja zida, skateboard se pomiče unatrag. Smjer vaše sile je naprijed, dok je smjer skateboarda unatrag.
To ukazuje na to da i zid vrši prisilu na vas. Kada gurate zid, istovremeno i zid gura vas. Vaša sila guranja djeluje na zid, dok sila guranja zida djeluje na vas. Obje sile su u istom smjeru, ali u suprotnim smjerovima. Jednu silu možete nazvati akcijom, a drugu reakcijom.
Drugi eksperiment koji se može provesti jest napuhati gumeni balon i nakon što se gumeni balon proširi jer je napunjen zrakom, pustiti ga. Nakon što se pusti, balon "leti". Smjer gibanja balona je suprotan smjeru izlaska zraka iz balona. Kako to objasniti?
Kad se otvor balona otpusti, balon istiskuje zrak. Istovremeno, zrak također gura balon. Sila potiska zraka uzrokuje da balon leti. Sila balona djeluje dok se igra, sila zraka djeluje na balon. Dvije sile su iste, ali smjer je suprotan.
Promatrajte sliku 2 i usporedite je sa slikom 3. Normalna sila koja djeluje na objekt (N) je sila koju daje ravna površina, poput površine stola. Istovremeno, objekti također daju silu površini stola (N'). Obje ove normalne sile (N i N') imaju istu veličinu, ali su u suprotnim smjerovima i djeluju na različite objekte. Za razliku od w i N koje imaju istu veličinu i djeluju na isti objekt. Dakle, N i N' su sile akcije i reakcije.
