სტატია ნიუტონის მოძრაობის კანონის შესახებ
1. ძალის განმარტება
ძალა არის ის, რაც იწვევს საგნების აჩქარებას. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ძალა არის ის, რაც ამოძრავებს, აჩერებს ან ცვლის ობიექტის მოძრაობის მიმართულებას. ძალა ვექტორული სიდიდეა და, შესაბამისად, აქვს სიდიდე და მიმართულება. ძალის სიმბოლოა F (ძალა). F არის ძალის ზოგადი სიმბოლო. არსებობს ძალის რამდენიმე ტიპი და ყველა ძალას არ აქვს სიმბოლო F. საერთაშორისო სისტემის ერთეულია კგ მ/წმ2, იგივე Newton.
2. წმინდა ძალის განმარტება
შედეგად მიღებული ძალა (ΣF) არის ობიექტზე მოქმედი ყველა ძალის ჯამი. ძალა ვექტორული სიდიდეა, ამიტომ სრული ძალა გამოითვლება ვექტორების შეკრების წესის საფუძველზე.
ჯამური ძალა = 10 ნიუტონი, ჯამური ძალის მიმართულება მარჯვნივ.
ჯამური ძალა = 8 ნიუტონი, ჯამური ძალის მიმართულება მარჯვნივ.
სრული ძალა = 0
სრული ძალა = 0
3. ნიუტონის მოძრაობის კანონები
ნიუტონის მოძრაობის კანონები არის ფიზიკის კანონები ობიექტის მოძრაობის შესახებ, რომლებიც შემოთავაზებულია ინგლისელი ფიზიკოსის, ისააკ ნიუტონის მიერ.
3.1 ნიუტონის პირველი კანონი
ნიუტონის პირველი კანონი ამბობს, რომ ყველა სხეული, რომელიც უძრავ მდგომარეობაშია, უძრავ მდგომარეობაში რჩება, ან რომ ყველა სხეული, რომელიც სწორხაზოვნად მოძრაობს მუდმივი სიჩქარით
გააგრძელებს სწორხაზოვან მოძრაობას მუდმივი სიჩქარით, თუ სხეულზე მოქმედი ძალის ჯამური ტოლია ნულის.
ΣF = 0
ეს განტოლება ნიუტონის პირველი კანონის მათემატიკური ფორმულირებაა.
შეხედეთ თქვენს გარშემო არსებულ ობიექტს, მაგალითად, მაგიდას, ქვას ან ნებისმიერ სხვა ობიექტს. უძრავ მაგიდას უძრავად დარჩება, თუ ის არ გადაადგილდება ან არ იმოქმედებს გარე ძალაზე, როგორიცაა ბიძგი ან წევა. არსებობს თუ არა ძალა, რომელიც მოქმედებს მაგიდებზე, ქვებზე ან უძრავ ობიექტებზე? ობიექტზე მოქმედებს ძალა, მაგრამ ობიექტზე მოქმედი ყველა ძალის ჯამი ანუ სრული ძალა ნულის ტოლია. დედამიწის მსგავსი პლანეტების ზედაპირზე მყოფ ობიექტებზე მოქმედი ძალებია გრავიტაცია (w) და ნორმალური ძალა (N). გრავიტაციის ძალის მიმართულება დედამიწის ცენტრის პერპენდიკულარულია, ნორმალური ძალის მიმართულება კი ზემოთ მიმართულია. ამ ორი ძალის სიდიდე ერთნაირია, მაგრამ მათ საპირისპირო მიმართულება აქვთ, ამიტომ სრული ძალა ნულის ტოლია.
რა შეიძლება ითქვას სწორხაზოვან, მუდმივი სიჩქარით მოძრავ საგნებზე? ამ პრობლემის გასარკვევად, დავუშვათ, რომ იატაკის ზედაპირზე აწვებით საგანს, მაგალითად, ლითონის ნაჭერს. ბიძგის შემდეგ, ლითონი შენელდება და ხახუნის გამო გაჩერდება. იმისათვის, რომ ლითონის ნაჭრები უფრო შორს ან უფრო დიდხანს გადაადგილდეს, საჭიროა იატაკის ზედაპირის და ლითონის ფირფიტის ზედაპირის გასწორება. თუ იატაკის ზედაპირი გლუვია და ხახუნი არ არის, ლითონის ფირფიტა გააგრძელებს მოძრაობას და არ გაჩერდება. ნუთუ არანაირი ძალა არ მოქმედებს იდეალურად გლუვი იატაკის ზედაპირზე მოძრავ ლითონის ფირფიტაზე? ლითონის ფირფიტებზე მოქმედებს ძალები, კერძოდ, გრავიტაციის ძალა და ნორმალური ძალა. ორივე ეს ძალა ვერტიკალური მიმართულებით მოქმედებს და არ მოქმედებს ლითონის ფირფიტების ჰორიზონტალურ მოძრაობაზე, თუ იატაკი გლუვია.
ნიუტონის მეორე კანონის თანახმად, თუ სხეულზე მოქმედი სრული ძალა ნულის ტოლი არ არის, მაშინ სხეული აჩქარებას აიღებს. აჩქარების სიდიდე პროპორციულია სრული ძალის სიდიდისა და უკუპროპორციულია სხეულის მასისა. აჩქარების მიმართულება იგივეა, რაც სრული ძალის მიმართულება.
ΣF = ma
ΣF = სრული ძალა (კგ მ/წმ)2), m = მასა (კგ), a = აჩქარება (მ/წმ2)
განტოლება 1.2 ნიუტონის მეორე კანონის მათემატიკური ფორმულირებაა.
თუ აჩქარება ნულის ტოლია (a = 0), მაშინ განტოლება 1.2 იცვლება განტოლებით 1.1. ამგვარად, ნიუტონის პირველი კანონი ნიუტონის მეორე კანონის განსაკუთრებული შემთხვევაა. განტოლება 1.2-ის საფუძველზე დაასკვნეს, რომ რაც უფრო დიდია ძალა, მით უფრო დიდია აჩქარება. პირიქით, რაც უფრო დიდია მასა, მით უფრო მცირეა აჩქარება. ძალას, მასასა და აჩქარებას შორის ურთიერთობა უკეთესად გაიგებთ მას შემდეგ, რაც ამ საკითხთან დაკავშირებით ექსპერიმენტს ჩაატარებთ.
ნიმუშის ამოცანა 1:
ზემოთ მოცემული ფიგურის მიხედვით განსაზღვრეთ ობიექტების აჩქარების სიდიდე და მიმართულება…
გადაჭრა:
ΣF = ma
4 კგ მ/წმ2 = (1 კგ) ა
a = 4 კგ მ/წმ2 : 1 კგ = 4 მ/წმ2
აჩქარების სიდიდე = 4 მ/წმ2, აჩქარების მიმართულება მარჯვნივ.
ნიმუშის ამოცანა 2:
განსაზღვრეთ აჩქარების სიდიდე და მიმართულება ზემოთ მოცემული ფიგურის მიხედვით…
გადაჭრა:
ΣF = ma
4 კგ მ/წმ2 – 1 კგ მ/წმ2 = (1 კგ) ა
3 კგ მ/წმ2 = (1 კგ) ა
a = 3 კგ მ/წმ2 : 1 კგ
a = 3 მ/წმ2
აჩქარების სიდიდე = 3 მ/წმ2, აჩქარების მიმართულება მარჯვნივ.
3.2.1 წონა (წონა)
წონა არის მასის მქონე ობიექტზე მოქმედი გრავიტაციის ძალა.
ΣF = ma
w = მგ
განტოლება 1.3 არის განტოლება ობიექტის წონის გამოსათვლელად.
w = წონა (კგ მ/წმ)2), m = მასა (კგ), g = გრავიტაციის აჩქარება (მ/წმ2დედამიწის ზედაპირზე გრავიტაციული აჩქარების სიდიდე (g) 9.8 მ/წმ-ია.2გამოთვლების გამარტივების მიზნით, g მრგვალდება 10 მ/წმ-მდე.2.
3.2.2 ნორმალური ძალა (N)
ნორმალური ძალა არის ძალა, რომელიც მოქმედებს ორ ერთმანეთთან შეხებულ სხეულზე და რომლის ნორმალური ძალის მიმართულება პერპენდიკულარულია შეხების სიბრტყის ზედაპირის მიმართ.
დააკვირდით ობიექტებს, რომლებიც ჯერ კიდევ მაგიდის ზედაპირის ზემოთ არიან. ობიექტზე ასევე მოქმედებს გრავიტაციის ან წონის ძალა. ობიექტები თავისუფლად არ ვარდებიან ისე, როგორც ხიდან ხილი ვარდება, რადგან არსებობს ნორმალური ძალა. წონა (w) და ნორმალი (N) ერთნაირია, მაგრამ საპირისპირო მიმართულებით, ამიტომ ობიექტზე მოქმედი სრული ძალა ნულის ტოლია.
ΣF = 0
N – w = 0
N = w
3.3 ნიუტონის მესამე კანონი
ნიუტონის მესამე კანონის თანახმად, თუ ობიექტი 1 ძალას აძლევს ობიექტი 2-ს, მაშინ ამავე დროს ობიექტი 2 ძალას აძლევს ობიექტი 1-ს. ორივე ძალა ერთნაირია, მაგრამ მათი მიმართულება საპირისპიროა. ერთ ძალას მოქმედება ეწოდება, მეორეს კი - რეაქცია.
F მოქმედება = – F რეაქცია
განტოლება 1.3 ნიუტონის მესამე კანონის მათემატიკური ფორმულირებაა. განტოლებაში 1.3 უარყოფითი ნიშანი ძალის მიმართულებას განმარტავს.
ექსპერიმენტი ჩაატარეთ, რათა უკეთ გაიგოთ ნიუტონის მესამე კანონი. თუ სკეიტბორდი გაქვთ, სკეიტბორდზე დგომისას კედელს მიახეთ. კედელზე მიბმის შემდეგ სკეიტბორდი უკან მოძრაობს. თქვენი ძალის მიმართულება წინ არის, ხოლო სკეიტბორდის მიმართულება - უკან.
ეს იმაზე მიუთითებს, რომ კედელიც გაიძულებთ. როდესაც კედელს უბიძგებთ, ამავდროულად, კედელიც გიბიძგებთ. თქვენი ბიძგი ძალა კედელზე მოქმედებს, ხოლო კედლის ბიძგი ძალა თქვენზე. ორივე ძალა ერთნაირია, მაგრამ საპირისპირო მიმართულებით. შეგიძლიათ ერთ ძალას მოქმედება ვუწოდოთ, ხოლო მეორეს - რეაქცია.
კიდევ ერთი ექსპერიმენტი, რომლის ჩატარებაც შესაძლებელია, არის რეზინის ბუშტის გაბერვა და მას შემდეგ, რაც რეზინის ბუშტი გაფართოვდება, რადგან ის ჰაერით არის სავსე, ბუშტის გაშვება. გაშვების შემდეგ ბუშტი „დაფრინავს“. ბუშტის მოძრაობის მიმართულება საპირისპიროა ბუშტიდან ჰაერის გამოსვლის მიმართულებისა. როგორ ავხსნათ ეს?
როდესაც ბუშტის პირი იხსნება, ბუშტი ჰაერს გარეთ გამოდევნის. ამავდროულად, ჰაერიც ბუშტს უბიძგებს. ჰაერის ბიძგის ძალა ბუშტის ფრენას იწვევს. ბუშტის ძალა მოქმედებს, ჰაერის ძალა კი ბუშტზე მოქმედებს. ორივე ძალა ერთნაირია, მაგრამ მიმართულება საპირისპიროა.
დააკვირდით ნახაზ 2-ს და შეადარეთ ის ნახაზ 3-ს. ობიექტზე მოქმედი ნორმალური ძალა (N) არის ძალა, რომელსაც იძლევა ბრტყელი ზედაპირი, მაგალითად, მაგიდის ზედაპირი. ამავდროულად, ობიექტები ასევე ანიჭებენ ძალას მაგიდის ზედაპირს (N'). ორივე ამ ნორმალურ ძალას (N და N') აქვს ერთი და იგივე სიდიდე, მაგრამ საპირისპირო მიმართულებითაა და მოქმედებს სხვადასხვა ობიექტზე. w-სა და N-სგან განსხვავებით, რომლებსაც აქვთ ერთი და იგივე სიდიდე და მუშაობენ ერთსა და იმავე ობიექტზე. ამიტომ N და N' არის მოქმედება-რეაქციის ძალები.
