Straipsnis apie Niutono judėjimo dėsnį
1. Jėgos apibrėžimas
Jėga yra kažkas, kas priverčia daiktus greitėti. Kitaip tariant, jėga yra kažkas, kas judina, sustabdo arba keičia objekto judėjimo kryptį. Jėga yra vektorinis dydis, todėl turi dydį ir kryptį. Jėgos simbolis yra F (Force). F yra bendrinis jėgos simbolis. Yra keletas jėgų tipų ir ne visos jėgos žymimos simboliu F. Tarptautinis sistemos vienetas yra kg m/s2, dar žinomas kaip Niutonas.
2. Grynosios jėgos apibrėžimas
Atstojamoji jėga (ΣF) yra visų objektą veikiančių jėgų suma. Jėga yra vektorinis dydis, todėl bendra jėga apskaičiuojama pagal vektorių sudėties taisyklę.
Bendra jėga = 10 niutonų, bendros jėgos kryptis į dešinę.
Bendra jėga = 8 niutonų, bendros jėgos kryptis į dešinę.
Bendra jėga = 0
Bendra jėga = 0
3. Niutono judėjimo dėsniai
Niutono judėjimo dėsniai yra fizikos dėsniai apie objekto judėjimą, kuriuos pasiūlė anglų fizikas Izaokas Niutonas.
3.1 Pirmasis Niutono dėsnis
Pirmasis Niutono dėsnis teigia, kad kiekvienas objektas, kuris yra nejudančioje būsenoje, lieka nejudančioje būsenoje arba kad kiekvienas objektas, kuris juda tiesiai pastoviu greičiu,
toliau judės tiesiai pastoviu greičiu, jei bendra objektą veikianti jėga lygi nuliui.
ΣF = 0
Ši lygtis yra matematinis teiginys iš pirmojo Niutono dėsnio.
Įsivaizduokite aplink save objektą, pavyzdžiui, stalą, akmenį ar bet kokį kitą objektą. Stalas, kuris nejuda, liks nejudinamas, jei nebus pajudintas arba jam nebus taikoma išorinė jėga, pavyzdžiui, stūmimas ar traukimas. Ar nėra jėgos, kuri veiktų stalus, akmenis ar kitus objektus, kurie nejuda? Objektą veikia jėga, tačiau visų jėgų, veikiančių objektą, suma arba bendra jėga lygi nuliui. Jėgos, veikiančios objektus, kurie vis dar yra planetų, tokių kaip Žemė, paviršiuje, yra gravitacija (w) ir normalioji jėga (N). Gravitacijos jėgos kryptis yra statmena Žemės centrui, normaliosios jėgos kryptis – statmena aukštyn. Šių dviejų jėgų dydis yra vienodas, tačiau jos yra priešingos krypties, todėl bendra jėga lygi nuliui.
O kaip dėl daiktų, kurie juda tiesiai pastoviu greičiu? Norėdami išsiaiškinti šią problemą, tarkime, kad stumiate daiktą, pavyzdžiui, metalo gabalą, grindų paviršiumi. Pastūmus metalą, jis sulėtėja ir sustoja dėl trinties. Kad metaliniai gabalai judėtų toliau ar ilgiau, turite išlyginti grindų ir metalinės plokštės paviršių. Jei grindų paviršius lygus ir nėra trinties, metalinė plokštė toliau judės ir nesustos. Ar metalinei plokštei, judančiai idealiai lygių grindų paviršiumi, neveikia jokia jėga? Metalines plokštes veikia jėgos, būtent sunkio jėga ir normalioji jėga. Abi šios jėgos veikia vertikalia kryptimi ir neturi įtakos metalinių plokščių judėjimui horizontalia kryptimi, jei grindys lygios.
Antrasis Niutono dėsnis teigia, kad jei bendra objektą veikianti jėga nėra lygi nuliui, tai objektas įsibėgės. Pagreičio dydis yra proporcingas bendros jėgos dydžiui ir atvirkščiai proporcingas objekto masei. Pagreičio kryptis sutampa su bendros jėgos kryptimi.
ΣF = ma
ΣF = bendra jėga (kg m/s² ) , m = masė (kg), a = pagreitis (m/ s² )
1.2 lygtis yra matematinis teiginys iš antrojo Niutono dėsnio.
Jei pagreitis lygus nuliui (a = 0), tai 1.2 lygtis pasikeičia į 1.1 lygtį. Taigi, pirmasis Niutono dėsnis yra specialus antrojo Niutono dėsnio atvejis. Remiantis 1.2 lygtimi, daroma išvada, kad kuo didesnė jėga, tuo didesnis pagreitis. Ir atvirkščiai, kuo didesnė masė, tuo mažesnis pagreitis. Jėgos, masės ir pagreičio sąryšį geriau suprasite atlikę eksperimentą.
1 pavyzdžio uždavinys:
Remdamiesi aukščiau pateiktu paveikslėliu, nustatykite objektų pagreičio dydį ir kryptį...
Sprendimas:
ΣF = ma
4 kg m/s² = (1 kg)⁻¹
a = 4 kg m/s 2 : 1 kg = 4 m/s 2
Pagreičio dydis = 4 m/s² , pagreičio kryptis – į dešinę.
2 pavyzdžio uždavinys:
Remdamiesi aukščiau pateiktu paveikslėliu, nustatykite pagreičio dydį ir kryptį...
Sprendimas:
ΣF = ma
4 kg m/s 2 – 1 kg m/s 2 = (1 kg) a
3 kg m/s² = (1 kg)⁻¹
a = 3 kg m/s² : 1 kg
a = 3 m/ s²
Pagreičio dydis = 3 m/s² , pagreičio kryptis – į dešinę.
3.2.1 Svoris (w)
Svoris yra gravitacijos jėga, veikianti masės objektą.
ΣF = ma
w = mg
1.3 lygtis yra lygtis objekto svoriui apskaičiuoti.
w = svoris (kg m/s² ) , m = masė (kg), g = gravitacijos pagreitis (m/s² ) . Gravitacinio pagreičio (g) dydis Žemės paviršiuje yra 9.8 m/s² . Siekiant supaprastinti skaičiavimus, g suapvalinamas iki 10 m/ s².
3.2.2 Normalinė jėga (N)
Normaline jėga yra jėga, veikianti du vienas kitą liečiančius objektus, kai normaliosios jėgos kryptis yra statmena lietimosi plokštumos paviršiui.
Stebėkite objektus, kurie vis dar yra virš stalo paviršiaus. Objektą taip pat veikia sunkio jėga arba svoris. Objektai nekrenta laisvai kaip vaisiai, krentantys nuo medžio, nes veikia statmena jėga. Svoris (w) ir statmena (N) yra tos pačios, bet priešingų krypčių, todėl bendra objektą veikianti jėga yra lygi nuliui.
ΣF = 0
N – w = 0
N = w
3.3 Trečiasis Niutono dėsnis
Trečiasis Niutono dėsnis teigia, kad jei 1 objektas suteikia jėgą 2 objektui, tai tuo pačiu metu 2 objektas suteikia jėgą 1 objektui. Abi jėgos yra vienodos, bet abiejų jėgų kryptis yra priešinga. Viena jėga vadinama veiksmu, kita – atoveiksmiu.
F veiksmas = – F reakcija
1.3 lygtis yra matematinis teiginys iš trečiojo Niutono dėsnio. Neigiamas ženklas 1.3 lygtyje paaiškina jėgos kryptį.
Eksperimentuokite, kad geriau suprastumėte trečiąjį Niutono dėsnį. Jei turite riedlentę, stovėdami ant jos stumkite sieną. Pastūmus sieną, riedlentė juda atgal. Jūsų jėgos kryptis yra į priekį, o riedlentės kryptis – atgal.
Tai rodo, kad siena taip pat jus stumia. Kai stumiate sieną, tuo pačiu metu siena taip pat stumia jus. Jūsų stūmimo jėga veikia sieną, o sienos stūmimo jėga – jus. Abi jėgos yra tos pačios, bet priešingų krypčių. Vieną jėgą galite pavadinti veiksmu, o kitą – atoveiksmiu.
Kitas eksperimentas, kurį galima atlikti, yra pripūsti guminį balioną ir, kai guminis balionas išsiplečia, nes prisipildo oro, paleisti balioną. Paleistas balionas „skrenda“. Baliono judėjimo kryptis yra priešinga oro išėjimo iš baliono krypčiai. Kaip tai paaiškinti?
Kai baliono anga atleidžiama, balionas išstumia orą. Tuo pačiu metu oras stumia ir balioną. Oro stūmimo jėga verčia balioną skristi. Baliono jėga žaidžia, oro jėga veikia balioną. Abi jėgos yra vienodos, bet kryptis priešinga.
Pažvelkite į 2 paveikslą ir palyginkite jį su 3 paveikslu. Objektą veikianti normalioji jėga (N) yra jėga, kurią sukuria plokščias paviršius, pavyzdžiui, stalo paviršius. Tuo pačiu metu objektai taip pat suteikia jėgą stalo paviršiui (N'). Abi šios normaliosios jėgos (N ir N') yra vienodo dydžio, bet yra priešingomis kryptimis ir veikia skirtingus objektus. Skirtingai nuo w ir N, kurios yra vienodo dydžio ir veikia tą patį objektą, N ir N' yra veikimo-atsakomosios jėgos.
