Raksts par Ņūtona kustības likumu
1. Spēka definīcija
Spēks ir kaut kas tāds, kas izraisa lietu paātrināšanos. Citiem vārdiem sakot, spēks ir kaut kas tāds, kas pārvieto, aptur vai maina objekta kustības virzienu. Spēks ir vektora lielums, un tāpēc tam ir lielums un virziens. Spēka simbols ir F (Force). F ir vispārīgs spēka simbols. Ir vairāki spēku veidi, un ne visiem spēkiem ir simbols F. Starptautiskā sistēmas mērvienība ir kg m/s2 jeb. Newton.
2. Neto spēka definīcija
Rezultējošais spēks (ΣF) ir visu uz objektu iedarbojošos spēku summa. Spēks ir vektora lielums, tāpēc kopējo spēku aprēķina, pamatojoties uz vektoru saskaitīšanas likumu.
Kopējais spēks = 10 ņūtoni, kopējā spēka virziens ir pa labi.
Kopējais spēks = 8 ņūtoni, kopējā spēka virziens ir pa labi.
Kopējais spēks = 0
Kopējais spēks = 0
3. Ņūtona kustības likumi
Ņūtona kustības likumi ir fizikas likumi par objekta kustību, ko ierosinājis angļu fiziķis Īzaks Ņūtons.
3.1 Ņūtona pirmais likums
Ņūtona pirmais likums nosaka, ka ikvienam objektam, kas atrodas miera stāvoklī, jāpaliek miera stāvoklī vai ka katram objektam, kas pārvietojas taisni ar nemainīgu ātrumu, ir jāpārvietojas.
turpinās kustēties taisni ar nemainīgu ātrumu, ja kopējais uz objektu iedarbojošais spēks ir nulle.
ΣF = 0
Šis vienādojums ir matemātisks apgalvojums no Ņūtona pirmā likuma.
Redziet sev apkārt kādu objektu, piemēram, galdu, akmeni vai jebkuru citu priekšmetu. Galds, kas stāv nekustīgs, paliks nekustīgs, ja to nekustinās vai tam neiedarbosies ārējs spēks, piemēram, grūdiens vai vilkšana. Vai nav spēka, kas iedarbojas uz galdiem, akmeņiem vai citiem objektiem, kas stāv nekustīgi? Uz objektu iedarbojas spēks, bet visu uz objektu iedarbojošos spēku summa jeb kopējais spēks ir nulle. Spēki, kas iedarbojas uz objektiem, kas joprojām atrodas uz planētu, piemēram, Zemes, virsmas, ir gravitācijas spēks (w) un normālspēks (N). Gravitācijas spēka virziens ir perpendikulārs Zemes centram, normālā spēka virziens ir perpendikulārs uz augšu. Šo divu spēku lielums ir vienāds, bet tiem ir pretējs virziens, tāpēc kopējais spēks ir vienāds ar nulli.
Kā ir ar lietām, kas pārvietojas taisni ar nemainīgu ātrumu? Lai noskaidrotu šo problēmu, pieņemsim, ka jūs stumjat priekšmetu, piemēram, metāla gabalu, pa grīdas virsmu. Pēc grūšanas metāls palēninās un apstājās berzes dēļ. Lai metāla gabali varētu pārvietoties tālāk vai garāk, jums ir jāizlīdzina grīdas virsma un metāla plāksnes virsma. Ja grīdas virsma ir gluda un nav berzes, metāla plāksne turpinās kustēties un neapstāsies. Vai uz metāla plāksni, kas pārvietojas pa perfekti gludas grīdas virsmu, neiedarbojas nekāds spēks? Uz metāla plāksnēm darbojas spēki, proti, gravitācijas spēks un normālais spēks. Abi šie spēki darbojas vertikālā virzienā un neietekmē metāla plākšņu kustību horizontālā virzienā, ja grīda ir gluda.
Ņūtona otrais likums nosaka, ka, ja kopējais spēks, kas iedarbojas uz objektu, nav vienāds ar nulli, tad objekts paātrināsies. Paātrinājuma lielums ir proporcionāls kopējā spēka lielumam un apgriezti proporcionāls objekta masai. Paātrinājuma virziens ir tāds pats kā kopējā spēka virziens.
ΣF = ma
ΣF = kopējais spēks (kg m/s2), m = masa (kg), a = paātrinājums (m/s2)
1.2. vienādojums ir matemātisks apgalvojums no Ņūtona otrā likuma.
Ja paātrinājums ir vienāds ar nulli (a = 0), tad 1.2. vienādojums mainās uz 1.1. vienādojumu. Tātad Ņūtona pirmais likums ir Ņūtona otrā likuma speciālgadījums. Pamatojoties uz 1.2. vienādojumu, tiek secināts, ka jo lielāks spēks, jo lielāks paātrinājums. Un otrādi, jo lielāka masa, jo mazāks paātrinājums. Spēka, masas un paātrinājuma savstarpējā saistība ir labāk saprotama pēc tam, kad esat veicis eksperimentu šajā jomā.
1. parauga uzdevums:
Nosakiet objektu paātrinājuma lielumu un virzienu, pamatojoties uz iepriekš redzamo attēlu…
Risinājums:
ΣF = ma
4 kg m/s2 = (1 kg) a
a = 4 kg m/s2 1 kg = 4 m/s2
Paātrinājuma lielums = 4 m/s2, paātrinājuma virziens pa labi.
2. parauga uzdevums:
Nosakiet paātrinājuma lielumu un virzienu, pamatojoties uz iepriekš redzamo attēlu…
Risinājums:
ΣF = ma
4 kg m/s2 – 1 kg m/s2 = (1 kg) a
3 kg m/s2 = (1 kg) a
a = 3 kg m/s2 : 1 kg
a = 3 m/s2
Paātrinājuma lielums = 3 m/s2, paātrinājuma virziens pa labi.
3.2.1 Svars (w)
Svars ir gravitācijas spēks, kas iedarbojas uz masas objektu.
ΣF = ma
w = mg
1.3. vienādojums ir vienādojums objekta svara aprēķināšanai.
w = svars (kg m/s2), m = masa (kg), g = brīvās krišanas paātrinājums (m/s2). Gravitācijas paātrinājuma lielums (g) uz Zemes virsmas ir 9.8 m/s2Lai vienkāršotu aprēķinus, g tiek noapaļots līdz 10 m/s.2.
3.2.2 Normālspēks (N)
Normālstilspēks ir spēks, kas iedarbojas uz diviem objektiem, kas pieskaras viens otram, un normālstilspēka virziens ir perpendikulārs saskares plaknes virsmai.
Novērojiet objektus, kas joprojām atrodas virs galda virsmas. Uz objektu iedarbojas arī gravitācijas spēks jeb svars. Objekti nekrīt brīvi kā augļi, kas krīt no koka, jo pastāv normālspēks. Svars (w) un normāle (N) ir vienādi, bet pretēji virzieni, tāpēc kopējais spēks, kas iedarbojas uz objektu, ir nulle.
ΣF = 0
N – w = 0
N = w
3.3 Ņūtona trešais likums
Ņūtona trešais likums nosaka, ka, ja 1. objekts pieliek spēku 2. objektam, tad vienlaikus 2. objekts pieliek spēku 1. objektam. Abi spēki ir vienādi, bet abu spēku virziens ir pretējs. Vienu spēku sauc par darbību, otru sauc par reakciju.
F darbība = – F reakcija
1.3. vienādojums ir matemātisks izteikums no Ņūtona trešā likuma. Negatīvā zīme 1.3. vienādojumā izskaidro spēka virzienu.
Veiciet eksperimentu, lai labāk izprastu Ņūtona trešo likumu. Ja jums ir skrituļdēlis, stāvot uz tā, spiediet pret sienu. Pēc sienas paspiešanas skrituļdēlis pārvietojas atpakaļ. Jūsu spēka virziens ir uz priekšu, bet skrituļdēļa virziens ir atpakaļ.
Tas norāda, ka siena jūs arī spiež. Kad jūs spiežat pret sienu, vienlaikus arī siena jūs spiež. Jūsu grūdiena spēks iedarbojas uz sienu, savukārt sienas grūdiena spēks iedarbojas uz jums. Abi spēki ir vienādi, bet pretējos virzienos. Vienu spēku var saukt par darbību, bet otru par reakciju.
Vēl viens eksperiments, ko var veikt, ir piepūst gumijas balonu un pēc tam, kad gumijas balons ir izpleties, jo tas ir piepildīts ar gaisu, atbrīvot balonu. Pēc atbrīvošanas balons "lido". Balona kustības virziens ir pretējs gaisa izplūšanas virzienam no balona. Kā to izskaidrot?
Kad balona mute tiek atvērta, balons izspiež gaisu. Vienlaikus gaiss arī stumj balonu. Gaisa grūdiena spēks liek balonam lidot. Balona spēks darbojas rotaļājoties, gaisa spēks iedarbojas uz balonu. Abi spēki ir vienādi, bet virziens ir pretējs.
Apskatiet 2. attēlu un salīdziniet to ar 3. attēlu. Normālstie spēki, kas iedarbojas uz objektu (N), ir spēks, ko rada plakana virsma, piemēram, galda virsma. Tajā pašā laikā objekti arī piešķir spēku galda virsmai (N'). Abiem šiem normālstie spēkiem (N un N') ir vienāds lielums, bet tie ir vērsti pretējos virzienos un darbojas uz dažādiem objektiem. Atšķirībā no w un N, kuriem ir vienāds lielums un kas darbojas uz vienu un to pašu objektu, N un N' ir darbības-reakcijas spēki.
