ന്യൂട്ടന്റെ ചലന നിയമം

ന്യൂട്ടന്റെ ചലന നിയമത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ലേഖനം

1. ബലത്തിന്റെ നിർവചനം

ബലം എന്നത് വസ്തുക്കളെ ത്വരിതപ്പെടുത്താൻ സഹായിക്കുന്ന ഒന്നാണ്. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, ഒരു വസ്തുവിന്റെ ചലന ദിശയെ ചലിപ്പിക്കുന്നതോ നിർത്തുന്നതോ മാറ്റുന്നതോ ആയ ഒന്നാണ് ബലം. ബലം ഒരു വെക്റ്റർ അളവാണ്, അതിനാൽ അതിന് ഒരു വ്യാപ്തിയും ദിശയുമുണ്ട്. ബല ചിഹ്നം F (ബലം) ആണ്. F എന്നത് ബലത്തിന്റെ ഒരു പൊതു പ്രതീകമാണ്. നിരവധി തരം ബലങ്ങളുണ്ട്, എല്ലാ ബലങ്ങൾക്കും F എന്ന ചിഹ്നമില്ല. അന്താരാഷ്ട്ര സിസ്റ്റം യൂണിറ്റ് kg m/s2 അഥവാ ന്യൂട്ടൺ ആണ്.

2. നെറ്റ് ഫോഴ്‌സിന്റെ നിർവചനം

ഒരു വസ്തുവിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന എല്ലാ ബലങ്ങളുടെയും ആകെത്തുകയാണ് ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ബലം (ΣF). ബലം ഒരു വെക്റ്റർ അളവാണ്, അതിനാൽ വെക്റ്റർ സങ്കലന നിയമത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയാണ് മൊത്തം ബലം കണക്കാക്കുന്നത്.

ആകെ ബലം = 10 ന്യൂട്ടണുകൾ, ആകെ ബലത്തിന്റെ ദിശ വലതുവശത്തേക്ക്.

ആകെ ബലം = 8 ന്യൂട്ടണുകൾ, ആകെ ബലത്തിന്റെ ദിശ വലതുവശത്തേക്ക്.

ആകെ ബലം = 0

ആകെ ബലം = 0

3. ന്യൂട്ടന്റെ ചലന നിയമങ്ങൾ

ഇംഗ്ലീഷ് ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനായ ഐസക് ന്യൂട്ടൺ നിർദ്ദേശിച്ച ഒരു വസ്തുവിന്റെ ചലനത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ഭൗതികശാസ്ത്ര നിയമങ്ങളാണ് ന്യൂട്ടന്റെ ചലന നിയമങ്ങൾ.

3.1 ന്യൂട്ടന്റെ ഒന്നാം നിയമം

ന്യൂട്ടന്റെ ഒന്നാം നിയമം പറയുന്നത്, നിശ്ചലമായിരിക്കുന്ന എല്ലാ വസ്തുക്കളും നിശ്ചലമായി തന്നെ തുടരണമെന്നാണ്, അല്ലെങ്കിൽ നേരെ സ്ഥിരമായ വേഗതയിൽ ചലിക്കുന്ന എല്ലാ വസ്തുക്കളും

വസ്തുവിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ആകെ ബലം പൂജ്യമാണെങ്കിൽ അത് സ്ഥിരമായ വേഗതയിൽ നേരെ ചലിക്കുന്നത് തുടരും.

ΣF = 0

ഈ സമവാക്യം ന്യൂട്ടന്റെ ഒന്നാം നിയമത്തിൽ നിന്നുള്ള ഒരു ഗണിതശാസ്ത്ര പ്രസ്താവനയാണ്.

നിങ്ങളുടെ ചുറ്റുമുള്ള ഒരു വസ്തുവിനെ കാണുക, ഉദാഹരണത്തിന് ഒരു മേശ, കല്ല് അല്ലെങ്കിൽ മറ്റേതെങ്കിലും വസ്തു. നിശ്ചലമായ ഒരു മേശ നീക്കിയില്ലെങ്കിൽ അല്ലെങ്കിൽ ഒരു പുഷ് അല്ലെങ്കിൽ പുൾ പോലുള്ള ബാഹ്യബലം നൽകിയില്ലെങ്കിൽ നിശ്ചലമായി തന്നെ തുടരും. മേശകളിലോ പാറകളിലോ നിശ്ചലമായ വസ്തുക്കളിലോ ഒരു ബലവും പ്രവർത്തിക്കുന്നില്ലേ? വസ്തുവിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു ബലമുണ്ട്, പക്ഷേ വസ്തുവിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന എല്ലാ ബലങ്ങളുടെയും ആകെത്തുക അല്ലെങ്കിൽ മൊത്തം ബലം പൂജ്യമാണ്. ഭൂമി പോലുള്ള ഗ്രഹങ്ങളുടെ ഉപരിതലത്തിലുള്ള വസ്തുക്കളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ബലങ്ങൾ ഗുരുത്വാകർഷണബലവും (w) സാധാരണ ബലവും (N) ആണ്. ഗുരുത്വാകർഷണബലത്തിന്റെ ദിശ ഭൂമിയുടെ മധ്യഭാഗത്തേക്ക് ലംബമാണ്, സാധാരണ ബലത്തിന്റെ ദിശ മുകളിലേക്ക് ലംബമാണ്. ഈ രണ്ട് ബലങ്ങളുടെയും വ്യാപ്തി ഒന്നുതന്നെയാണ്, പക്ഷേ അവയ്ക്ക് വിപരീത ദിശയുണ്ട്, അതിനാൽ മൊത്തം ബലം പൂജ്യത്തിന് തുല്യമാണ്.

സ്ഥിരമായ വേഗതയിൽ നേരെ ചലിക്കുന്ന വസ്തുക്കളുടെ കാര്യമോ? ഈ പ്രശ്നം വ്യക്തമാക്കുന്നതിന്, നിങ്ങൾ ഒരു വസ്തുവിനെ, ഉദാഹരണത്തിന് ഒരു ലോഹക്കഷണത്തെ, തറയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ തള്ളുന്നുവെന്ന് കരുതുക. തള്ളിയതിനുശേഷം, ഘർഷണം കാരണം ലോഹം വേഗത കുറയ്ക്കുകയും നിലയ്ക്കുകയും ചെയ്തു. ലോഹക്കഷണങ്ങൾ കൂടുതൽ ദൂരത്തേക്ക് അല്ലെങ്കിൽ കൂടുതൽ ദൂരം നീങ്ങണമെങ്കിൽ, നിങ്ങൾ ലോഹ ഫലകത്തിന്റെ തറയുടെ ഉപരിതലവും ഉപരിതലവും മിനുസപ്പെടുത്തണം. തറയുടെ ഉപരിതലം മിനുസമാർന്നതും ഘർഷണം ഇല്ലാത്തതുമാണെങ്കിൽ, ലോഹ ഫലകം ചലിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കും, നിർത്താതെ തുടരും. തികഞ്ഞതും മിനുസമാർന്നതുമായ തറയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ ചലിക്കുന്ന ലോഹ ഫലകത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു ബലവുമില്ലേ? ലോഹ ഫലകങ്ങളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ബലങ്ങളുണ്ട്, അതായത് ഗുരുത്വാകർഷണബലവും സാധാരണ ബലവും. ഈ രണ്ട് ബലങ്ങളും ലംബ ദിശയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു, തറ മിനുസമാർന്നതാണെങ്കിൽ തിരശ്ചീന ദിശയിലുള്ള ലോഹ ഫലകങ്ങളുടെ ചലനത്തെ ബാധിക്കില്ല.

3.2 ന്യൂട്ടന്റെ രണ്ടാം നിയമം

ഒരു വസ്തുവിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ആകെ ബലം പൂജ്യത്തിന് തുല്യമല്ലെങ്കിൽ, ആ വസ്തു ത്വരിതപ്പെടുമെന്ന് ന്യൂട്ടന്റെ രണ്ടാം നിയമം പറയുന്നു. ത്വരണത്തിന്റെ വ്യാപ്തി മൊത്തം ബലത്തിന്റെ വ്യാപ്തിക്ക് ആനുപാതികവും വസ്തുവിന്റെ പിണ്ഡത്തിന് വിപരീത അനുപാതവുമാണ്. ത്വരണത്തിന്റെ ദിശ മൊത്തം ബലത്തിന്റെ ദിശയ്ക്ക് തുല്യമാണ്.

ΣF = മാ

ΣF = ആകെ ബലം (kg · m/s ² ), m = പിണ്ഡം (kg), a = ത്വരണം (m/s ² )

ന്യൂട്ടന്റെ രണ്ടാം നിയമത്തിൽ നിന്നുള്ള ഒരു ഗണിത പ്രസ്താവനയാണ് സമവാക്യം 1.2.

ത്വരണം പൂജ്യത്തിന് തുല്യമാണെങ്കിൽ (a = 0) സമവാക്യം 1.2 സമവാക്യം 1.1 ആയി മാറുന്നു. അതിനാൽ, ന്യൂട്ടന്റെ ഒന്നാം നിയമം ന്യൂട്ടന്റെ രണ്ടാം നിയമത്തിന്റെ ഒരു പ്രത്യേക കേസാണ്. സമവാക്യം 1.2 നെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ബലം കൂടുന്തോറും ത്വരണം കൂടുമെന്ന് നിഗമനത്തിലെത്തുന്നു. നേരെമറിച്ച്, പിണ്ഡം കൂടുന്തോറും ത്വരണം കുറയും. ഇതുമായി ബന്ധപ്പെട്ട് ഒരു പരീക്ഷണം നടത്തിയതിനുശേഷം ബലം, പിണ്ഡം, ത്വരണം എന്നിവ തമ്മിലുള്ള ബന്ധം നന്നായി മനസ്സിലാക്കാൻ കഴിയും.

സാമ്പിൾ പ്രശ്നം 1:

മുകളിലുള്ള ചിത്രത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി വസ്തുക്കളുടെ ത്വരണത്തിന്റെ വ്യാപ്തിയും ദിശയും നിർണ്ണയിക്കുക...

പരിഹാരം:

ΣF = മാ

4 കി.ഗ്രാം മീ/സെ ² = (1 കി.ഗ്രാം) എ

a = 4 kg m/s ² : 1 kg = 4 m/s ²

ത്വരണത്തിന്റെ കാന്തിമാനം = 4 മീ/സെ ² , വലതുവശത്തേക്കുള്ള ത്വരണത്തിന്റെ ദിശ.

സാമ്പിൾ പ്രശ്നം 2:

മുകളിലുള്ള ചിത്രത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ത്വരണത്തിന്റെ വ്യാപ്തിയും ദിശയും നിർണ്ണയിക്കുക...

പരിഹാരം:

ΣF = മാ

4 കിലോ m/s ² – 1 kg m/s ² = (1 kg) a

3 കി.ഗ്രാം മീ/സെ ² = (1 കി.ഗ്രാം) എ

a = 3 കി.ഗ്രാം മീ/സെ ² : 1 കി.ഗ്രാം

a = 3 മീ/സെ ²

ത്വരണത്തിന്റെ കാന്തിമാനം = 3 മീ/സെ ² , വലതുവശത്തേക്കുള്ള ത്വരണത്തിന്റെ ദിശ.

3.2.1 ഭാരം (ആഴ്ച)

പിണ്ഡമുള്ള ഒരു വസ്തുവിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഗുരുത്വാകർഷണബലമാണ് ഭാരം.

ΣF = മാ

w = മില്ലിഗ്രാം

ഒരു വസ്തുവിന്റെ ഭാരം കണക്കാക്കുന്നതിനുള്ള സമവാക്യമാണ് സമവാക്യം 1.3.

w = ഭാരം (kg · m/s ² ), m = പിണ്ഡം (kg), g = ഗുരുത്വാകർഷണ ത്വരണം (m/s ² ). ഭൂമിയുടെ ഉപരിതലത്തിലെ ഗുരുത്വാകർഷണ ത്വരണം (g) 9.8 m/s ^{2 ആണ്. കണക്കുകൂട്ടലുകൾ ലളിതമാക്കാൻ, g യെ 10 m/s 2} ആയി റൗണ്ട് ചെയ്യുന്നു.

3.2.2 സാധാരണ ബലം (N)

പരസ്പരം സ്പർശിക്കുന്ന രണ്ട് വസ്തുക്കളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ബലമാണ് സാധാരണ ബലം, അതിൽ സാധാരണ ബലത്തിന്റെ ദിശ സ്പർശന തലത്തിന്റെ ഉപരിതലത്തിന് ലംബമായിരിക്കും.

മേശയുടെ ഉപരിതലത്തിന് മുകളിലായി ഇപ്പോഴും നിലനിൽക്കുന്ന വസ്തുക്കളെ നിരീക്ഷിക്കുക. ഗുരുത്വാകർഷണബലമോ ഭാരമോ വസ്തുവിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു. ഒരു സാധാരണ ബലം ഉള്ളതിനാൽ മരത്തിൽ നിന്ന് വീഴുന്ന പഴങ്ങൾ പോലെ വസ്തുക്കൾ സ്വതന്ത്രമായി വീഴുന്നില്ല. ഭാരം (w) ഉം സാധാരണ (N) ഉം ഒരുപോലെയാണ്, പക്ഷേ വിപരീത ദിശകളിലാണ്, അതിനാൽ ഒരു വസ്തുവിലെ ആകെ ബലം പൂജ്യമാണ്.

ΣF = 0

N – w = 0

N = w

3.3 ന്യൂട്ടന്റെ മൂന്നാം നിയമം

ന്യൂട്ടന്റെ മൂന്നാം നിയമം പറയുന്നത്, വസ്തു 1 വസ്തു 2 ന് ബലം നൽകുന്നുവെങ്കിൽ, അതേ സമയം വസ്തു 2 വസ്തു 1 നും ബലം നൽകുന്നു എന്നാണ്. രണ്ട് ബലങ്ങളും ഒന്നുതന്നെയാണ്, എന്നാൽ രണ്ട് ബലങ്ങളുടെയും ദിശ വിപരീതമാണ്. ഒരു ബലത്തെ പ്രവൃത്തി എന്നും മറ്റൊന്നിനെ പ്രതിപ്രവർത്തനം എന്നും വിളിക്കുന്നു.

F പ്രവർത്തനം = – F പ്രതിപ്രവർത്തനം

ന്യൂട്ടന്റെ മൂന്നാം നിയമത്തിൽ നിന്നുള്ള ഒരു ഗണിത പ്രസ്താവനയാണ് സമവാക്യം 1.3. സമവാക്യത്തിലെ നെഗറ്റീവ് ചിഹ്നം ബലത്തിന്റെ ദിശ വിശദീകരിക്കുന്നു.

ന്യൂട്ടന്റെ മൂന്നാം നിയമം നന്നായി മനസ്സിലാക്കാൻ പരീക്ഷണം നടത്തുക. നിങ്ങൾക്ക് ഒരു സ്കേറ്റ്ബോർഡ് ഉണ്ടെങ്കിൽ, സ്കേറ്റ്ബോർഡിൽ നിൽക്കുമ്പോൾ മതിൽ തള്ളുക. മതിൽ തള്ളിയ ശേഷം, സ്കേറ്റ്ബോർഡ് പിന്നിലേക്ക് നീങ്ങുന്നു. നിങ്ങളുടെ ബലപ്രയോഗത്തിന്റെ ദിശ മുന്നോട്ട് ആണ്, അതേസമയം സ്കേറ്റ്ബോർഡിന്റെ ദിശ പിന്നിലേക്ക് ആണ്.

ഇത് സൂചിപ്പിക്കുന്നത് ഭിത്തിയും നിങ്ങളെ ബലപ്പെടുത്തുന്നു എന്നാണ്. നിങ്ങൾ ഭിത്തി തള്ളുമ്പോൾ, അതേ സമയം തന്നെ ഭിത്തിയും നിങ്ങളെ തള്ളുന്നു. നിങ്ങളുടെ തള്ളൽ ശക്തി ചുമരിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു, അതേസമയം ഭിത്തിയുടെ തള്ളൽ ശക്തി നിങ്ങളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു. രണ്ട് ശക്തികളും ഒരുപോലെയാണ്, പക്ഷേ വിപരീത ദിശകളിലാണ്. നിങ്ങൾക്ക് ഒരു ശക്തിയെ പ്രവൃത്തി എന്നും മറ്റൊന്നിനെ പ്രതിപ്രവർത്തനം എന്നും വിളിക്കാം.

മറ്റൊരു പരീക്ഷണം, ഒരു റബ്ബർ ബലൂൺ ഊതുക എന്നതാണ്. റബ്ബർ ബലൂൺ വായുവിൽ നിറഞ്ഞതിനാൽ വികസിപ്പിച്ച ശേഷം ബലൂൺ വിടുക. വിട്ടയച്ചതിനുശേഷം, ബലൂൺ "പറക്കുന്നു". ബലൂൺ ചലനത്തിന്റെ ദിശ ബലൂണിൽ നിന്ന് വായു പുറത്തുകടക്കുന്ന ദിശയ്ക്ക് വിപരീതമാണ്. ഇത് എങ്ങനെ വിശദീകരിക്കും?

ബലൂണിന്റെ വായ വിടുമ്പോൾ, ബലൂൺ വായുവിനെ പുറത്തേക്ക് തള്ളുന്നു. അതേ സമയം, വായു ബലൂണിനെയും തള്ളുന്നു. എയർ പുഷ് ഫോഴ്‌സ് ബലൂൺ പറക്കാൻ കാരണമാകുന്നു. ബലൂൺ പ്ലേ ചെയ്യുമ്പോൾ പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ വായുവിന്റെ ബലം ബലൂണിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു. രണ്ട് ബലങ്ങളും ഒന്നുതന്നെയാണ്, പക്ഷേ ദിശ വിപരീതമാണ്.

ചിത്രം 2 നിരീക്ഷിച്ച് ചിത്രം 3 മായി താരതമ്യം ചെയ്യുക. ഒരു വസ്തുവിൽ (N) പ്രവർത്തിക്കുന്ന സാധാരണ ബലം എന്നത് മേശ പ്രതലം പോലുള്ള ഒരു പരന്ന പ്രതലം നൽകുന്ന ബലമാണ്. അതേസമയം, വസ്തുക്കൾ മേശ പ്രതലത്തിനും (N ') ബലം നൽകുന്നു. ഈ രണ്ട് സാധാരണ ബലങ്ങൾക്കും (N ഉം N ' ഉം) ഒരേ കാന്തിമാനമാണുള്ളത്, പക്ഷേ വിപരീത ദിശകളിലാണ്, വ്യത്യസ്ത വസ്തുക്കളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു. ഒരേ കാന്തിമാനമുളളതും ഒരേ വസ്തുവിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നതുമായ w, N എന്നിവയിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി. അതിനാൽ N ഉം N ' ഉം പ്രവർത്തന-പ്രതികരണ ശക്തികളാണ്.