Ньютоны хөдөлгөөний хуулийн тухай нийтлэл
1. Хүчний тодорхойлолт
Хүч гэдэг нь юмсыг хурдасгахад хүргэдэг зүйл юм. Өөрөөр хэлбэл, хүч гэдэг нь объектыг хөдөлгөх, зогсоох эсвэл хөдөлгөөний чиглэлийг өөрчлөх зүйл юм. Хүч бол вектор хэмжигдэхүүн тул хэмжээ ба чиглэлтэй байдаг. Хүчний тэмдэг нь F (Force). F нь хүчний ерөнхий тэмдэг юм. Хэд хэдэн төрлийн хүч байдаг бөгөөд бүх хүч нь F тэмдэгтэй байдаггүй. Олон улсын системийн нэгж нь кг м/с2 буюу Ньютон юм.
2. Цэвэр хүчний тодорхойлолт
Үр дүнд хүрэх хүч (ΣF) нь объект дээр үйлчилж буй бүх хүчний нийлбэр юм. Хүч нь вектор хэмжигдэхүүн тул нийт хүчийг векторын нэмэх дүрмээр тооцоолно.
Нийт хүч = 10 Ньютон, нийт хүчний баруун тийш чиглэсэн чиглэл.
Нийт хүч = 8 Ньютон, нийт хүчний баруун тийш чиглэсэн чиглэл.
Нийт хүч = 0
Нийт хүч = 0
3. Ньютоны хөдөлгөөний хууль
Ньютоны хөдөлгөөний хууль гэдэг нь Английн физикч Исаак Ньютоны санал болгосон объектын хөдөлгөөний тухай физикийн хууль юм.
3.1 Ньютоны нэгдүгээр хууль
Ньютоны нэгдүгээр хуульд тайван байгаа бүх биет тайван байх ёстой, эсвэл тогтмол хурдтайгаар шулуун хөдөлж байгаа бүх биет тайван байх ёстой гэж заасан байдаг.
Хэрэв объект дээр үйлчилж буй нийт хүч тэг бол тогтмол хурдтайгаар шулуун хөдөлгөөнөө үргэлжлүүлнэ.
ΣF = 0
Энэ тэгшитгэл нь Ньютоны анхны хуулиас үүдэлтэй математикийн мэдэгдэл юм.
Эргэн тойрондоо байгаа объектыг, тухайлбал ширээ, чулуу эсвэл бусад объектыг хар. Хөдөлгөөнгүй байгаа ширээ нь хөдөлгөгдөөгүй эсвэл түлхэх, татах гэх мэт гадны хүч үйлчлээгүй бол хөдөлгөөнгүй хэвээр байна. Ширээ, чулуу эсвэл хөдөлгөөнгүй байгаа объектууд дээр ажилладаг хүч гэж үү? Объект дээр үйлчилдэг хүч байдаг ч объект дээр үйлчилж буй бүх хүчний нийлбэр буюу нийт хүчний нийлбэр тэг юм. Дэлхий гэх мэт гаригуудын гадаргуу дээр байгаа объектууд дээр үйлчилдэг хүч нь таталцал (w) ба хэвийн хүч (N) юм. Таталцлын хүчний чиглэл нь дэлхийн төвтэй перпендикуляр, хэвийн хүчний чиглэл нь дээшээ перпендикуляр байна. Эдгээр хоёр хүчний хэмжээ ижил боловч эсрэг чиглэлтэй тул нийт хүч тэгтэй тэнцүү байна.
Тогтмол хурдтайгаар шулуун хөдөлж буй зүйлсийн талаар юу хэлэх вэ? Энэ асуудлыг тодруулахын тулд та шалан дээр ямар нэгэн объект, жишээлбэл, металл хэсгийг түлхсэн гэж бодъё. Түлхсэний дараа металл нь үрэлтийн улмаас удааширч, зогссон. Металл хэсгүүд хол эсвэл урт хөдлөхийн тулд та шалны гадаргуу болон металл хавтангийн гадаргууг тэгшлэх хэрэгтэй. Хэрэв шалны гадаргуу гөлгөр бөгөөд үрэлт байхгүй бол металл хавтан үргэлжлүүлэн хөдөлж, зогсохгүй. Төгс, гөлгөр шалны гадаргуу дээр хөдөлж буй металл хавтан дээр ямар нэгэн хүч үйлчлэх үү? Металл хавтан дээр ажилладаг хүчнүүд байдаг, тухайлбал таталцлын хүч ба хэвийн хүч. Эдгээр хүч хоёулаа босоо чиглэлд ажилладаг бөгөөд шал гөлгөр байвал хэвтээ чиглэлд металл хавтангийн хөдөлгөөнд нөлөөлдөггүй.
Ньютоны хоёрдугаар хуульд хэрэв объект дээр үйлчлэх нийт хүч тэгтэй тэнцүү биш бол объект хурдасна гэж заасан байдаг. Хурдатгалын хэмжээ нь нийт хүчний хэмжээтэй пропорциональ бөгөөд объектын масстай урвуу пропорциональ байна. Хурдатгалын чиглэл нь нийт хүчний чиглэлтэй ижил байна.
ΣF = ma
ΣF = нийт хүч (кг м/с² ) , m = масс (кг), a = хурдатгал (м/ с² )
1.2-р тэгшитгэл нь Ньютоны хоёрдугаар хуулиас гаралтай математикийн мэдэгдэл юм.
Хэрэв хурдатгал тэгтэй тэнцүү бол (a = 0) 1.2 тэгшитгэл нь 1.1 тэгшитгэл болж өөрчлөгдөнө. Тиймээс Ньютоны нэгдүгээр хууль нь Ньютоны хоёрдугаар хуулийн тусгай тохиолдол юм. 1.2 тэгшитгэлээс хүч их байх тусам хурдатгал их байна гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн. Харин масс их байх тусам хурдатгал бага байна. Хүч, масс, хурдатгалын хоорондын хамаарлыг та үүний талаар туршилт хийсний дараа илүү сайн ойлгоно.
Жишээ асуудал 1:
Дээрх зурагт үндэслэн объектын хурдатгалын хэмжээ болон чиглэлийг тодорхойлно уу...
Шийдэл:
ΣF = ma
4 кг м/с 2 = (1 кг) а
a = 4 кг м/с 2 : 1 кг = 4 м/с 2
Хурдатгалын хэмжээ = 4 м/с2 , баруун тийш чиглэсэн хурдатгалын чиглэл.
Жишээ асуудал 2:
Дээрх зурагт үндэслэн хурдатгалын хэмжээ болон чиглэлийг тодорхойл ...
Шийдэл:
ΣF = ma
4 кг м/с 2 – 1 кг м/с 2 = (1 кг) a
3 кг м/с 2 = (1 кг) а
a = 3 кг м/с 2 : 1 кг
a = 3 м/ с2
Хурдатгалын хэмжээ = 3 м/с2 , баруун тийш чиглэсэн хурдатгалын чиглэл.
3.2.1 Жин (ж)
Жин гэдэг нь масстай объект дээр үйлчилдэг таталцлын хүч юм.
ΣF = ma
w = мг
1.3-р тэгшитгэл нь объектын жинг тооцоолох тэгшитгэл юм.
w = жин (кг м/с2 ) , m = масс (кг), g = таталцлын хурдатгал (м/с2 ) . Дэлхийн гадаргуу дээрх таталцлын хурдатгалын хэмжээ (g) нь 9.8 м/с2 байна . Тооцооллыг хялбарчлахын тулд g-г 10 м/ с2 болгон бөөрөнхийлөв.
3.2.2 Хэвийн хүч (Н)
Хэвийн хүч гэдэг нь бие биедээ хүрэлцэж буй хоёр объект дээр үйлчлэх хүч бөгөөд хэвийн хүчний чиглэл нь хүрэлцэх хавтгайн гадаргуутай перпендикуляр байна.
Ширээний гадаргуугаас дээш байгаа объектуудыг ажиглаарай. Таталцлын хүч эсвэл жин нь объект дээр бас үйлчилдэг. Модноос унаж буй жимс шиг объектууд чөлөөтэй унадаггүй, учир нь хэвийн хүч байдаг. Жин (w) ба хэвийн (N) нь ижил боловч эсрэг чиглэлтэй тул объект дээр үйлчлэх нийт хүч тэгтэй тэнцүү байна.
ΣF = 0
N – w = 0
N = w
3.3 Ньютоны Гуравдугаар Хууль
Ньютоны гурав дахь хуульд хэрэв 1-р объект 2-р объектод хүч өгвөл 2-р объект 1-р объектод мөн адил хүч өгнө гэж заасан байдаг. Хоёр хүч ижил боловч хоёр хүчний чиглэл эсрэг байна. Нэг хүчийг үйлдэл, нөгөөг нь урвал гэж нэрлэдэг.
F үйлдэл = – F урвал
1.3-р тэгшитгэл нь Ньютоны гуравдугаар хуулийн математикийн мэдэгдэл юм. 1.3-р тэгшитгэл дэх сөрөг тэмдэг нь хүчний чиглэлийг тайлбарладаг.
Ньютоны гурав дахь хуулийг илүү сайн ойлгохын тулд туршилт хий. Хэрэв та тэшүүртэй бол тэшүүр дээр зогсож байхдаа ханыг түлх. Ханыг түлхсэний дараа тэшүүр арагшаа хөдөлнө. Таны хүчний чиглэл урагш, харин тэшүүрийн чиглэл арагшаа байна.
Энэ нь хана таныг мөн албадаж байгааг илтгэнэ. Та ханыг түлхэхэд хана таныг мөн түлхдэг. Таны түлхэх хүч ханан дээр ажилладаг бол хананы түлхэх хүч тан дээр ажилладаг. Хоёр хүч хоёулаа ижил боловч эсрэг чиглэлд байна. Та нэг хүчийг үйлдэл, нөгөө хүчийг урвал гэж нэрлэж болно.
Өөр нэг туршилт бол резинэн бөмбөлөг үлээж, резинэн бөмбөлөг агаараар дүүрсэн тул тэлсний дараа бөмбөлгийг гаргах явдал юм. Хаясны дараа бөмбөлөг "нисч" байна. Бөмбөлөгний хөдөлгөөний чиглэл нь бөмбөлөгөөс гарах агаарын чиглэлийн эсрэг байна. Үүнийг хэрхэн тайлбарлах вэ?
Бөмбөлөгний амыг гаргахад бөмбөлөг агаарыг түлхдэг. Үүний зэрэгцээ агаар мөн бөмбөлгийг түлхдэг. Агаар түлхэх хүч нь бөмбөлгийг нисэхэд хүргэдэг. Бөмбөлөгний хүч тоглож, агаарын хүч бөмбөлөг дээр үйлчилдэг. Хоёр хүч ижил боловч чиглэл нь эсрэг байна.
2-р зургийг ажиглаад 3-р зурагтай харьцуулна уу. Биетэд үйлчлэх хэвийн хүч (N) нь ширээний гадаргуу гэх мэт хавтгай гадаргуугаас үүссэн хүч юм. Үүний зэрэгцээ, биетүүд ширээний гадаргуу дээр (N') хүч өгдөг. Эдгээр хэвийн хүчнүүд (N ба N') хоёулаа ижил хэмжээтэй боловч эсрэг чиглэлд байрладаг бөгөөд өөр өөр биетүүд дээр ажилладаг. w ба N-ээс ялгаатай нь ижил хэмжээтэй бөгөөд ижил биет дээр ажилладаг. Тиймээс N ба N' нь үйлчлэл-урвалын хүч юм.
