Articol despre legea mișcării a lui Newton
1. Definiția forței
Forța este ceva ce face ca lucrurile să accelereze. Cu alte cuvinte, forța este ceva ce mișcă, oprește sau schimbă direcția de mișcare a unui obiect. Forța este o mărime vectorială și, prin urmare, are o magnitudine și o direcție. Simbolul forței este F (Forță). F este un simbol general al forței. Există mai multe tipuri de forțe și nu toate forțele au simbolul F. Unitatea de măsură din Sistemul Internațional este kg m/s2, cunoscut și sub numele de Newton.
2. Definiția forței nete
Forța rezultantă (ΣF) este suma tuturor forțelor care acționează asupra unui obiect. Forța este o mărime vectorială, deci forța totală se calculează pe baza regulii adunării vectoriale.
Forța totală = 10 newtoni, direcția forței totale spre dreapta.
Forța totală = 8 newtoni, direcția forței totale spre dreapta.
Forța totală = 0
Forța totală = 0
3. Legile mișcării ale lui Newton
Legile mișcării ale lui Newton sunt legile fizicii despre mișcarea unui obiect, propuse de fizicianul englez Isaac Newton.
3.1 Prima lege a lui Newton
Prima lege a lui Newton afirmă că orice obiect care este în repaus trebuie să rămână în repaus sau că orice obiect care se mișcă în linie dreaptă cu o viteză constantă
va continua să se miște în linie dreaptă cu viteză constantă dacă forța totală care acționează asupra obiectului este zero.
ΣF = 0
Această ecuație este o afirmație matematică din prima lege a lui Newton.
Privește un obiect în jurul tău, cum ar fi o masă, o piatră sau orice alt obiect. O masă care este în repaus va rămâne în repaus dacă nu este mișcată sau nu este supusă unei forțe externe, cum ar fi o împingere sau o tragere. Nu există nicio forță care să acționeze asupra meselor, rocilor sau obiectelor care sunt în repaus? Există o forță care acționează asupra obiectului, dar suma tuturor forțelor care acționează asupra obiectului sau forța totală este zero. Forțele care acționează asupra obiectelor care se află încă la suprafața planetelor precum Pământul sunt gravitația (w) și forța normală (N). Direcția forței gravitaționale este perpendiculară pe centrul Pământului, direcția forței normale este perpendiculară în sus. Magnitudinea acestor două forțe este aceeași, dar au direcții opuse, deci forța totală este egală cu zero.
Dar lucrurile care se mișcă drept cu viteză constantă? Pentru a clarifica această problemă, să presupunem că împingeți un obiect, de exemplu, o bucată de metal, pe suprafața podelei. După ce a fost împinsă, metalul încetinește și se oprește din cauza frecării. Pentru ca piesele de metal să se miște mai departe sau mai mult, trebuie să neteziți suprafața podelei și suprafața plăcii metalice. Dacă suprafața podelei este netedă și nu există frecare, placa metalică va continua să se miște și nu se va opri. Nu există nicio forță care să acționeze asupra plăcii metalice care se mișcă pe suprafața podelei perfecte, netede? Există forțe care acționează asupra plăcilor metalice, și anume forța gravitațională și forța normală. Ambele forțe acționează în direcție verticală și nu afectează mișcarea plăcilor metalice pe direcție orizontală dacă podeaua este netedă.
A doua lege a lui Newton afirmă că, dacă forța totală care acționează asupra unui obiect nu este egală cu zero, atunci obiectul va accelera. Magnitudinea accelerației este proporțională cu magnitudinea forței totale și invers proporțională cu masa obiectului. Direcția accelerației este aceeași cu direcția forței totale.
ΣF = ma
ΣF = forța totală (kg m/s² ) , m = masa (kg), a = accelerația (m/ s² )
Ecuația 1.2 este o afirmație matematică din a doua lege a lui Newton.
Dacă accelerația este egală cu zero (a = 0), atunci ecuația 1.2 se transformă în ecuația 1.1. Prin urmare, prima lege a lui Newton este un caz special al celei de-a doua legi a lui Newton. Pe baza ecuației 1.2 se concluzionează că, cu cât forța este mai mare, cu atât accelerația este mai mare. Invers, cu cât masa este mai mare, cu atât accelerația este mai mică. Relația dintre forță, masă și accelerație este mai bine înțeleasă după ce ați efectuat un experiment în acest sens.
Problema exemplu 1:
Determinați magnitudinea și direcția accelerației obiectelor pe baza figurii de mai sus…
Soluţie:
ΣF = ma
4 kg m/s² = (1 kg) a
a = 4 kg m/s 2 : 1 kg = 4 m/s 2
Mărimea accelerației = 4 m/s² , direcția accelerației fiind spre dreapta.
Problema exemplu 2:
Determinați magnitudinea și direcția accelerației pe baza figurii de mai sus…
Soluţie:
ΣF = ma
4 kg m/s 2 – 1 kg m/s 2 = (1 kg) a
3 kg m/s² = (1 kg) a
a = 3 kg m/s² : 1 kg
a = 3 m/ s²
Mărimea accelerației = 3 m/s² , direcția accelerației fiind spre dreapta.
3.2.1 Greutate (g)
Greutatea este forța gravitațională care acționează asupra unui obiect cu masă.
ΣF = ma
w = mg
Ecuația 1.3 este ecuația pentru calcularea greutății unui obiect.
w = greutate (kg m/s² ) , m = masă (kg), g = accelerația gravitațională (m/s² ) . Magnitudinea accelerației gravitaționale (g) pe suprafața Pământului este de 9.8 m/s² . Pentru a simplifica calculele, g este rotunjit la 10 m/ s².
3.2.2 Forța normală (N)
Forța normală este forța care acționează asupra a două obiecte care se ating unul pe celălalt, în care direcția forței normale este perpendiculară pe suprafața planului de atingere.
Observați obiectele care sunt încă deasupra suprafeței mesei. Forța gravitațională sau greutatea acționează, de asemenea, asupra obiectului. Obiectele nu cad liber precum fructele care cad dintr-un copac, deoarece există o forță normală. Greutatea (w) și normala (N) sunt aceleași, dar în direcții opuse, astfel încât forța totală asupra unui obiect este zero.
ΣF = 0
N – w = 0
N = w
3.3 A treia lege a lui Newton
A treia lege a lui Newton afirmă că, dacă obiectul 1 aplică forță obiectului 2, atunci în același timp obiectul 2 aplică forță obiectului 1. Cele două forțe sunt aceleași, dar direcția celor două forțe este opusă. O forță se numește acțiune, cealaltă se numește reacțiune.
Acțiunea F = – reacția F
Ecuația 1.3 este o afirmație matematică din a treia lege a lui Newton. Semnul negativ din ecuația 1.3 explică direcția forței.
Experimentează pentru a înțelege mai bine a treia lege a lui Newton. Dacă ai un skateboard, împinge peretele în timp ce stai pe el. După ce împingi peretele, skateboard-ul se mișcă înapoi. Direcția forței tale este înainte, în timp ce direcția skateboard-ului este înapoi.
Aceasta indică faptul că și peretele te forțează. Când împingi peretele, în același timp, și peretele te împinge pe tine. Forța ta de împingere acționează asupra peretelui, în timp ce forța de împingere a peretelui acționează asupra ta. Ambele forțe sunt în aceeași direcție, dar opuse. Poți numi o forță acțiune, iar cealaltă reacție.
Un alt experiment care poate fi făcut este umflarea unui balon de cauciuc și, după ce balonul de cauciuc se extinde deoarece este umplut cu aer, eliberarea balonului. După eliberare, balonul „zboară”. Direcția de mișcare a balonului este opusă direcției de ieșire a aerului din balon. Cum se explică acest lucru?
Când gura balonului este eliberată, balonul împinge aerul afară. În același timp, aerul împinge și balonul. Forța de împingere a aerului face ca balonul să zboare. Forța balonului acționează jucându-se, forța aerului acționează asupra balonului. Cele două forțe sunt aceleași, dar direcția este opusă.
Observați figura 2 și comparați-o cu figura 3. Forța normală care acționează asupra unui obiect (N) este forța dată de o suprafață plană, cum ar fi suprafața unei mese. În același timp, obiectele aplică și forță asupra suprafeței mesei (N'). Ambele forțe normale (N și N') au aceeași magnitudine, dar sunt în direcții opuse și lucrează asupra unor obiecte diferite. Spre deosebire de w și N, care au aceeași magnitudine și lucrează asupra aceluiași obiect. Deci, N și N' sunt forțe de acțiune-reacțiune.
