නිව්ටන්ගේ නියම පිළිබඳ භෞතික විද්යා පත්රිකාව
පෙන්ඩහුලුවන්
භෞතික විද්යාව යනු නිරීක්ෂණය, මිනුම් සහ සාමාන්යයෙන් අදාළ වන නීති සකස් කිරීම හරහා විශ්වයේ සංසිද්ධි සහ හැසිරීම් අධ්යයනය කරන ස්වභාවික විද්යාවේ ශාඛාවකි. සම්භාව්ය භෞතික විද්යාවේ ප්රධාන අත්තිවාරමක් වන්නේ නිව්ටන්ගේ චලිත නියමයන් ය. මෙම නීති 17 වන සියවසේදී ශ්රීමත් අයිසැක් නිව්ටන් විසින් සකස් කරන ලද අතර වස්තූන් චලනය වන ආකාරය සහ එම චලිතයේ වෙනස්කම් වලට බල බලපාන ආකාරය තේරුම් ගැනීමට පදනම ලෙස සේවය කරයි. නූතන සාපේක්ෂතාවාදය සහ ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාවේ මතුවීම තිබියදීත්, විවිධ එදිනෙදා සංසිද්ධි පැහැදිලි කිරීම සඳහා නිව්ටන්ගේ නියමයන් ඉතා අදාළ වේ, විශේෂයෙන් ආලෝකයේ වේගයට වඩා බෙහෙවින් අඩු වේගයකින් චලනය වන වස්තූන්ගේ පරිමාණයෙන්.
නිව්ටන්ගේ නියමයන් යනු හුදෙක් සූත්ර සමූහයක් නොව, බලය, ස්කන්ධය සහ ත්වරණය අතර සම්බන්ධතාවය ගැන සිතීම සඳහා විද්යාත්මක රාමුවකි. ඒවායේ යෙදීම් වාහන චලිතය සහ පාලම් නිර්මාණය ගණනය කිරීමේ සිට ක්රීඩා විශ්ලේෂණය සහ ගුවන් සේවා සහ අභ්යවකාශ තාක්ෂණය දක්වා පුළුල් පරාසයක විහිදේ. මෙම පත්රිකාව නිව්ටන්ගේ නියම තුන, බලය සහ ස්කන්ධය පිළිබඳ සංකල්ප සහ එදිනෙදා ජීවිතයේදී ඒවායේ යෙදීම් පිළිබඳ උදාහරණ ක්රමානුකූලව සාකච්ඡා කරනු ඇත.
මූලික සංකල්ප: බලය, ස්කන්ධය සහ චලිතය
නිව්ටන්ගේ නීති තුන සාකච්ඡා කිරීමට පෙර, ඊට සම්බන්ධ ප්රධාන සංකල්ප තේරුම් ගැනීම වැදගත් වේ. බලය යනු වස්තුවක චලිත තත්ත්වය වෙනස් කළ හැකි තල්ලුවක් හෝ ඇදීමක් වේ. බලයට විශාලත්වය සහ දිශාව යන දෙකම ඇති අතර එය දෛශික ප්රමාණයක් බවට පත් කරයි. බලයේ SI ඒකකය නිව්ටන් (N) වන අතර එය 1 kg ස්කන්ධයකට 1 m/s² ත්වරණයක් ලබා දීමට අවශ්ය බලය ලෙස අර්ථ දක්වා ඇත.
ස්කන්ධය යනු වස්තුවක අවස්ථිති බව, එනම් එහි චලිත තත්ත්වය පවත්වා ගැනීමට ඇති ප්රවණතාවයේ මිනුමක් වේ. වස්තුවක ස්කන්ධය වැඩි වන තරමට එය වේගවත් කිරීම හෝ නැවැත්වීම වඩාත් අපහසු වේ. ස්කන්ධය බරට වඩා වෙනස් ය. බර යනු වස්තුවක් මත ක්රියා කරන ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය වන අතර එම නිසා එය දේශීය ගුරුත්වාකර්ෂණ ත්වරණය මත රඳා පවතී.
භෞතික විද්යාවේ චලිතය සාමාන්යයෙන් අධ්යයනය කරනු ලබන්නේ ප්රමාණ පිහිටීම, ප්රවේගය සහ ත්වරණය හරහා ය. ප්රවේගය කාලයට සාපේක්ෂව පිහිටීම කෙතරම් ඉක්මනින් වෙනස් වේද යන්න පෙන්නුම් කරන අතර ත්වරණය ඒකක කාලයකට ප්රවේගයේ වෙනස පෙන්නුම් කරයි. නිව්ටන්ගේ නියමයන් බලය ත්වරණයට සම්බන්ධ කරයි, එමඟින් හේතුව (බලය) සහ බලපෑම (චලිතයේ වෙනස) අතර පාලමක් සපයයි.
නිව්ටන්ගේ පළමු නියමය (අවස්ථිති නියමය)
නිව්ටන්ගේ පළමු නියමය මෙසේ පවසයි: "වස්තුවක් මත ක්රියා කරන ශුද්ධ බලය ශුන්ය නම් එය නිශ්චලව පවතිනු ඇත හෝ නියත වේගයකින් සරල රේඛාවක චලනය වනු ඇත." මෙයින් අදහස් කරන්නේ වස්තුවකට බලපාන ශුද්ධ බලයක් නොමැති නම්, වස්තුව ප්රවේගයේ වෙනසක් අත්විඳිය නොහැකි බවයි.
මෙම නීතියේ ප්රධාන සංකල්පය වන්නේ අවස්ථිති භාවයයි. මෝටර් රථය හදිසියේ තිරිංග දැමූ විට මෝටර් රථ මගීන් ඉදිරියට තල්ලු වන්නේ මන්දැයි අවස්ථිති භාවය පැහැදිලි කරයි. මෝටර් රථය මන්දගාමී වන විට, මගියාගේ ශරීරය අවස්ථිති භාවය හේතුවෙන් එහි ඉදිරි චලනය පවත්වා ගැනීමට නැඹුරු වේ. ආසන පටි ඉතා වැදගත් වන්නේ මේ නිසා, ඒවා ශරීරය ඉදිරියට යාම වළක්වන බලයක් සපයන බැවිනි.
තවත් උදාහරණයක් වන්නේ මේසයක් මත ඇති වස්තුවකි. වස්තුව නිශ්චලව පවතින්නේ එයට චලනය වීමට හේතු වන තිරස් බලයක් නොමැති බැවිනි; ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය පහළට සහ මේසයේ ඉහළට යන බලය එකිනෙක සමතුලිත කරයි, එබැවින් ප්රතිඵල බලය ශුන්ය වේ. මේ අනුව, පළමු නියමය අවධාරණය කරන්නේ චලිතයේ වෙනසක් සිදුවන්නේ ශුන්ය නොවන ප්රතිඵල බලයක් තිබේ නම් පමණක් බවයි.
නිව්ටන්ගේ දෙවන නියමය (බලය, ස්කන්ධය සහ ත්වරණය අතර සම්බන්ධතාවය)
නිව්ටන්ගේ දෙවන නියමය සම්භාව්ය යාන්ත්ර විද්යාවේ හරය වන අතර එය මෙසේ පවසයි: "වස්තුවක ත්වරණය ඒ මත ක්රියා කරන ප්රතිඵල බලයට සමානුපාතික වන අතර එහි ස්කන්ධයට ප්රතිලෝමව සමානුපාතික වේ." ගණිතමය වශයෙන්, එය පහත පරිදි සකස් කර ඇත:
ΣF = m · a
මෙහි, ΣF යනු ප්රතිඵල බලය (N), m යනු ස්කන්ධය (kg) සහ a යනු ත්වරණය (m/s²) වේ. මෙම සූත්රය වැදගත් කරුණු දෙකක් පෙන්නුම් කරයි. පළමුව, නියත ස්කන්ධයක් ඇති වස්තුවකට යොදන බලය වැඩි වන තරමට, ප්රතිඵලයක් ලෙස ලැබෙන ත්වරණය වැඩි වේ. දෙවනුව, එකම බලය සඳහා, වැඩි ස්කන්ධයක් ඇති වස්තුවකට කුඩා ත්වරණයක් අත්විඳිය හැකිය.
උදාහරණයක් ලෙස, හිස් සාප්පු කරත්තයක් තල්ලු කිරීම පිරුණු එකක් තල්ලු කිරීමට වඩා පහසුය. සම්පූර්ණ කරත්තයට වැඩි ස්කන්ධයක් ඇත, එබැවින් එකම තල්ලු කිරීමේ බලය සඳහා ත්වරණය කුඩා වේ. ක්රීඩා උදාහරණ ද පැහැදිලිය: ටෙනිස් බෝලයක් පන්දු යැවීමේ බෝලයකට වඩා වේගවත් කිරීම පහසුය, මන්ද එහි ස්කන්ධය බෙහෙවින් කුඩා බැවිනි.
නිව්ටන්ගේ දෙවන නියමය වස්තුවක් මත ක්රියා කරන බලවේග විශ්ලේෂණය කිරීමට ද උපකාරී වේ, උදාහරණයක් ලෙස ඝර්ෂණය, කඹයක ආතතිය, දුනු බලය සහ ගුරුත්වාකර්ෂණය. ගැටළු විසඳීමේදී, ක්රියා කරන සියලුම බලවේග සිතියම්ගත කිරීම සඳහා නිදහස් ශරීර රූප සටහනක් සාමාන්යයෙන් භාවිතා කරනු ලැබේ, එවිට ප්රතිඵල බලය නිවැරදිව ගණනය කළ හැකිය.
නිව්ටන්ගේ තුන්වන නියමය (ක්රියාව සහ ප්රතික්රියාව)
නිව්ටන්ගේ තුන්වන නියමය මෙසේ පවසයි: "සෑම ක්රියාවකටම සමාන හා ප්රතිවිරුද්ධ ප්රතික්රියාවක් ඇත." මෙයින් අදහස් කරන්නේ A වස්තුව B වස්තුව මත බලයක් යොදන්නේ නම්, B වස්තුව A වස්තුව මත සමාන බලයක් යොදන නමුත් ප්රතිවිරුද්ධ දිශාවට බවයි.
ක්රියාව සහ ප්රතික්රියාව එකිනෙක අවලංගු කරන බව මිනිසුන් සිතන නිසා මෙම නීතිය බොහෝ විට වරදවා වටහාගෙන ඇත. ඇත්ත වශයෙන්ම, මෙම බලවේග දෙක වෙනස් වස්තූන් දෙකක් මත ක්රියා කරන බැවින්, එකම වස්තුවක් මත එකිනෙකා අවලංගු නොකරයි. නිදසුනක් වශයෙන්, පුද්ගලයෙකු බිම සිටගෙන සිටින විට, ඔවුන්ගේ පාද බිම මත පහළට බලයක් (ක්රියාවක්) යොදන අතර, බිම ඔවුන්ගේ පාද මත ඉහළට සාමාන්ය බලයක් (ප්රතික්රියාවක්) යොදයි. බිමෙන් ලැබෙන ප්රතික්රියා බලය ඔවුන්ගේ බර සමතුලිත කිරීමට තරම් විශාල බැවින්, පුද්ගලයාට වැටීමෙන් තොරව නැගී සිටිය හැකිය.
තවත් ඉතා ප්රසිද්ධ උදාහරණයක් වන්නේ රොකට්ටුවක චලිතයයි. රොකට්ටුව අධික වේගයෙන් (ක්රියාව) වායුව පසුපසට විදින අතර, පසුව වායුව රොකට්ටුව මත ඉදිරියට තල්ලුවක් (ප්රතික්රියාවක්) යොදන අතර එමඟින් රොකට්ටුව ඉහළට තල්ලු වේ. ගැට නොගසන ලද බැලූනයකට ද එම මූලධර්මයම අදාළ වේ: වාතය එක් දිශාවකට පිටවන අතර බැලූනය ප්රතිවිරුද්ධ දිශාවට තල්ලු කරනු ලැබේ.
එදිනෙදා ජීවිතයේදී නිව්ටන්ගේ නීති යෙදීම
නිව්ටන්ගේ නියමයන් බොහෝ ක්රියාකාරකම් වලදී සොයාගත හැකිය. ප්රවාහනයේදී, වාහන නිර්මාණය එන්ජින් බලය, වායු ප්රතිරෝධය සහ ටයර් ඝර්ෂණය වැනි විවිධ බලවේග සැලකිල්ලට ගනී. වාහනයක් හැරෙන විට, වාහනයේ චක්රලේඛ මාර්ගය පවත්වා ගැනීම සඳහා කේන්ද්රාපසාරී බලය අවශ්ය වේ; ඝර්ෂණය ප්රමාණවත් නොවන්නේ නම්, වාහනය ලිස්සා යා හැක.
ඉංජිනේරු විද්යාවේදී, ගොඩනැගිලි සහ පාලම් ඉදිකිරීම සඳහා බල තුලන විශ්ලේෂණයක් අවශ්ය වේ (නිව්ටන්ගේ පළමු නියමය). නිශ්චිත ස්ථානවල ප්රතිඵලයක් ලෙස ඇතිවන බලවේග සහ මොහොත බිඳවැටීමට හේතු නොවන පරිදි ව්යුහයන් නිර්මාණය කළ යුතුය. බර උපකරණ තාක්ෂණයේදී, නිශ්චිත බරක් එසවීමට හෝ චලනය කිරීමට යන්ත්රයකට අවශ්ය බලය තීරණය කිරීම සඳහා නිව්ටන්ගේ දෙවන නියමය භාවිතා කරයි.
ක්රීඩා වලදී, ක්රීඩක ක්රීඩිකාවන් ක්රියා-ප්රතික්රියා නීතිය භාවිතා කරයි. ධාවකයෙකු බිමට පිටුපසට තල්ලු කරයි, එය ධාවකයා ඉදිරියට තල්ලු කරයි. පිහිනුම්කරුවෙකු ජලයට පිටුපසට තල්ලු කරයි, එය පිහිනුම්කරු ඉදිරියට තල්ලු කරයි. ප්රචාලක බලය වඩාත් ඵලදායී වන තරමට, එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස ලැබෙන ත්වරණය වැඩි වේ.
නිව්ටන්ගේ නීතිවල සීමාවන්
ඉතා ප්රයෝජනවත් වුවද, නිව්ටන්ගේ නියමයන්ට සීමාවන් ඇත. ඒවා අඩු වේගයකින් යුත් සාර්ව දෘෂ්ටි වස්තූන් සඳහා වඩාත් නිවැරදි වේ. ආලෝකයේ වේගයට ළඟා වන වේගයන්හිදී, ඵලදායී ස්කන්ධය සහ කාලය තවදුරටත් නිරපේක්ෂ නොවන බැවින් අයින්ස්ටයින්ගේ සාපේක්ෂතාවාදය පිළිබඳ න්යාය වඩාත් නිවැරදි වේ. පරමාණු සහ උප පරමාණුක අංශු පරිමාණයෙන්, අංශු හැසිරීම සම්භාව්ය බලවේග සහ ගමන් පථ මගින් පමණක් පැහැදිලි කළ නොහැකි බැවින් ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාව අවශ්ය වේ.
කෙසේ වෙතත්, බොහෝ එදිනෙදා ගැටළු සහ බොහෝ ඉංජිනේරු යෙදීම් සඳහා, නිව්ටන්ගේ නියම සරල, ප්රායෝගික සහ සාධාරණ ලෙස නිවැරදි බැවින් ඒවා තවමත් ප්රාථමික ප්රවේශය වේ.
නිගමනය
සම්භාව්ය භෞතික විද්යාවේ බලය සහ චලිතය අතර සම්බන්ධතාවය පැහැදිලි කරන වැදගත් පදනමක් නිව්ටන්ගේ නියමයන් වේ. ප්රතිඵල බලය ශුන්ය නම් වස්තුවක් එහි චලිත තත්ත්වය පවත්වා ගන්නා බව නිව්ටන්ගේ පළමු නියමයෙන් ප්රකාශ වේ. ත්වරණය ප්රතිඵල බලයට සෘජුව සමානුපාතික වන අතර ස්කන්ධයට ප්රතිලෝමව සමානුපාතික වන බව නිව්ටන්ගේ දෙවන නියමයෙන් පැහැදිලි කෙරේ, එය ΣF = m·a ලෙස සකස් කර ඇත. නිව්ටන්ගේ තුන්වන නියමය මඟින් ක්රියා-ප්රතික්රියාවේ මූලධර්මය අවධාරණය කරයි, සෑම බලයකටම සෑම විටම සමාන විශාලත්වයකින් සහ ප්රතිවිරුද්ධ දිශාවකින් යුත් සහකරුවෙකු සිටින බව.
මෙම නීති තුන තේරුම් ගැනීමෙන්, එදිනෙදා ජීවිතයේ සරල චලිතයේ සිට යන්ත්ර සහ වාහන නිර්මාණය දක්වා පුළුල් පරාසයක ස්වාභාවික හා තාක්ෂණික සංසිද්ධි විශ්ලේෂණය කළ හැකිය. ආන්තික තත්වයන් තුළ ඒවායේ සීමාවන් තිබියදීත්, නිව්ටන්ගේ නීති අදාළ වන අතර විද්යා ඉතිහාසයේ ශ්රේෂ්ඨතම ජයග්රහණවලින් එකකි.
-
ඔබ කැමති නම්, මට ග්රන්ථ නාමාවලියක්, පෙරවදනක් එක් කිරීමට හෝ වඩාත් “පාසල් ආකෘතියේ” අනුවාදයක් (පසුබිම, ගැටළු ප්රකාශය, අරමුණු, සාකච්ඡාව සහ නිගමනය සමඟ) නිර්මාණය කළ හැකිය.
