Článok o Newtonovom pohybovom zákone
1. Definícia sily
Sila je niečo, čo spôsobuje zrýchlenie vecí. Inými slovami, sila je niečo, čo pohybuje, zastavuje alebo mení smer pohybu objektu. Sila je vektorová veličina, a preto má veľkosť a smer. Symbol sily je F (Force - sila). F je všeobecný symbol sily. Existuje niekoľko typov síl a nie všetky sily majú symbol F. Jednotkou medzinárodného systému je kg m/s2, známa aj ako Newton.
2. Definícia čistej sily
Výsledná sila (ΣF) je súčet všetkých síl pôsobiacich na objekt. Sila je vektorová veličina, takže celková sila sa vypočíta na základe pravidla sčítania vektorov.
Celková sila = 10 Newtonov, smer celkovej sily doprava.
Celková sila = 8 Newtonov, smer celkovej sily doprava.
Celková sila = 0
Celková sila = 0
3. Newtonove pohybové zákony
Newtonove pohybové zákony sú fyzikálne zákony o pohybe objektu, ktoré navrhol anglický fyzik Isaac Newton.
3.1 Newtonov prvý zákon
Newtonov prvý zákon hovorí, že každý objekt, ktorý je v pokoji, zostane v pokoji, alebo že každý objekt, ktorý sa pohybuje priamočiaro konštantnou rýchlosťou
bude sa naďalej pohybovať priamočiaro konštantnou rýchlosťou, ak je celková sila pôsobiaca na objekt nulová.
ΣF = 0
Táto rovnica je matematickým vyjadrením z prvého Newtonovho zákona.
Pozrite sa na predmet okolo seba, napríklad na stôl, kameň alebo akýkoľvek iný predmet. Stôl, ktorý je v pokoji, zostane v pokoji, ak sa s ním nepohne alebo naň nepôsobí vonkajšia sila, napríklad tlak alebo ťah. Neexistuje žiadna sila, ktorá by pôsobila na stoly, skaly alebo predmety, ktoré sú v pokoji? Na predmet pôsobí sila, ale súčet všetkých síl pôsobiacich na predmet alebo celková sila je nula. Sily pôsobiace na predmety, ktoré sú stále na povrchu planét, ako je Zem, sú gravitačná sila (w) a normálová sila (N). Smer gravitačnej sily je kolmý na stred Zeme, smer normálovej sily je kolmý nahor. Veľkosť týchto dvoch síl je rovnaká, ale majú opačný smer, takže celková sila sa rovná nule.
A čo veci, ktoré sa pohybujú priamočiaro konštantnou rýchlosťou? Aby sme tento problém objasnili, predpokladajme, že tlačíte predmet, napríklad kus kovu, na povrch podlahy. Po zatlačení sa kov v dôsledku trenia spomalí a zastaví. Aby sa kovové kusy pohybovali ďalej alebo dlhšie, musíte vyhladiť povrch podlahy a povrch kovovej dosky. Ak je povrch podlahy hladký a nedochádza k treniu, kovová doska sa bude naďalej pohybovať a nezastaví sa. Nepôsobí na kovovú dosku, ktorá sa pohybuje po povrchu dokonale hladkej podlahy, žiadna sila? Na kovové dosky pôsobia sily, a to gravitačná sila a normálová sila. Obe tieto sily pôsobia vo vertikálnom smere a neovplyvňujú pohyb kovových dosiek v horizontálnom smere, ak je podlaha hladká.
Newtonov druhý zákon hovorí, že ak celková sila pôsobiaca na objekt nie je rovná nule, potom objekt zrýchli. Veľkosť zrýchlenia je úmerná veľkosti celkovej sily a nepriamo úmerná hmotnosti objektu. Smer zrýchlenia je rovnaký ako smer celkovej sily.
ΣF = ma
ΣF = celková sila (kg m/s² ) , m = hmotnosť (kg), a = zrýchlenie (m/ s² )
Rovnica 1.2 je matematické vyjadrenie z druhého Newtonovho zákona.
Ak je zrýchlenie rovné nule (a = 0), potom sa rovnica 1.2 zmení na rovnicu 1.1. Takže prvý Newtonov zákon je špeciálnym prípadom druhého Newtonovho zákona. Na základe rovnice 1.2 sa usudzuje, že čím väčšia sila, tým väčšie je zrýchlenie. Naopak, čím väčšia je hmotnosť, tým menšie je zrýchlenie. Vzťah medzi silou, hmotnosťou a zrýchlením lepšie pochopíte po vykonaní experimentu v tejto oblasti.
Ukážka úlohy 1:
Určte veľkosť a smer zrýchlenia objektov na základe vyššie uvedeného obrázku…
Riešenie:
ΣF = ma
4 kg m/s² = (1 kg) a
a = 4 kg m/s2 : 1 kg = 4 m/ s2
Veľkosť zrýchlenia = 4 m/s² , smer zrýchlenia doprava.
Ukážka úlohy 2:
Určte veľkosť a smer zrýchlenia na základe vyššie uvedeného obrázku …
Riešenie:
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
Veľkosť zrýchlenia = 3 m/s² , smer zrýchlenia doprava.
3.2.1 Hmotnosť (w)
Hmotnosť je gravitačná sila pôsobiaca na hmotný objekt.
ΣF = ma
w = mg
Rovnica 1.3 je rovnica na výpočet hmotnosti objektu.
w = hmotnosť (kg m/s² ) , m = hmotnosť (kg), g = gravitačné zrýchlenie (m/s² ) . Veľkosť gravitačného zrýchlenia (g) na zemskom povrchu je 9.8 m/s² . Pre zjednodušenie výpočtov sa g zaokrúhli na 10 m/ s².
3.2.2 Normálová sila (N)
Normálová sila je sila pôsobiaca na dva telesá, ktoré sa navzájom dotýkajú, pričom smer normálovej sily je kolmý na povrch dotykovej roviny.
Pozorujte predmety, ktoré sú stále nad povrchom stola. Na predmet pôsobí aj gravitačná sila alebo sila tiaže. Predmety nepadajú voľne ako ovocie padajúce zo stromu, pretože na ne pôsobí normálová sila. Tiaže (w) a normála (N) sú rovnaké, ale opačného smeru, takže celková sila pôsobiaca na predmet je nulová.
ΣF = 0
S – š = 0
N = w
3.3 Newtonov tretí zákon
Newtonov tretí zákon hovorí, že ak objekt 1 pôsobí silou na objekt 2, potom súčasne objekt 2 pôsobí silou na objekt 1. Tieto dve sily sú rovnaké, ale smer oboch síl je opačný. Jedna sila sa nazýva akcia, druhá sa nazýva reakcia.
F akcia = – F reakcia
Rovnica 1.3 je matematické vyjadrenie z Newtonovho tretieho zákona. Znamienko záporné v rovnici 1.3 vysvetľuje smer sily.
Experimentujte, aby ste lepšie pochopili Newtonov tretí zákon. Ak máte skateboard, zatlačte stenu, zatiaľ čo stojíte na skateboarde. Po zatlačení steny sa skateboard pohybuje dozadu. Smer vašej sily je dopredu, zatiaľ čo smer skateboardu je dozadu.
To naznačuje, že na vás pôsobí aj stena. Keď tlačíte na stenu, zároveň tlačí aj stena na vás. Vaša tlačná sila pôsobí na stenu, zatiaľ čo tlačná sila steny pôsobí na vás. Obe sily pôsobia rovnako, ale v opačných smeroch. Jednu silu môžete nazvať akciou a druhú reakciou.
Ďalší experiment, ktorý sa dá urobiť, je nafúknuť gumený balón a po tom, čo sa gumový balón naplní vzduchom, roztiahne, balón sa uvoľní. Po uvoľnení balón „letí“. Smer pohybu balóna je opačný ako smer výstupu vzduchu z balóna. Ako to vysvetliť?
Keď sa ústa balóna uvoľnia, balón vytlačí vzduch von. Zároveň vzduch tlačí na balón. Tlaková sila vzduchu spôsobuje, že balón letí. Sila balóna pôsobí, zatiaľ čo sila vzduchu pôsobí na balón. Tieto dve sily sú rovnaké, ale smer je opačný.
Pozorujte obrázok 2 a porovnajte ho s obrázkom 3. Normálová sila pôsobiaca na objekt (N) je sila vydávaná plochým povrchom, napríklad povrchom stola. Zároveň objekty tiež pôsobia silou na povrch stola (N'). Obe tieto normálové sily (N a N') majú rovnakú veľkosť, ale pôsobia v opačných smeroch a pôsobia na rôzne objekty. Na rozdiel od w a N, ktoré majú rovnakú veľkosť a pôsobia na ten istý objekt, sú teda N a N' akčno-reakčné sily.
