Članek o Newtonovem zakonu gibanja
1. Definicija sile
Sila je nekaj, kar povzroči pospeševanje stvari. Z drugimi besedami, sila je nekaj, kar premika, ustavlja ali spreminja smer gibanja predmeta. Sila je vektorska količina, zato ima velikost in smer. Simbol za silo je F (Force - sila). F je splošni simbol za silo. Obstaja več vrst sil in vse sile nimajo simbola F. Mednarodna enota sistema je kg m/s2, znana tudi kot Newton.
2. Definicija neto sile
Rezultantna sila (ΣF) je vsota vseh sil, ki delujejo na objekt. Sila je vektorska količina, zato se skupna sila izračuna na podlagi pravila seštevanja vektorjev.
Skupna sila = 10 Newtonov, smer celotne sile pa je v desno.
Skupna sila = 8 Newtonov, smer celotne sile pa je v desno.
Skupna sila = 0
Skupna sila = 0
3. Newtonovi zakoni gibanja
Newtonovi zakoni gibanja so zakoni fizike o gibanju predmeta, ki jih je predlagal angleški fizik Isaac Newton.
3.1 Newtonov prvi zakon
Newtonov prvi zakon pravi, da mora vsak predmet, ki miruje, ostati v mirovanju oziroma da mora vsak predmet, ki se giblje premočno s konstantno hitrostjo
se bo še naprej gibal naravnost s konstantno hitrostjo, če je skupna sila, ki deluje na telo, enaka nič.
ΣF = 0
Ta enačba je matematična izjava iz Newtonovega prvega zakona.
Opazujte predmet okoli sebe, na primer mizo, kamen ali kateri koli drug predmet. Miza, ki miruje, bo ostala v mirovanju, če je ne premaknemo ali nanjo ne delujemo zunanja sila, kot je potiskanje ali vlečenje. Ali ni sile, ki bi delovala na mize, skale ali predmete, ki mirujejo? Na predmet deluje sila, vendar je vsota vseh sil, ki delujejo na predmet, oziroma skupna sila nič. Sile, ki delujejo na predmete, ki so še vedno na površini planetov, kot je Zemlja, sta gravitacija (w) in normalna sila (N). Smer gravitacijske sile je pravokotna na središče Zemlje, smer normalne sile pa je pravokotna navzgor. Velikost teh dveh sil je enaka, vendar imata nasprotno smer, zato je skupna sila enaka nič.
Kaj pa stvari, ki se premikajo naravnost s konstantno hitrostjo? Da bi razjasnili ta problem, recimo, da potisnete predmet, na primer kos kovine, na površino tal. Po potisku se kovina zaradi trenja upočasni in ustavi. Da se kovinski kosi premikajo dlje ali dlje, morate zgladiti površino tal in površino kovinske plošče. Če je površina tal gladka in ni trenja, se bo kovinska plošča še naprej premikala in se ne bo ustavila. Ali na kovinsko ploščo, ki se premika po površini popolnoma gladkih tal, ne deluje nobena sila? Na kovinske plošče delujeta sili, in sicer sila gravitacije in normalna sila. Obe sili delujeta v navpični smeri in ne vplivata na gibanje kovinskih plošč v vodoravni smeri, če so tla gladka.
Newtonov drugi zakon pravi, da če skupna sila, ki deluje na telo, ni enaka nič, potem telo pospeši. Velikost pospeška je sorazmerna z velikostjo skupne sile in obratno sorazmerna z maso telesa. Smer pospeška je enaka smeri skupne sile.
ΣF = ma
ΣF = skupna sila (kg m/s2), m = masa (kg), a = pospešek (m/s2)
Enačba 1.2 je matematična izjava iz Newtonovega drugega zakona.
Če je pospešek enak nič (a = 0), se enačba 1.2 spremeni v enačbo 1.1. Newtonov prvi zakon je torej poseben primer Newtonovega drugega zakona. Na podlagi enačbe 1.2 sklepamo, da je pospešek večji, večja kot je sila. Nasprotno, večja kot je masa, manjši je pospešek. Razmerje med silo, maso in pospeškom boste bolje razumeli, ko boste izvedli poskus na to temo.
Vzorec problema 1:
Določite velikost in smer pospeška teles na podlagi zgornje slike ...
rešitev:
ΣF = ma
4 kg m/s2 = (1 kg) a
a = 4 kg m/s2 : 1 kg = 4 m/s2
Velikost pospeška = 4 m/s2, smer pospeška v desno.
Vzorec problema 2:
Določite velikost in smer pospeška na podlagi zgornje slike …
rešitev:
ΣF = ma
4 kg m/s2 – 1 kg m/s2 = (1 kg) a
3 kg m/s2 = (1 kg) a
a = 3 kg m/s2 : 1 kg
a = 3 m/ s²
Velikost pospeška = 3 m/s2, smer pospeška v desno.
3.2.1 Teža (w)
Teža je sila gravitacije, ki deluje na masiran predmet.
ΣF = ma
w = mg
Enačba 1.3 je enačba za izračun teže predmeta.
w = teža (kg m/s2), m = masa (kg), g = gravitacijski pospešek (m/s2). Velikost gravitacijskega pospeška (g) na zemeljski površini je 9.8 m/s2Za poenostavitev izračunov je g zaokroženo na 10 m/s.2.
3.2.2 Normalna sila (N)
Normalna sila je sila, ki deluje na dva telesa, ki se dotikata drug drugega, pri čemer je smer normalne sile pravokotna na površino dotikalne ravnine.
Opazujte predmete, ki so še vedno nad površino mize. Na predmet deluje tudi sila gravitacije ali teže. Predmeti ne padajo prosto kot sadje, ki pada z drevesa, ker obstaja normalna sila. Teža (w) in normala (N) sta enaki, vendar nasprotni smeri, tako da je skupna sila na predmet nič.
ΣF = 0
S – š = 0
N = w
3.3 Newtonov tretji zakon
Newtonov tretji zakon pravi, da če telo 1 daje silo telesu 2, potem hkrati telo 2 daje silo telesu 1. Sile so enake, vendar imata nasprotno smer. Ena sila se imenuje akcija, druga pa reakcija.
F akcija = – F reakcija
Enačba 1.3 je matematična izjava iz Newtonovega tretjega zakona. Negativni predznak v enačbi 1.3 pojasnjuje smer sile.
Eksperimentirajte, da boste bolje razumeli Newtonov tretji zakon. Če imate rolko, potisnite steno, medtem ko stojite na rolki. Ko potisnete steno, se rolka premakne nazaj. Smer vaše sile je naprej, smer rolke pa nazaj.
To pomeni, da te tudi stena sili. Ko potisneš steno, te hkrati potisne tudi stena. Tvoja sila potiska deluje na steno, medtem ko sila potiska stene deluje nate. Obe sili delujeta v isti, vendar v nasprotnih smereh. Eno silo lahko imenujemo akcija, drugo pa reakcija.
Drug poskus, ki ga lahko izvedemo, je, da napihnemo gumijast balon in ko se gumijast balon razširi, ker je napolnjen z zrakom, ga spustimo. Po izpustu balon "leti". Smer gibanja balona je nasprotna smeri izstopa zraka iz balona. Kako to razložiti?
Ko se usta balona spustijo, balon potisne zrak ven. Hkrati zrak potiska tudi balon. Sila potiska zraka povzroči, da balon leti. Sila balona deluje med igranjem, sila zraka pa deluje na balon. Sili sta enaki, vendar imata nasprotno smer.
Opazujte sliko 2 in jo primerjajte s sliko 3. Normalna sila, ki deluje na predmet (N), je sila, ki jo daje ravna površina, kot je površina mize. Hkrati pa predmeti dajejo silo tudi površini mize (N '). Obe normalni sili (N in N') imata enako velikost, vendar sta v nasprotnih smereh in delujeta na različna predmeta. Za razliko od w in N, ki imata enako velikost in delujeta na isti predmet, sta torej N in N ' sili akcije in reakcije.
