Мақолаи физика дар бораи қонунҳои Нютон
Пендахулуан
Физика як соҳаи илми табиатшиносӣ аст, ки падидаҳо ва рафтори коинотро тавассути мушоҳида, андозагирӣ ва таҳияи қонунҳои умуман татбиқшаванда меомӯзад. Яке аз асосҳои асосии физикаи классикӣ Қонунҳои ҳаракати Нютон мебошад. Ин қонунҳо аз ҷониби сэр Исаак Нютон дар асри 17 таҳия шудаанд ва ҳамчун асос барои фаҳмидани тарзи ҳаракати объектҳо ва таъсири қувваҳо ба тағйирот дар ин ҳаракат хизмат мекунанд. Сарфи назар аз пайдоиши нисбияти муосир ва механикаи квантӣ, Қонунҳои Нютон барои шарҳи падидаҳои гуногуни ҳаррӯза, махсусан дар миқёси объектҳое, ки бо суръати хеле камтар аз суръати рӯшноӣ ҳаракат мекунанд, хеле муҳим боқӣ мемонанд.
Қонунҳои Нютон на танҳо маҷмӯи формулаҳо, балки чаҳорчӯбаи илмӣ барои тафаккур дар бораи робитаи байни қувва, масса ва шитоб мебошанд. Татбиқи онҳо васеъ буда, аз ҳисоб кардани ҳаракати воситаҳои нақлиёт ва тарҳрезии пул то таҳлили варзиш ва ҳатто технологияи ҳавопаймоӣ ва кайҳонӣ иборат аст. Дар ин мақола се қонуни Нютон, мафҳумҳои қувва ва масса ва мисолҳои татбиқи онҳо дар ҳаёти ҳаррӯза ба таври систематикӣ баррасӣ карда мешаванд.
Мафҳумҳои асосӣ: Қувва, Масса ва Ҳаракат
Пеш аз муҳокимаи се қонуни Нютон, фаҳмидани мафҳумҳои асосии дахлдор муҳим аст. Қувва тела ё кашидан аст, ки метавонад ҳолати ҳаракати объектро тағйир диҳад. Қувва ҳам бузургӣ ва ҳам самт дорад, ки онро миқдори векторӣ мегардонад. Воҳиди қувва дар системаи SI Нютон (N) мебошад, ки ҳамчун қуввае, ки барои додани шитоби 1 м/с² ба массаи 1 кг лозим аст, муайян карда мешавад.
Масса ченаки инерсияи объект аст, яъне майли он барои нигоҳ доштани ҳолати ҳаракати худ. Ҳар қадар массаи объект зиёд бошад, суръат гирифтан ё қатъ кардани он ҳамон қадар душвортар аст. Масса аз вазн фарқ мекунад. Вазн қувваи ҷозибаест, ки ба объект таъсир мерасонад ва аз ин рӯ, аз шитоби маҳаллии ҷозиба вобаста аст.
Ҳаракат дар физика одатан тавассути миқдори мавқеъ, суръат ва шитоб омӯхта мешавад. Суръат нишон медиҳад, ки мавқеъ нисбат ба вақт чӣ қадар зуд тағйир меёбад, дар ҳоле ки шитоб тағйирёбии суръатро дар як воҳиди вақт нишон медиҳад. Қонунҳои Нютон қувваро бо шитоб пайваст мекунанд ва бо ин роҳ байни сабаб (қувва) ва натиҷа (тағйирёбии ҳаракат) пул фароҳам меоранд.
Қонуни якуми Нютон (Қонуни инерсия)
Дар Қонуни якуми Нютон гуфта мешавад: "Агар қувваи умумии таъсиркунанда ба он сифр бошад, ҷисм дар ҳолати оромӣ мемонад ё дар хати рост бо суръати доимӣ ҳаракат мекунад." Ин маънои онро дорад, ки агар ягон қувваи умумии таъсиркунанда ба ҷисм вуҷуд надошта бошад, ҷисм тағирёбии суръатро эҳсос намекунад.
Мафҳуми калидии ин қонун инерсия аст. Инерсия шарҳ медиҳад, ки чаро мусофирони мошин ҳангоми тормоз кардани ногаҳонии мошин ба пеш тела дода мешаванд. Ҳангоми суст шудани суръати мошин, бадани мусофир аз сабаби инерсия ҳаракати худро нигоҳ медорад. Аз ин рӯ, камарбандҳои бехатарӣ хеле муҳиманд, зеро онҳо қувваеро ба вуҷуд меоранд, ки баданро аз идомаи ҳаракати пеш бозмедорад.
Мисоли дигар ашёе дар рӯи миз аст. Ҷисм дар ҳолати оромӣ мемонад, зеро ягон қувваи уфуқӣ вуҷуд надорад, ки онро ҳаракат диҳад; қувваи ҷозиба ба поён ва қувваи болоравии миз якдигарро мувозинат мекунанд, аз ин рӯ қувваи натиҷавӣ сифр аст. Ҳамин тариқ, қонуни аввал таъкид мекунад, ки тағирот дар ҳаракат танҳо дар сурате рух медиҳад, ки қувваи натиҷавии ғайрисифрӣ вуҷуд дошта бошад.
Қонуни дуюми Нютон (робитаи байни қувва, масса ва шитоб)
Қонуни дуюми Нютон асоси механикаи классикӣ буда, мегӯяд: "Шитоби ҷисм ба қувваи ба он таъсиркунанда мутаносиб ва ба массаи он баръакс мутаносиб аст." Аз нигоҳи математикӣ, он чунин тартиб дода мешавад:
ΣF = m · a
Дар ин ҷо, ΣF қувваи натиҷавӣ (N), m масса (кг) ва a шитоб (m/s²) аст. Ин формула ду нуктаи муҳимро нишон медиҳад. Аввалан, ҳар қадар қуввае, ки ба объекти дорои массаи доимӣ татбиқ мешавад, ҳамон қадар шитоби натиҷавӣ зиёдтар мешавад. Дуюм, барои ҳамон қувва, объекти дорои массаи калонтар шитоби камтарро аз сар мегузаронад.
Масалан, тела додани аробаи холӣ нисбат ба тела додани аробаи пур осонтар аст. Аробаи пурра массаи бештар дорад, аз ин рӯ, шитоб барои ҳамон қувваи теладиҳӣ хурдтар аст. Мисолҳои варзишӣ низ равшананд: суръат гирифтани тӯби теннис нисбат ба тӯби боулинг осонтар аст, зеро массаи он хеле хурдтар аст.
Қонуни дуюми Нютон инчунин ба таҳлили қувваҳои таъсиррасон ба объект, ба монанди соиш, шиддат дар ресмон, қувваи пружинӣ ва қувваи ҷозиба, кӯмак мекунад. Ҳангоми ҳалли масъалаҳо, одатан диаграммаи ҷисми озод барои харитасозии ҳамаи қувваҳои амалкунанда истифода мешавад, то қувваи ҳосилшуда дуруст ҳисоб карда шавад.
Қонуни сеюми Нютон (амал ва реаксия)
Дар Қонуни сеюми Нютон гуфта мешавад: "Барои ҳар як амал, аксуламали баробар ва муқобил вуҷуд дорад." Ин маънои онро дорад, ки агар объекти А ба объекти В қувва таъсир расонад, пас объекти В ба объекти А қувваи баробар, вале дар самти муқобил таъсир мерасонад.
Ин қонун аксар вақт нодуруст фаҳмида мешавад, зеро одамон фикр мекунанд, ки амал ва аксуламал якдигарро бекор мекунанд. Дар асл, ин ду қувва ба ду ашёи гуногун таъсир мерасонанд, аз ин рӯ онҳо якдигарро дар як ашё бекор намекунанд. Масалан, вақте ки шахс дар рӯи фарш меистад, пойҳояш қувваи поёнро ба фарш (амал) равона мекунанд ва фарш қувваи муқаррарии болоро ба пойҳояш (аксуламал) равона мекунад. Азбаски қувваи аксуламал аз фарш ба қадри кофӣ калон аст, ки вазни онҳоро мувозинат кунад, шахс метавонад бе афтидан истода истад.
Мисоли дигари хеле маъруф ҳаракати мушак аст. Мушак газро бо суръати баланд (амал) ба қафо мепартояд, сипас газ ба мушак тела медиҳад (реаксия) ва мушакро ба боло тела медиҳад. Ҳамин принсип ба пуфаки бебанд низ дахл дорад: ҳаво ба як самт мебарояд ва пуфак ба самти муқобил тела дода мешавад.
Татбиқи қонунҳои Нютон дар ҳаёти ҳаррӯза
Қонунҳои Нютонро дар бисёр фаъолиятҳо пайдо кардан мумкин аст. Дар нақлиёт, тарҳрезии воситаи нақлиёт қувваҳои гуногунро ба монанди қувваи муҳаррик, муқовимати ҳаво ва соиши чархҳо ба назар мегирад. Ҳангоми гардиши воситаи нақлиёт, барои нигоҳ доштани роҳи даврии воситаи нақлиёт қувваи марказгурез лозим аст; агар соиш нокифоя бошад, воситаи нақлиёт метавонад лағжад.
Дар муҳандисӣ, сохтмони биноҳо ва пулҳо таҳлили мувозинати қувваро талаб мекунад (Қонуни якуми Нютон). Сохторҳо бояд тавре тарҳрезӣ шаванд, ки қувваҳо ва моментҳои бадастомада дар нуқтаҳои мушаххас боиси фурӯпошӣ нашаванд. Дар технологияи таҷҳизоти вазнин, Қонуни дуюми Нютон барои муайян кардани қуввае, ки барои мошин барои бардоштани ё ҳаракат додани бори мушаххас лозим аст, истифода мешавад.
Дар варзиш, варзишгарон қонуни амал-реаксияро истифода мебаранд. Даванда ба замин тела медиҳад, ки давандаро ба пеш тела медиҳад. Шиновар ба об тела медиҳад, ки шиноварро ба пеш тела медиҳад. Ҳар қадар қувваи теладиҳанда самараноктар бошад, ҳамон қадар шитоби натиҷа зиёдтар мешавад.
Маҳдудиятҳои қонунҳои Нютон
Гарчанде ки қонунҳои Нютон хеле муфиданд, онҳо маҳдудиятҳо доранд. Онҳо барои объектҳои макроскопӣ дар суръати паст дақиқтаранд. Дар суръатҳое, ки ба суръати рӯшноӣ наздик мешаванд, назарияи нисбии Эйнштейн дақиқтар мешавад, зеро масса ва вақти муассир дигар мутлақ нестанд. Дар миқёси атомҳо ва зарраҳои субатомӣ, механикаи квантӣ зарур аст, зеро рафтори зарраҳоро танҳо бо қувваҳо ва траекторияҳои классикӣ шарҳ додан мумкин нест.
Аммо, барои аксари мушкилоти ҳаррӯза ва бисёр замимаҳои муҳандисӣ, Қонунҳои Нютон то ҳол равиши асосӣ мебошанд, зеро онҳо содда, амалӣ ва нисбатан дақиқ мебошанд.
Хулоса
Қонунҳои Нютон асоси муҳиме дар физикаи классикӣ мебошанд, ки робитаи байни қувва ва ҳаракатро шарҳ медиҳанд. Қонуни якуми Нютон изҳор медорад, ки агар қувваи натиҷавӣ сифр бошад, ҷисм ҳолати ҳаракати худро нигоҳ медорад. Қонуни дуюми Нютон шарҳ медиҳад, ки шитоб ба қувваи натиҷавӣ мустақиман мутаносиб ва ба масса баръакс мутаносиб аст, ки онро ҳамчун ΣF = m·a ифода мекунад. Қонуни сеюми Нютон принсипи амал-реаксияро таъкид мекунад, ки ҳар як қувва ҳамеша шарики андозаи баробар ва самти муқобил дорад.
Бо дарки ин се қонун, мо метавонем доираи васеи падидаҳои табиӣ ва технологӣ, аз ҳаракати оддӣ дар ҳаёти ҳаррӯза то тарҳрезии мошинҳо ва воситаҳои нақлиётро таҳлил кунем. Сарфи назар аз маҳдудиятҳои онҳо дар шароити шадид, Қонунҳои Нютон аҳамияти худро нигоҳ медоранд ва яке аз бузургтарин дастовардҳои таърихи илм мебошанд.
-
Агар шумо хоҳед, ман метавонам рӯйхати адабиёт, пешгуфтор илова кунам ё версияи "формати мактабӣ"-ро (бо замина, баёни мушкилот, ҳадафҳо, муҳокима ва хулоса) эҷод кунам.
