Pierwsze formuły, eksperymenty i ćwiczenia Newtona

Pierwsze prawo Newtona, znany również jako Prawo inercia, Po raz pierwszy zaproponowano Izaak Newton, fizyczny, matematyk, filozof, teolog, wynalazca i alchemika. To prawo określa: ”Jeśli obiekt nie zostanie poddany jakiejkolwiek sile lub jeśli siły, które działają na nim, zostaną odwołane do siebie, będą kontynuować poruszanie się ze stałą szybkością w linii prostej."

W tym instrukcji słowo kluczowe jest ciąg dalszy nastąpi. Jeśli pomieszczenia prawa zostaną spełnione, obiekt będzie kontynuowany z jego ruchem. Chyba że pojawia się niezrównoważona siła i nie zmienia stanu ruchu.

Wyjaśnienie pierwszego prawa Newtona. Źródło: Self Made.

Oznacza to, że jeśli obiekt jest w spoczynku, będzie kontynuowany w spoczynku, z wyjątkiem tego, że siła wyciąga go z tego stanu. Oznacza to również, że jeśli obiekt porusza się ze stałą prędkością w prostym kierunku, będzie nadal poruszał się. Zmieni się tylko wtedy, gdy agent zewnętrzny wykona na nim siłę i zmienia jego prędkość.

[TOC]

Tło prawa

Izaak Newton urodził się w Woolshorpe Manor (Wielka Brytania) 4 stycznia 1643 r. I zmarł w Londynie w 1727 r.

Dokładna data, w której Sir Isaac Newton odkrył, że trzy prawa dynamiki nie jest znane z pewnością, w tym pierwsze prawo. Ale wiadomo, że minęło na długo przed publikacją słynnej książki Matematyczne zasady filozofii naturalnej, 5 lipca 1687.

Słownik królewskiej akademii hiszpańskiej określa słowo bezwładność w następujący sposób:

"Należące do ciał utrzymywania ich statusu spoczynkowego lub ruchu, jeśli nie jest to dla działania siły".

Termin ten jest również używany do potwierdzenia, że ​​każda sytuacja pozostaje niezmieniona, ponieważ nie podjęto żadnego wysiłku w celu jej osiągnięcia, dlatego czasami słowo bezwładności ma rutynową konotację lub zaniedbanie.

Wizja przed newtonowską

Przed Newtonem dominującymi pomysłami były pomysły Wielkiego Greckiego Filozofa Arystotelesa, który twierdził, że aby obiekt pozostał w ruchu. Kiedy siła się przestanie, ruch też to zrobi. Nie tak, ale nawet dzisiaj wielu tak myśli.

Galileo Galilei, genialny włoski astronom i fizyk, który żył w latach 1564–1642, doświadczył i przeanalizował ruch ciał.

Jednym z obserwacji Galileo było to, że ciało, które przesuwa się po gładkiej i wypolerowanej powierzchni z pewnym początkowym impulsem, trwa dłużej i ma większą trasę w linii prostej, w zakresie, w jakim tarcie między ciałem a powierzchnią jest niższe.

Oczywiste jest, że Galileusz zarządzał ideą bezwładności, ale nie sformułował tak precyzyjnego stwierdzenia, jak Newton.

Może ci służyć: Bilans tłumaczeń: warunki, przykłady, ćwiczenia

Oto kilka prostych eksperymentów, które czytelnik może przeprowadzić i potwierdzić wyniki. Obserwacje zostaną również przeanalizowane zgodnie z arystotelesowskim poglądem na ruch i wizję Newtonian.

Eksperymenty dotyczące bezwładności

Eksperyment 1

Pudełko jest promowane na podłodze, a następnie siła napędowa jest zawieszona. Obserwujemy, że pudełko podróżuje małą podróż, aż się zatrzyma.

Interpretujmy poprzedni eksperyment i jego wynik, w ramach teorii przed Newtonem, a następnie zgodnie z pierwszym prawem.

W wizji arystotelesowskiej wyjaśnienie było bardzo jasne: pudełko zatrzymało się, ponieważ siła, która się poruszyła.

W newtonowskiej wizji pudełko na podłodze/podłodze nie może kontynuować poruszania się z prędkością, jaką miała w czasie zawieszenia siły, ponieważ między podłogą a pudełkiem jest siła nierówna, co powoduje spadek prędkości do czasu pudełko zatrzymuje się. To jest siła tarcia.

W tym eksperymencie pomieszczenia pierwszego prawa Newtona nie są spełnione, więc pudełko się zatrzymało.

Eksperyment 2 

Znowu jest to pudełko na podłodze/podłodze. Przy tej okazji wytrzymała się na pudełku, tak aby siła tarcia zrekompensowała lub zrównoważona. Dzieje się tak, gdy pudełko będzie kontynuować ciągłe i w prostym kierunku.

Ten eksperyment nie zaprzecza arystotelesowskiej wizji ruchu: pudełko porusza się ciągle, ponieważ wywierana jest na niego siła.

Nie jest też sprzeczne z podejściem Newtona, ponieważ wszystkie siły działające na pudełku są zrównoważone. Zobaczmy:

• W kierunku poziomym siła wywierana na pudełko jest taka sama, a kierunek sprzeczny z siłą tarcia między pudełkiem a podłogą.
• Wtedy siła netto w kierunku poziomym wynosi zero, dlatego pudełko utrzymuje swoją prędkość i kierunek.

Również w kierunku pionowym siły są zrównoważone, ponieważ waga pudełka, która jest siłą, która wskazuje pionowo w dół, jest dokładnie kompensowana przez siłę kontaktową (lub normalną), którą gleba wywiera na pudełko w górę.

Nawiasem mówiąc, waga pudełka jest spowodowana przyciąganiem grawitacyjnym Ziemi.

Eksperyment 3

Kontynuujemy pudełko obsługiwane na podłodze. W kierunku pionowym siły są zrównoważone, to znaczy, że siła pionowa netto wynosi zero. Z pewnością byłoby bardzo zaskakujące, gdyby pudełko się podniosło.  Ale w kierunku poziomym jest siła tarcia.

Może ci służyć: przewaga mechaniczna: wzór, równania, obliczenia i przykłady

Teraz, aby zostać spełnionym pierwszym prawem Newtona, musimy zmniejszyć tarcie do minimalnego wyrażenia. Można to osiągnąć w przybliżeniu, jeśli szukamy bardzo gładkiej powierzchni, na którą spryskaliśmy olej silikonowy.

Ponieważ olej silikonowy zmniejsza tarcie prawie do zera, więc gdy to pudełko jest poziomo, utrzyma swoją prędkość i kierunek przez długi odcinek.

Jest to to samo zjawisko, które występuje z łyżwiarzem na lodowym torze lub z lodowym dysku hokejowym, gdy zostaną napędzane i puszczą na własne konto.

W opisanych sytuacjach, w których śmieci.

W wizji arystotelesowskiej nie mogło się to zdarzyć, ponieważ zgodnie z tą naiwną teorią ruch występuje tylko wtedy, gdy na obiekcie występuje siła netto.

Powierzchnię lodu można rozważyć przy bardzo małym cieniu. Źródło: Pixabay.

Wyjaśnienie pierwszego prawa Newtona

Bezwładność i masa

Masa jest ilością fizyczną, która wskazuje ilość materii zawierającej ciało lub przedmiot.

Masa jest wówczas wewnętrzną właściwością materii. Ale materia składa się z atomów, które mają masę. Masa atomu koncentruje się w jądrze. To protony i neutrony jądra praktycznie definiują masę atomu i materii.

Masa jest ogólnie mierzona w kilogramach (kg), jest podstawową jednostką systemu jednostek międzynarodowych (SI).

Prototyp lub odniesienie KG to cylinder platyny i iridium, który jest przechowywany w Międzynarodowym Biurze Wagi i Środków w Sèvres we Francji, chociaż w 2018 r. Był powiązany ze stałą Plancka, a nowa definicja wchodzi w siłę od 20 maja 2019 r.

Zdarza się, że bezwładność i ciasto są powiązane. Większa masa, większa bezwładność ma obiekt. Zmiana energii jest o wiele trudniejsza lub droga pod względem energii.

Przykład

Na przykład, aby wziąć pudełko jednej tony (1000 kg) o wiele więcej siły i znacznie więcej pracy z odpoczynku niż inny jeden kilogram (1 kg). Dlatego zwykle mówi się, że pierwszy ma więcej bezwładności niż drugi.

Ze względu na związek między bezwładnością a masą Newton zdał sobie sprawę, że prędkość nie jest reprezentatywna dla stanu ruchu. Dlatego zdefiniował kwotę znaną jako ilość ruchu albo pęd to jest oznaczone tekstami P I jest to produkt masy M Dla prędkości v:

Może ci służyć: Grashof Law: przypadki, mechanizmy, przykłady, aplikacje

 P = M v

Odważne w P i w v Wskazują, że są to wektorowe wielkości fizyczne, to znaczy są wielkościami o wielkości, kierunku i znaczeniu.

Zamiast tego masa M Jest to wielkość skalarna, której przypisana jest liczba, która może być większa lub równa zero, ale nigdy ujemna. Aż do teraźniejszości nie znaleziono obiektu masy ujemnej we znanym wszechświecie.

Newton przekroczył swoją wyobraźnię i abstrakcję, definiując wezwanie Wolna cząstka. Cząstka jest punktem materialnym. To znaczy jest jak punkt matematyczny, ale z masą:

Wolna cząstka polega na tym, że cząstka, która jest tak izolowana, tak daleko od innego obiektu we wszechświecie, że nic nie może wywierać na nią interakcji lub siły.

Później Newton zdefiniował bezwładne systemy odniesienia, które będą tych, w których zastosowano ich trzy przepisy. Oto definicje zgodnie z tymi pojęciami:

System referencyjny bezwładności

Każdy układ współrzędnych powiązany z wolną cząsteczką, lub który jest przenoszony ze stałą prędkością w odniesieniu do wolnej cząstki, będzie systemem odniesienia bezwładności.

Pierwsze prawo Newtona (prawo bezwładności)

Jeśli cząstka jest wolna, ma stałą ilość ruchu w odniesieniu do systemu odniesienia bezwładnościowego.

Pierwsze prawo Newtona i ilość ruchu. Źródło: Self Made.

Rozwiązane ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Album hokejowy to 160 gramów na lodowisku przy 3 km/h. Znajdź swoją ilość ruchu.

Rozwiązanie

Masa albumu w kilogramach to: M = 0.160 kg.

Prędkość w metrach powyżej drugiej: v = (3/3.6) m/s = 0.8333 m/s

Ilość ruchu lub pędu p oblicza się w następujący sposób: p = m*v = 0.1333 kg* m/s,

Ćwiczenie 2

Tarcie na poprzednim albumie jest uważane za nieważne, więc pęd jest zachowany, podczas gdy nic nie zmienia prostego przebiegu albumu. Wiadomo jednak, że dwie siły działają na albumie: waga dysku i siła kontaktowa lub normalna, którą wywiera podłoga.

Obliczyć wartość siły normalnej w Newtons i jej kierunek.

Rozwiązanie

W miarę zachowania pędu, wynikowa siła na albumie hokejowym musi wynosić zero. Waga wagi w pionie i OK: p = m *g = 0.16 kg * 9.81 m/s²

Normalna siła musi koniecznie przeciwdziałać ciężarowi, więc musi się zarejestrować pionowo, a jej wielkość wyniesie 1.57 n.

Artykuły zainteresowane

Przykłady prawa Newtona w prawdziwym życiu.

Bibliografia

1. Alonso m., Finn e. Fizyka Tom I: Mechanika. 1970. Międzyamerykańskie fundusz edukacyjny.DO.
2. Hewitt, str. Konceptualna nauka fizyczna. PIĄTA EDYCJA. osoba. 67-74.
3. Młody, Hugh. Fizyka uniwersytecka z nowoczesną fizyką. 14. edycja. osoba. 105 - 107.