A klasszikus mechanika alaptörvényeit Isaac Newton (1642-1727) gyűjtötte össze és publikálta 1687-ben. Három híres törvényt foglaltak bele a „Természetfilozófia matematikai alapelvei” című műbe.

Hosszú ideig ezt a világot mély sötétség borította
Legyen világosság, és akkor megjelent Newton.

(XVIII. századi epigramma)

De a Sátán nem várt sokáig a bosszúra -
Einstein jött, és minden olyan lett, mint régen.

(XX. századi epigramma)

Olvassa el, mi történt, amikor Einstein megjelent egy külön cikkben a relativisztikus dinamikáról. Addig is megfogalmazásokat és példákat adunk a problémák megoldására az egyes Newton-törvényekhez.

Newton első törvénye

Newton első törvénye kimondja:

Léteznek olyan referenciarendszerek, az úgynevezett inerciarendszerek, amelyekben a testek egyenletesen és egyenesen mozognak, ha nem hatnak rájuk erők, vagy más erők hatását kiegyenlítik.

Egyszerűen fogalmazva, Newton első törvényének lényege a következőképpen fogalmazható meg: ha egy szekeret tolunk egy teljesen sík úton, és elképzeljük, hogy figyelmen kívül hagyhatjuk a kerék súrlódási és légellenállási erőit, akkor az ugyanolyan sebességgel fog gurulni. végtelenül hosszú ideig.

Tehetetlenség- ez a test azon képessége, hogy a testre gyakorolt ​​hatások nélkül megtartsa a sebességet mind irányban, mind nagyságrendben. Newton első törvényét tehetetlenségi törvénynek is nevezik.

Newton előtt a tehetetlenség törvényét Galileo Galilei kevésbé világos formában fogalmazta meg. A tudós a tehetetlenséget „elpusztíthatatlanul bevésett mozgásnak” nevezte. Galilei tehetetlenségi törvénye kimondja: külső erők hiányában egy test vagy nyugalomban van, vagy egyenletesen mozog. Newton nagy érdeme, hogy a „Természetfilozófia matematikai alapelvei”-ben egyesíteni tudta Galilei relativitáselvét, saját munkáit és más tudósok munkáit.

Nyilvánvaló, hogy ilyen rendszerek, ahol a kocsit külső erők hatása nélkül tolták és gurították, valójában nem léteznek. Az erők mindig a testekre hatnak, és ezeknek az erőknek a hatását szinte lehetetlen teljesen kompenzálni.

Például a Földön minden állandó gravitációs mezőben van. Amikor mozogunk (nem számít, hogy gyalogolunk, autózunk vagy biciklizünk), sok erőt kell legyőznünk: gördülési súrlódást és csúszósúrlódást, gravitációt, Coriolis-erőt.

Newton második törvénye

Emlékszel a kosárral kapcsolatos példára? Ebben a pillanatban jelentkeztünk hozzá erő! Intuitív módon a kocsi gurul, és hamarosan megáll. Ez azt jelenti, hogy a sebessége megváltozik.

A való világban a test sebessége leggyakrabban változik, mintsem állandó marad. Más szóval, a test gyorsulással mozog. Ha a sebesség egyenletesen növekszik vagy csökken, akkor a mozgást egyenletesen gyorsítottnak mondjuk.

Ha egy zongora leesik a ház tetejéről, akkor a gravitáció miatti állandó gyorsulás hatására egyenletesen mozog g. Ráadásul bolygónkon minden ablakon kidobott íves tárgy ugyanolyan szabadesési gyorsulással fog mozogni.

Newton második törvénye megállapítja a kapcsolatot a tömeg, a gyorsulás és a testre ható erő között. Íme Newton második törvényének megfogalmazása:

Egy test (anyagpont) gyorsulása tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerben egyenesen arányos a rá kifejtett erővel és fordítottan arányos a tömegével.

Ha egy testre egyszerre több erő hat, akkor ebbe a képletbe behelyettesítjük az összes erő eredőjét, azaz vektorösszegét.

Ebben a megfogalmazásban Newton második törvénye csak a fénysebességnél jóval kisebb sebességű mozgásra alkalmazható.

Ennek a törvénynek van egy univerzálisabb megfogalmazása, az úgynevezett differenciális forma.

Bármilyen végtelenül rövid ideig dt a testre ható erő egyenlő a test lendületének időbeli deriváltjával.

Mi Newton harmadik törvénye? Ez a törvény a testek kölcsönhatását írja le.

Newton 3. törvénye azt mondja nekünk, hogy minden cselekvéshez van egy reakció. És szó szerinti értelemben:

Két test ellentétes irányú, de egyenlő nagyságú erőkkel hat egymásra.

Newton harmadik törvényét kifejező képlet:

Más szavakkal, Newton harmadik törvénye a cselekvés és a reakció törvénye.

Példa egy problémára a Newton-törvények felhasználásával

Itt van egy tipikus probléma a Newton-törvények használatával. Megoldása Newton első és második törvényét használja.

Az ejtőernyős kinyitotta az ejtőernyőjét, és állandó sebességgel ereszkedik. Mekkora a légellenállás ereje? Az ejtőernyős tömege 100 kilogramm.

Megoldás:

Az ejtőernyős mozgása egységes és egyenes vonalú, ezért szerint Newton első törvénye, a rá ható erők hatását kompenzálja.

Az ejtőernyősre a gravitáció és a légellenállás hat. Az erők ellentétes irányúak.

Newton második törvénye szerint, a gravitációs erő egyenlő a nehézségi gyorsulás és az ejtőernyős tömegének szorzatával.

Válasz: A légellenállás ereje egyenlő nagyságú a gravitációs erővel, és az ellenkező irányba irányul.

Apropó! Olvasóink most 10% kedvezményt kapnak

Íme egy másik fizikai probléma, amely segít megérteni Newton harmadik törvényének működését.

Egy szúnyog ütközött egy autó szélvédőjébe. Hasonlítsa össze az autóra és a szúnyogra ható erőket.

Megoldás:

Newton harmadik törvénye szerint az erők, amelyekkel a testek egymásra hatnak, egyenlő nagyságúak és ellentétes irányúak. A szúnyog által az autóra kifejtett erő megegyezik azzal az erővel, amelyet az autó a szúnyogra fejt ki.

A másik dolog az, hogy ezeknek az erőknek a testekre gyakorolt ​​hatása nagyon eltérő a tömegek és a gyorsulások különbségei miatt.

Isaac Newton: mítoszok és tények az életből

Fő művének megjelenésekor Newton 45 éves volt. Hosszú élete során a tudós óriási mértékben hozzájárult a tudományhoz, lefektette a modern fizika alapjait és meghatározta fejlődését az elkövetkező években.

Nemcsak mechanikát tanult, hanem optikát, kémiát és egyéb tudományokat is, jól rajzolt és verseket írt. Nem meglepő, hogy Newton személyiségét számos legenda övezi.

Az alábbiakban néhány tényt és mítoszt I. Newton életéből. Azonnal tisztázzuk, hogy a mítosz nem megbízható információ. Azonban elismerjük, hogy a mítoszok és legendák nem jelennek meg önmagukban, és a fentiek közül néhány igaznak bizonyulhat.

• Tény. Isaac Newton nagyon szerény és félénk ember volt. Felfedezéseinek köszönhetően megörökítette magát, de ő maga soha nem törekedett a hírnévre, sőt igyekezett elkerülni azt.
• Mítosz. Van egy legenda, amely szerint Newtonnak epifánia volt, amikor egy alma esett rá a kertben. Ez volt a pestisjárvány ideje (1665-1667), és a tudós kénytelen volt elhagyni Cambridge-et, ahol folyamatosan dolgozott. Nem tudni biztosan, hogy az alma leesése valóban ennyire végzetes esemény volt-e a tudomány számára, hiszen erről csak a tudós halála utáni életrajzaiban jelenik meg az első említés, és a különböző életrajzírók adatai eltérnek.
• Tény. Newton sokat tanult, majd dolgozott Cambridge-ben. Kötelessége miatt heti több órát kellett tanítania. A tudós elismert érdemei ellenére Newton óráit rosszul látogatták. Előfordult, hogy az előadásaira egyáltalán nem jött el senki. Valószínűleg ez annak a ténynek köszönhető, hogy a tudós teljesen elmerült a saját kutatásában.
• Mítosz. 1689-ben Newtont a cambridge-i parlamentbe választották. A legenda szerint a több mint egy éves parlamenti ülés alatt a mindig gondolataiba merült tudós csak egyszer vette át a szót. Kérte, hogy zárják be az ablakot, mert huzat van.
• Tény. Nem tudni, mi lett volna a tudós és az egész modern tudomány sorsa, ha hallgat anyjára, és a családi gazdaságban kezd gazdálkodni. Csak a tanárok és a nagybátyja rábeszélésének köszönhette, hogy az ifjú Isaac tovább tanult ahelyett, hogy répát ültetne, trágyát szórt a földekre, és esténként a helyi kocsmákban ivott.

Kedves barátaim, ne feledjétek - minden probléma megoldható! Ha problémái vannak egy fizikai probléma megoldásával, nézze meg az alapvető fizikai képleteket. Talán a válasz a szeme előtt van, és csak mérlegelnie kell. Nos, ha egyáltalán nincs ideje önálló tanulásra, egy speciális diákszolgálat mindig az Ön szolgálatában áll!

A legvégén javasoljuk, hogy nézzen meg egy videóleckét a „Newton törvényei” témában.

A klasszikus mechanika fő törvényei Newton három törvénye. Most részletesebben megvizsgáljuk őket.

Newton első törvénye

A megfigyelések és a tapasztalatok azt mutatják, hogy a testek csak akkor kapnak gyorsulást a Földhöz képest, azaz változtatják meg sebességüket a Földhöz képest, ha más testek hatnak rájuk.

Képzeljük el, hogy egy légpisztoly dugója egy visszahúzható dugattyúval összenyomott gáz hatására mozgásba lép, pl. Ez az erők egymás utáni láncolatát eredményezi:

A dugattyút mozgató erő => A dugattyúnak a hengerben lévő gázt összenyomó ereje => A dugattyút mozgató gáz ereje.

Ebben és más hasonló esetekben a sebességváltozás, i.e. a gyorsulás bekövetkezése más testek adott testére ható erők hatásának eredménye.

Ha a testre semmilyen erő nem hat (vagy az erők kompenzálódnak, pl.), akkor a test nyugalomban marad (a Földhöz képest), vagy egyenletesen és egyenesen mozog, azaz. gyorsítás nélkül.

Ez alapján sikerült megállapítani Newton első törvényét, amelyet gyakrabban tehetetlenségi törvénynek neveznek:

Vannak olyan tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerek, amelyekhez képest a test nyugalomban van (a mozgás speciális esete), vagy egyenletesen és egyenesen mozog, ha a testre nem hatnak erők, vagy ezeknek az erőknek a hatásait kompenzálják.

Ezt a törvényt egyszerű kísérletekkel szinte lehetetlen ellenőrizni, mert lehetetlen teljesen kiküszöbölni az összes környező erő hatását, különösen a súrlódást.

A testek mozgásának tanulmányozását célzó alapos kísérleteket először Galilei Galileo olasz fizikus hajtott végre az év végén. XVI és kora XVII században. Később ezt a törvényt Isaac Newton írta le részletesebben, ezért is nevezték el ezt a törvényt róla.

A testek tehetetlenségének ilyen megnyilvánulásait széles körben alkalmazzák a mindennapi életben és a technikában. Poros rongy megrázása, a hőmérő higanyoszlopának „ledobása”.

Newton második törvénye

Különféle kísérletek azt mutatják, hogy a gyorsulás egybeesik a gyorsulást okozó erő irányával. Ezért megfogalmazhatjuk a testre ható erők gyorsulástól való függésének törvényét:

Egy tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerben a tömeg és a gyorsulás szorzata egyenlő az eredő erővel (az eredő erő a testre ható erők geometriai összege).

A testtömeg ennek az összefüggésnek az arányossági együtthatója.A gyorsulás definíciója szerint () írjuk meg a törvényt más formában, illEkkor kiderül, hogy az egyenlőség jobb oldalán lévő számláló a lendület változása Δp, mivel Δ p=mΔv

Ez azt jelenti, hogy a második törvény a következőképpen írható fel:

Newton így írta le második törvényét.

Ez a törvény csak a fénysebességnél jóval kisebb sebességekre és inerciális referenciarendszerekre érvényes.

Newton harmadik törvénye

Amikor két test ütközik, megváltoztatják a sebességüket, azaz. Mindkét test kap gyorsulást. A Föld vonzza a Holdat, és görbe pályán mozog; viszont a Hold is vonzza a Földet (univerzális gravitáció).

Ezek a példák azt mutatják, hogy az erők mindig párban lépnek fel: ha az egyik test erővel hat a másikra, akkor a második test ugyanolyan erővel hat az elsőre. Minden erő kölcsönös természetű.

Ekkor megfogalmazhatjuk Newton harmadik törvényét:

A testek párban hatnak egymásra, egyenes vonal mentén, egyenlő nagyságú és ellentétes irányú erőkkel.

Ezt a törvényt gyakran nehéz törvénynek nevezik, mert... Nem értik ennek a törvénynek az értelmét. A jog könnyebb érthetősége érdekében ezt újrafogalmazhatjuktörvény ( "A cselekvés egyenlő a reakcióval") bekapcsolva « Az ellentétes erő egyenlő a ható erővel.", mivel ezek az erők különböző testekre vonatkoznak.

Még a testek esése is szigorúan betartja a reakció törvényét. Az alma azért találja el a Földet, mert vonzza a földgömb; De Pontosan ugyanolyan erővel vonzza magához az alma az egész bolygónkat.

A Lorentz-erő esetében Newton harmadik törvénye nem teljesül.

Newton a „Mathematical Principles of Natural Philosophy” című könyvében megfogalmazta a mechanika alapvető törvényeit.

Tehát arra a következtetésre juthatunk, hogy ez a három Newton-törvény a klasszikus mechanika alapja; és a törvények mindegyike a másikba következik.

Sir Isaac Newton arról híres, hogy 1666-ban találkozott egy hulló almával.

Ez természetesen fordulópontot jelentett munkásságában. De nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy Newton előtt és után is számos ötletre reflektált. Több mint 20 év telt el attól a pillanattól kezdve, hogy Newton megfigyelte az almát, a „Mathematical Principles of Natural Philosophy” című könyvének megjelenéséig.

Ahhoz, hogy megértsük, hogyan tette Newton észbontó felfedezéseit, tanulmányoznia kell szokásait az alma leesése előtt és után. A Royal Society of London jóvoltából ismertté vált Newton egyik legfontosabb szokása – hogyan olvasott. Például fontos oldalak sarkait hajtogatta.

A társaság könyvtárvezetője, Rupert Baker tréfásan visszaeső bűnelkövetőnek nevezte Newtont a könyvoldalak megrongálása terén.

A társaság gyűjteményében összesen négy könyv található a tudós személyes könyvtárából.

• Samuel Foster angol csillagász munkája: „Miscellanies, or Mathematical Lucubrations”, 1659.
• Értekezés a numizmatikáról 1700-ból.
• Alkímiával foglalkozó művek gyűjteménye 1610-ből.
• Nettesheimi Agrippa okkultizmusról és mágiáról szóló művei „A titkos filozófiáról” 1533.

Csak az első kapcsolódik közvetlenül Newton gravitációról szóló munkájához, így ez a könyvnégyes önmagában is csodálatos. Amint látjuk, Newton sokoldalú ember volt. Van Goghhoz és Einsteinhez hasonlóan ő is találhat összekötő szálat a látszólag független dolgok között, és felfedezhetett.

Ezenkívül Newtonnak egy egész rendszere volt, amellyel az oldalak sarkait hajtogatta. A tanulmányozáshoz Baker az „Isaac Newton's Library” című könyvet forgatta, amelyet 1978-ban adott ki John Harrison. Íme, mit találtak a kutatók.

Newton egy bizonyos módszerrel hajtogatott oldalakat

Az oldalakat általában a sarkok felfelé vagy lefelé forgatásával hajtják be. Newton tovább ment. Minden tudós összehajtott sarka egy adott szavára, kifejezésre vagy mondatra mutat a könyvben.

Newton közvetlenül a könyvben jegyzetelt

Ráadásul a jegyzetek hatalmasak voltak. Még csak jegyzeteknek sem nevezhetjük őket: ezek olyan érvek, amelyek eláraszthatják az oldal összes szabad helyét.

Newton nagyszerű munkát végzett a könyv leírásának összeállításában

Newton jegyzetei mellett indexeket és indexeket állított össze. Ugyanúgy néztek ki, mint most a tudományos publikációkban, betűrendben és tematikusak voltak. Minden pozíció után fel vannak sorolva azok az oldalszámok, amelyeken a szó szerepel. Képzeld el, milyen csodálatosan néznek ki az ilyen listák az oldalak hajtogatásának szokása mellett.

Newton nem félt elrontani a könyveket

Ne felejtsd el ezt az elvet. A könyvek javak, néha értékesek. Newton attitűdje azt mutatja, hogy a könyveket munkaeszközöknek fogta fel, amelyeket maximális kényelemmel kell használni, és ha kell, össze kell törni.

Ez azonban nem ok arra, hogy elrontsa a saját, vagy még inkább mások könyveit. De néhány Newton-módszert érdemes átvenni, nem gondolod?

A dinamika azt vizsgálja, hogy a mozgás miért így és nem másképp történik. A testekre ható erők érdeklik. A dinamikának direkt és inverz problémái vannak. Egyenes vonal - a mozgás ismert természete alapján határozza meg a testre ható összes erő eredőjét. Ennek a fordítottja a test mozgásának természetének meghatározása adott erők segítségével. Természetesen meg kell ismerkednünk az erő fogalmával, a tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerrel, a Newton-törvényekkel. De a dinamika minden alapjáról rendben. Ebben a cikkben megvizsgáljuk a dinamika alapvető törvényeit, és példát adunk egy probléma megoldására a dinamika alapjaiban.

Mi az erő, testvér?

A szépség szörnyű hatalom! És természetesen a hatalom az igazságban van, és egyesek számára a pénzben. De tudjuk, hogy ezek mind tévhitek és spekulációk. Az erő Newtonban van!

Az erő vektorfizikai mennyiség, a testek közötti kölcsönhatás intenzitásának kvantitatív mértéke.

Az SI erő mértékegysége a Newton. Egy Newton az az erő, amelyet egy kilogramm súlyú testre tudunk alkalmazni. Ugyanakkor egy másodperc alatt 1 m/s-kal megváltoztatja a test sebességét.

Előfordul, hogy egyszerre több erő hat a testre. Elvileg nincsenek olyan testek vagy tárgyak a világon, amelyekre egyáltalán ne hatna semmilyen erő. Ma reggel megyünk vizsgázni, és annyira szeretnénk, hogy ne érjen hozzánk semmilyen erő, és ne hagyjon békén... De nem. A gravitáció lenyom, a szél oldalra fúj, valaki más pimaszul betol a metróba. Ebben az esetben mindezek az erők egyként ábrázolhatók, de ugyanolyan hatásúak, mint mindenki más. A testre ható erők vektorösszegét nevezzük eredő erő.

Például az alábbi ábrán az eredő erő nulla, mert a hattyú és a csuka soha nem mozdította el sehova a szekeret.

Tömeg és súly

A tömeg egy skaláris additív fizikai mennyiség, amely a test tehetetlenségének mennyiségi mérőszáma, vagyis annak képessége, hogy állandó sebességet tartson fenn.

Az SI rendszerben kilogrammban mérik. Ha nem keresi az egyszerű utakat, és különösen extravagáns szeretne lenni, mérheti fontban, pudban és unciában.

Fontos! Ne keverje össze a testtömeget és a súlyt. Végül is a tömeg skaláris mennyiség, a súly pedig az az erő, amellyel a test egy támasztékra vagy felfüggesztésre hat. Más szavakkal, a tömeg mindig állandó marad, ez a test belső jellemzője. De a súly változhat. Például a holdtömeged eltér a földi súlyodtól, mert... A szabadesés gyorsulása a bolygókon eltérő.

Még mindig olvasol? Gratulálok, egyszerűen szuper vagy! Térjünk át Newton törvényeire, mert ha a dinamika alapjait vesszük figyelembe, lehetetlen figyelmen kívül hagyni őket. A Newton-törvények a dinamika alaptörvényei.

Newton első törvénye

Mint már tudjuk, a mozgás referenciarendszerben történik. Tehát vannak ilyen referenciarendszerek, amelyeket inerciálisnak (ISO) neveznek. Mit jelent ez? Ez is idealizálás, mint egy anyagi pont. Az ISO létezését Newton első törvénye feltételezi, amely lényegében ezt mondja ki:

Léteznek inerciálisnak nevezett vonatkoztatási rendszerek, amelyekben a testek egyenletesen és egyenesen mozognak, vagy nyugalomban vannak, ha nem hatnak rájuk erők, vagy más erők hatását kiegyenlítik (az eredő nulla).

Ha inerciális referenciakeretben 60 km/h sebességre gyorsítjuk az autót, figyelmen kívül hagyjuk a kerekek aszfaltra ható súrlódási erejét és a légellenállást, majd leállítjuk a motort, akkor az autó egyenes vonalban tovább gurul. 60 km/h sebességgel korlátlanul az út végéig.

Newton második törvényét a dinamika alaptörvényének is nevezik. A legegyszerűbb megfogalmazása a következő:

Az ISO-ban a test által elért gyorsulás egyenesen arányos a testre ható összes erő eredőjével, és fordítottan arányos a test tömegével.

Newton második törvényének egy másik megfogalmazása: egy anyagi pont impulzusának az időhöz viszonyított deriváltja egyenlő az anyagi pontra ható erővel. A lendület az impulzus mértéke, és egyenlő a tömeg és a sebesség szorzatával.

Valóban, emlékezzünk a kinematikára (a sebesség deriváltja egyenlő a gyorsulással), és írjuk fel:

Newton harmadik törvénye

Az ISO-ban a testek ugyanazon az egyenes vonalon fekvő, ellentétes irányú és nagyságrendű erőkkel hatnak egymásra.

Végül, mint mindig, most is adunk egy példát egy probléma megoldására a dinamika alapjairól.

Egy 5 kg tömegű tömböt vízszintes felületen egy kötéllel húznak végig, amely 30 fokos szöget zár be a vízszintessel. A kötél feszítőereje 30 Newton. 10 másodperc alatt egyenletesen felgyorsulva haladva a blokk sebességét 2 m/s-ról 12 m/s-ra változtatta. Határozza meg a súrlódási együtthatót a blokk és a sík között!

Rajzoljunk egy blokkot. Hatására a gravitációs erő, a támasz normál reakcióereje, a súrlódási erő és a kötél feszítő ereje hat. Feltételezzük, hogy a kötél nyújthatatlan. Először is megkeressük a blokk gyorsulását, majd kiszámítjuk az erők vízszintes tengelyre vetületét, és felírjuk Newton második törvényét.

A fizika dinamikájának alapjai nagyon fontosak a mozgás folyamatának megértéséhez. Ne feledje, barátaim, extrém körülmények között a foglalkozások mindig készen állnak arra, hogy támogassák Önt és csökkentsék tanulmányi terhelését. Sok sikert neked!

Fizika a bábuknak. 4. lecke. Dinamika

Ez az utolsó lecke a "Physics for Dummies" sorozatban, amely az ingyenes részben jelent meg. Következőtől a leckék közzététele ben folytatódik. Az ingyenes rovatban talán néha megjelennek a fizika bizonyos kérdéseivel foglalkozó cikkek.

Folytassuk a fizika "mechanika" szakaszának tanulmányozását. Megvizsgáltuk a kinematikát, amely, mint most már tudja, a mozgás kérdéseivel foglalkozik. Most már tudod, hogy a fizikai test képes önállóan mozogni anélkül, hogy bármilyen erőt kifejtenénk. De az egész vicc az, hogy a test nem tud magától elindulni. Csak folytatódhat. De ahhoz, hogy egy tárgy elkezdjen mozogni, vagy megváltoztassa a mozgás sebességét vagy irányát, valamilyen erőt kell rá hatni. Mindannyian nagyon jól tudják, milyen hatalom rejlik a mindennapi megértésben. De tudományos értelemben erő a tömeg és a gyorsulás szorzata. Nagyjából elmondható, hogy minden fizikai testnek van egy bizonyos tehetetlensége, ami megakadályozza, hogy megváltoztassa a mozgás sebességét vagy irányát. Ezt a tehetetlenséget nevezzük súly, minél nagyobb, annál nagyobb erőt kell alkalmazni ahhoz, hogy a test megváltoztassa mozgásának természetét. Így:

Ha a mozgás lineáris és egyenletes, jól tudjuk, hogyan kell mérni a sebességet: csak ostobán határozzuk meg, mennyit tett meg, és osszuk el az idővel. De mi a teendő, ha a mozgás felgyorsul? Itt is van kiút. Ha például ismerjük a kezdeti sebességet, akkor ki tudjuk számítani a gyorsulást is egy bizonyos idő alatt megtett út mentén. De a móka akkor kezdődik, amikor úgy döntünk, hogy mérjük az erőt. Most ismerjük a gyorsulást. Most meg kell találnunk a tömeget? Hogyan? Ossza el az erőt a gyorsulással? De vajon pontosan ezt szeretnénk tudni az erőről?

Ebben az esetben F t a gravitációs erő. Most egy kicsit előrébb jutok, és elmondok valamit a statika részből.

Szóval, valószínűleg tudod, mi az a tőkeáttétel? Képzeljünk el egy kart, amely egy húron van felfüggesztve, pontosan a közepén:

Szóval ezek mérlegek! - mondod. Teljesen helyes. Ez egy mérleg. Egyensúlyban vannak, ha a kar mindkét végére azonos erő hat. Most emlékezzünk rá, hogyan mérnek minket... kérdezd meg, hogyan mérnek minket a boltokban. A mérleg egyik oldalán a mérendő termék, a másikon az úgynevezett tömegmércék, vagy ahogy az emberek hívják, a súlyok. Tulajdonképpen távolságokat is mérünk - vonalzóval vagy mérőszalaggal. Általában a fizikában bármilyen változás a kívánt mennyiség összehasonlítása valamilyen mércével: legyen az távolság, idő, energia. Az idő mércéje például bármely folyamat időtartama. Például a Föld forgása a tengelye körül (nap), vagy a Nap körül (év). Az idő pontosabb mérése érdekében pontosabb etalonokat vesznek fel, például egy kvarc oszcillátor impulzusát vagy egy bizonyos radioaktív anyag felezési idejét.

És így a tömegekkel minden világos. Meg tudjuk mérni, ami azt jelenti, hogy a gyorsulás ismeretében az erőt nem olyan nehéz kiszámítani. De valójában az erőn is lehet változtatni. Hogyan? Nagyon egyszerű. Például vegyünk egy rugót és nyomjuk össze. A rugóra egy nyilat rögzítünk, amely az erő értékét mutatja. Már csak a mérleg kalibrálása van hátra. Hogyan kell ezt csinálni?

Ez is nagyon egyszerű. A rugót függőlegesen helyezzük el, és súlyokat szerelünk rá. A súlyok tömegének ismeretében kiszámítjuk, hogy mekkora nehézségi erővel nyomják a rugót. Különböző tömegmércéket teszünk fel és jelöljük a skála felosztásait. És íme! A dinamométer készen áll. Ez nagyon egyszerű.

Az erőt Newtonban mérik. N betűvel jelölve. 1 N=1 kg m/s 2. Az erő kilogrammban is mérhető. Megjelölt kgf vagy kg. 1 kgf

≈ 9,8 N (1 kg-szor g).

Így most már kiszámíthatjuk az a=2*400 2 /0,7=457143 m/s 2 gyorsulást.

Most megtaláljuk az erőt: F=457143*0,007 ≈ 3200 N. Körülbelül ezzel az erővel egy 320 kg súlyú súlyzó nyomódik a talajon.

Most, mivel erőkről beszélünk, tanulmányozzuk az úgynevezett Newton-törvényeket. Azért hívták így, mert Newton felfedezte ezeket a törvényeket.

És hát itt vannak:

Newton első törvénye. Tudományosan ez így hangzik:

Léteznek olyan, inerciálisnak nevezett referenciarendszerek, amelyekhez képest az anyagi pontok, amikor nem hatnak rájuk erők (vagy kölcsönösen kiegyensúlyozott erők hatnak rájuk), nyugalmi állapotban vagy egyenletes lineáris mozgásban vannak. Egyszerű szavakkal:

Ha egyetlen tárgyra (fizikai testre) sem hat erő, vagy az összes erő hatása kiegyenlíti egymást, akkor az ilyen tárgy (fizikai test) továbbra is egyenes vonalban mozog vagy nyugalomban van, amíg más erő nem hat rá.

Például, ha egy űrhajós kiment a világűrbe, és levál a hajóról, repülni fog, és ha nincs lekötve, akkor messzire repül az űrbe. Mi van, ha meg van kötve? Aztán megállítja a kábel feszültsége. Földi körülmények között minden ugyanaz. Csak itt a súrlódási erő akadályozza meg a mozgást. Például, ha felgyorsít egy autót, majd leveszi a lábát a gázpedálról, az elkezd megállni. Ha a féket is lenyomod, akkor gyorsabban megáll az autó. De ha az autó lefelé gurul, akkor már nem áll meg, hanem éppen ellenkezőleg, fel is veszi a sebességet. mert a gravitáció hat rá. Amint látjuk, itt is betartjuk Newton első törvényét.

Newton első törvénye. Newton második törvénye.

Léteznek olyan, inerciálisnak nevezett referenciarendszerek, amelyekhez képest az anyagi pontok, amikor nem hatnak rájuk erők (vagy kölcsönösen kiegyensúlyozott erők hatnak rájuk), nyugalmi állapotban vagy egyenletes lineáris mozgásban vannak. Inerciális vonatkoztatási rendszerben az állandó tömegű anyagi pont által felvett gyorsulás egyenesen arányos a rá ható összes erő eredőjével és fordítottan arányos a tömegével.

Ha egy tárgyra erő hat, az gyorsulással fog mozogni. Minél nagyobb az erő, annál nagyobb a gyorsulás. de ha a tárgynak nagy a tömege, akkor ez megakadályozza, hogy az erő felgyorsítsa azt. Tehát minél nagyobb a tömeg, annál kisebb a gyorsulás. Erről beszéltem az óra legelején. A gyorsulás meghatározásához el kell osztani az erőt a tömeggel. Ez a 4.1 képletből következik.

Newton első törvénye. Newton harmadik törvénye.

Léteznek olyan, inerciálisnak nevezett referenciarendszerek, amelyekhez képest az anyagi pontok, amikor nem hatnak rájuk erők (vagy kölcsönösen kiegyensúlyozott erők hatnak rájuk), nyugalmi állapotban vagy egyenletes lineáris mozgásban vannak. Az anyagi pontok kölcsönhatásba lépnek egymással azonos természetű erők által, amelyek az ezeket a pontokat összekötő egyenes mentén irányulnak, egyenlő nagyságúak és ellentétes irányúak.

Mondjuk ha a falat nyomod, akkor a fal ugyanúgy rád nyom. Ezért a fal nem mozdul el a helyéről - a cselekvési erő egyenlő a reakcióerővel. Minden logikusnak tűnik. Másrészt, ha túl erősen megnyomja a falat, az eltörik, és a darabjai mozogni kezdenek. Úgy tűnik, hogy itt Newton harmadik törvényét sértik? És általában felmerül a kérdés - hogyan mozoghatnak a testek általában, ha a cselekvési erő egyenlő a reakció erejével? Ekkor a dolgok logikája szerint minden erőnek ki kell egyensúlyoznia egymást, és a testek nem kezdhetnek el mozogni.

Gondoljuk végig, hogyan oldjuk fel ezt a paradoxont. Képzeljünk el két embert korcsolyán. Itt állnak a jégen. Aztán egymással szemben állva egymás kezét fogják. És lökdösik egymást. Mi fog történni? Korrodáltak! Vagyis a kezek fogási pontjához viszonyítva az eredő erő nulla. A korcsolyapályához képest pedig két különböző irányba irányított erőnk van, amelyek mozgatják a korcsolyázókat.

Most képzeljük el, hogy az egyik vastag, kövér, nehéz. A másik pedig vékony és könnyű. Egyforma erővel nyomják egymást. Ki fog gyorsabban menni? Természetesen, amelyik könnyebb, ez Newton második törvényéből következik.

Most egy újabb gondolatkísérlet. A korcsolyázók megunták az egymás lökdösődését, és külön utakon jártak. Egyikük a falhoz lépett és tolni kezdte. Mi fog történni? A fal mozdulatlan marad, és a korcsolyázó eltávolodik tőle. Íme az egyik módja annak, hogy elkezdj mozogni – elrugaszkodni valamitől.

Most képzeljük el, hogy ez nem egy ember korcsolyázik, hanem egy állvány, amelyre fegyver van felszerelve. Ebben a fegyverben az időzítőhöz csatlakoztatott automatikus ravaszt szolgál. Ketyeg az időzítő, közeleg az idő. Az automatika beindul, a töltényben lévő lőpor felrobban, és kilöki a golyót a csőből. Mi van a fegyverrel? És menni fog. Abba az irányba, ahol a golyó repült. Igen, igen, ez az egész szerkezet korcsolyákon fog átsuhanni a jégen. Általánosságban elmondható, hogy akiknek valaha is kellett lőniük, még légpuskával is, azok nagyon jól tudják, hogy lövéskor visszarúgás van, ezért nagyon erősen kell tartani a fegyvert.

Ugyanezt az elvet alkalmazzák a műholdak pályára juttatására és általában bármilyen űrrepülés során: az üzemanyag égéstermékei nagy sebességgel törnek ki a rakéta fúvókájából, ezzel ellentétes irányba tolva a rakétát. Így repül a rakéta. És nem csak egy rakéta. A modern repülőgépek ugyanezen az elven repülnek. Ezt a fajta mozgást ún sugárhajtás.És egy mintának engedelmeskedik a lendület megmaradásának törvénye. Tudományosan ez a törvény így hangzik: kimondja, hogy a rendszer összes testének impulzusainak vektorösszege állandó érték, ha a rendszerre ható külső erők vektorösszege nullával egyenlő. A lendület a tömeg és a sebesség szorzata, és p betűvel jelöljük.

Így a lendület megmaradásának törvénye matematikailag kifejezhető: ahol m k az űrhajós tömege, a k az űrhajós gyorsulása, m a az aszteroida tömege, a a az aszteroida gyorsulása. Az idő alattΔt az űrhajós sebességre tett szert a toΔt, aszteroida a a

Δt.

Más szóval, a (4.7) egyenlet mindkét oldalát megszorozhatjuk Δt-vel, ez nem változtat ezen részek egyenlőségén:

Egy másik fontos erőfajta a súrlódási erő. Ő az, aki földi körülmények között megállítja a mozgást, és a tárgyakat mozdulatlanságra kényszeríti. A súrlódási erőnek köszönhetően szilárdan állhatsz a lábadon, és nem eshetsz el. Szüntessük meg a súrlódási erőt, nos, vagy csökkentsük nagyon kicsi értékre pl jégen - és ennyi, csúszik és nem tud egy helyben állni. Sőt, mozgó test esetén a súrlódási erő a mozgás ellen irányul, ha pedig a test nyugalomban van, akkor arra az erőre irányul, amelyik arra törekszik, hogy a testet kimozdítsa egyensúlyából, de nem tudja. Ezt a statikáról szóló leckében részletesebben is megvizsgáljuk. Most már csak olyan fogalmakat kell néznünk, mint a munka, a hatalom és az energia.

A fizikában az erő és a test által ezen erő hatására megtett távolság szorzatát szokták ún gépészeti munka. A mechanikai munkát az A betű jelöli, és a képlet fejezi ki: Newton. Más szóval, egy száz wattos izzó másodpercenként annyi energiát fogyaszt, amennyi egy fizikai test 100 méteres elmozdításához szükséges 1 N erő hatására. Ez ugyanaz, mintha egy körülbelül 100 grammos terhet egy testre emelnénk. magassága 100 méter. Jellemző, hogy ennek az energiának csak nagyon kis része kerül közvetlenül a világításra. A maradék hőenergia formájában szétszóródik a térben. Ez az oka annak, hogy az izzólámpák a LED-ekkel és a különféle energiatakarékos lámpákkal ellentétben felmelegszenek. Nos, az áramellátással minden világos - ez az egységnyi idő alatt végzett munka vagy az egységnyi idő alatt elfogyasztott energia.