Newtonove prve zakonske formule, eksperimente in vaje

The Newtonov prvi zakon, znan tudi kot Zakon o Inerciji, Prvič ga je predlagal Isaac Newton, fizični, matematik, filozof, teolog, izumitelj in alkimist. Ta zakon določa naslednje: "Če predmet ni podvržen nobeni sili ali če se sile, ki delujejo na njem."

V tej izjavi je ključna beseda nadaljevati. Če se uresničijo prostori zakona, bo predmet nadaljeval s svojim gibanjem. Razen če se pojavi neuravnotežena sila in spremeni stanje gibanja.

Pojasnilo Newtonovega prvega zakona. Vir: Self Made.

To pomeni, da če se objekt v mirovanju nadaljuje v mirovanju, razen če ga iz tega stanja vzame sila. Pomeni tudi, da se bo, če se objekt premika s fiksno hitrostjo v ravni smeri, še naprej premikal tako. Se bo spremenil šele, ko bo zunanji agent na njem silovito in spremeni svojo hitrost.

[TOC]

Ozadje zakona

Isaac Newton se je rodil v Woolshorpe Manor (Združeno kraljestvo) 4. januarja 1643 in umrl v Londonu leta 1727.

Natančen datum, ko je sir Isaac Newton odkril svoje tri zakone o dinamiki, ni znan z gotovostjo, vključno s prvim zakonom. Znano pa je, da je bilo že dolgo pred objavo slavne knjige Matematična načela naravne filozofije, 5. julij 1687.

Slovar kraljeve španske akademije definira besedo inercija na naslednji način:

"V lasti organov ohranjanja statusa ali gibanja v počitku, če ne gre za delovanje sile".

Ta izraz se uporablja tudi za potrditev, da vsaka situacija ostane nespremenjena, ker ni bilo prizadevanja za to, da bi ga dosegli, zato ima včasih besedo inercija rutinsko konotacijo ali zanemarjanje.

Pred newtonsko vizijo

Pred Newtonom so bile prevladujoče ideje velikega grškega filozofa Aristotela, ki je trdil, da je za objekt ostati v gibanju. Ko bo sila prenehala, bo to storilo tudi gibanje. Ni tako, ampak še danes mnogi mislijo.

Galileo Galilei, sijajen italijanski astronom in fizik, ki je živel med letoma 1564 in 1642, je doživel in analiziral gibanje teles.

Eno od Galileovih opažanj je bilo, da telo, ki z določenim začetnim impulzom drsi na gladko in polirano površino, traja dlje, da se ustavi in ​​ima večjo pot v ravni črti, kolikor je trenje med telesom in površino nižje.

Očitno je, da je Galileo vodil idejo o inerciji, vendar ni oblikoval izjave tako natančne kot Newton.

Vam lahko služi: prevodno ravnovesje: pogoji, primeri, vaje

Tu je nekaj preprostih poskusov, ki jih lahko bralec izvede in potrjuje rezultate. Opazovanja bodo analizirana tudi v skladu z aristotelijskim pogledom na newtonsko gibanje in vizijo.

Poskusi o vztrajnosti

Eksperiment 1

Na tleh se promovira škatla in nato je gonilna sila suspendirana. Opažamo, da škatla potuje na majhno potovanje, dokler se ne ustavi.

Razlagamo prejšnji poskus in njegov rezultat, v okviru teorij pred Newtonom in nato po prvem zakonu.

V aristotelovski viziji je bila razlaga zelo jasna: škatla se je ustavila, ker je bila sila, ki se je premaknila, suspendirana.

V newtonski viziji se škatla na tleh/nadstropju ne more nadaljevati s hitrostjo, ki jo je imela v času, ko je bila sila suspendirana, ker je med tlemi in škatlo ne uravnotežena sila, zaradi česar se hitrost zmanjšuje, dokler ne zmanjša, dokler se ne zmanjša, dokler se ne zmanjša hitrost, dokler ne zmanjša hitrost Škatla se ustavi. To je sila trenja.

V tem poskusu prostori Newtonovega prvega zakona niso izpolnjeni, zato so se škatla ustavila.

Eksperiment 2 

Spet je škatla na tleh/tleh. Ob tej priložnosti se moč vzdržuje na škatli, tako da sila trenja kompenzira ali uravnotežena. To se zgodi, ko dobimo škatlo, da se nadaljuje stalno in v naravni smeri.

Ta eksperiment ne nasprotuje aristotelovski viziji gibanja: škatla se nenehno premika, ker je na njem sila.

Prav tako ne nasprotuje Newtonovemu pristopu, ker so vse sile, ki delujejo na škatlo, uravnotežene. Pa poglejmo:

• V vodoravni smeri je sila, ki se izvaja na škatli, enaka in smer v nasprotju s silo trenja med škatlo in tlemi.
• Potem je neto sila v vodoravni smeri enaka nič, zato polje ohranja svojo hitrost in smer.

Tudi v navpični smeri so sile uravnotežene, ker teža škatle, ki je sila, ki kaže navpično navzdol, natančno nadomesti kontaktna sila (ali normalno), ki jo tla izvajajo na škatli navpično navzgor.

Mimogrede, teža škatle je posledica gravitacijske privlačnosti zemlje.

Eksperiment 3

Nadaljujemo s škatlo, podprto na tleh. V navpični smeri so sile uravnotežene, to pomeni, da je neto navpična sila nič. Vsekakor bi bilo zelo presenetljivo, če bi se škatla premaknila.  Toda v vodoravni smeri je sila trenja.

Lahko vam služi: Mehanska prednost: formula, enačbe, izračun in primeri

Zdaj, za predpostavko o prvem zakonu Newtona, ki ga je treba izpolniti, moramo zmanjšati trenje na njegovo minimalno izražanje. To je mogoče doseči precej približno, če iščemo zelo gladko površino, na katero smo razpršili silikonsko olje.

Ker silikonsko olje zmanjšuje trenje skoraj na ničlo, tako da bo ta škatla ohranila svojo hitrost in smer z dolgim ​​odsekom.

To je isti pojav, ki se pojavlja z drsalcem na ledeni stezi ali z diskom za hokej na ledu, ko se vozijo in pustijo na svoj račun.

V opisanih situacijah, v katerih drgnjenje.

V aristotelovski viziji se to ne bi moglo zgoditi, saj se po tej naivni teori.

Ledeno površino lahko obravnavamo z zelo malo trenja. Vir: Pixabay.

Pojasnilo Newtonovega prvega zakona

Inercija in masa

Masa je fizična količina, ki označuje količino snovi, ki vsebuje telo ali predmet.

Masa je nato lastna lastnost snovi. Toda snov je sestavljena iz atomov, ki imajo maso. Masa atoma je koncentrirana v jedru. Protoni in nevtroni jedra praktično definirajo maso atoma in snovi.

Masa se običajno meri v kilogramih (kg), je osnovna enota mednarodnega sistema enot (SI).

Prototip ali referenca KG je platinast in iridijev valj, ki je shranjen v mednarodnem uradu za uteži in ukrepov v Sèvresu v Franciji, čeprav je bil v letu 2018 povezan s konstanto Planck in nova definicija začne veljati od 20. maja 2019.

No, zgodi se, da sta inercija in testo povezana. Večja masa, večja vztrajnost ima predmet. Glede na energijo je veliko težje ali drago spremeniti stanje gibanja bolj masivnega od drugega manj masivnega.

Primer

Na primer, veliko več moči in veliko več dela je potrebno za eno tono (1000 kg) od počitka kot drugi kilogram (1 kg). Zato se običajno reče, da ima prvi več vztrajnosti kot drugi.

Zaradi razmerja med inercijo in maso je Newton spoznal, da hitrost ni reprezentativna za stanje gibanja. Zato je določil znesek, znan kot količina gibanja tudi zagon to je označeno z besedilom str In je produkt mase m Za hitrost v:

Lahko vam služi: Grashof zakon: primeri, mehanizmi, primeri, aplikacije

 str = m v

Krepko v str in v v Navajajo, da gre za vektorske fizične količine, to je, da so količine z velikostjo, smer in pomenom.

Namesto mase m Gre za skalarno količino, ki je dodeljena številka, ki je lahko večja ali enaka nič, vendar nikoli negativna. Do sedanjosti v vesolju ni bilo najdenega predmeta negativne mase.

Newton je v skrajnost prinesel svojo domišljijo in abstrakcijo in določil klic Prosti delček. Delček je materialna točka. Se pravi, da je kot matematična točka, vendar z maso:

Prosti delček je tisti, ki je tako izoliran delček, tako daleč od drugega predmeta v vesolju, da nič ne more izvajati neke interakcije ali moči nad njim.

Kasneje je Newton določil inercialne referenčne sisteme, ki bodo tisti, v katerih se uporabljajo njihovi trije zakoni. Tu so definicije v skladu s temi koncepti:

Inercialni referenčni sistem

Vsak koordinatni sistem, povezan s prostim delcem ali ki se prenaša s konstantno hitrostjo glede na prosti delček, bo inercialni referenčni sistem.

Newtonov prvi zakon (zakon o vztrajnosti)

Če je delček prost, ima konstantno količino gibanja glede na inercialni referenčni sistem.

Newtonov prvi zakon in količina gibanja. Vir: Self Made.

Rešene vaje

Vaja 1

Hokejski album je 160 gramov na drsališču pri 3 km/h. Poiščite svojo količino gibanja.

Rešitev

Masa albuma v kilogramih je: M = 0.160 kg.

Hitrost v metrih nad sekundo: v = (3/3.6) M/S = 0.8333 m/s

Količina gibanja ali zagona P se izračuna na naslednji način: P = M*V = 0.1333 kg* m/s,

Vaja 2

Trenje na prejšnjem albumu se šteje. Vendar je znano, da na albumu delujeta dve sili: Teža diska in kontaktna sila ali normalno, da tla na njem izvajajo.

Izračunajte vrednost normalne sile v Newtonsu in njeno smer.

Rešitev

Ker se zagon ohrani, mora biti nastala sila hokejskega albuma nič. Točke teže navpično navzdol in v redu: p = m *g = 0.16 kg * 9.81 m/s²

Običajna sila mora nujno preprečiti težo, zato se mora navpično prijaviti navzgor in njegova velikost bo 1.57 n.

Zanimivi članki

Newtonovi zakonski primeri v resničnem življenju.

Reference

1. Alonso m., Finn e. Fizika zvezek I: Mehanika. 1970. Interameriški izobraževalni sklad s.Do.
2. Hewitt, str. Konceptualna fizikalna znanost. Peta izdaja. Pearson. 67-74.
3. Mladi, Hugh. Univerzitetna fizika s sodobno fiziko. 14. izd. Pearson. 105 - 107.