חוקי ניוטון "קלים להבנה"
לחקר התנועה משמשים בסיס חוקי ניוטון. בו נוצרים היחסים בין תנועות לכוחות.
בחוקים אלה מוסברות תופעות הטבע ביחס לתנועה. בהתבוננות בטבע, הושג עקרון האינרציה, כאשר התבוננו כי גופים הנמצאים בתנועה מקיימים אותו מעצמם מבלי שנדחף על ידי איש.
ניתן להתגבר על האינרציה של גוף על ידי הפעלת כוח עליו, הגוף מציג תאוצה. החוק השני קובע את מערכת היחסים לקביעת התאוצה שגוף חווה תחת פעולת כוח.
להיות ה שלושת החוקים של ניוטון, בסיסי המכניקה, נחשפים באופן פשוט את העקרונות הללו: של אינרציה, של מסה ועקרון הפעולה והתגובה, עם תרגילים קלים להבנה.
מושגים בסיסיים "להבנת חוקי ניוטון"
מסה:
מסת הגוף היא כמות החומר המרכיבה אותו. הוא נמדד בק"ג (ק"ג) או קילוגרמים (lb). [1]
תנועה
שינוי עמדת גוף, ביחס למערכת התייחסות. [שתיים]
תנועת קו אחידה:
זו אותה תנועה של גוף במהירות קבועה (גודל וכיוון), עם דרך ישרה. [3]. ראה איור 1.
תְאוּצָה:
שינוי במהירות של אובייקט ליחידת זמן.
כוח:
פעולה שמפעיל גוף אחד על גוף אחר ומייצרת תנועה או דפורמציה.
החוק הראשון של ניוטון "עקרון האינרציה"
אינרציה היא המאפיין של החומר, שעל פיו, אם גוף נמצא בתנועה, הוא נוטה להמשיך לנוע, אם הוא נמצא במנוחה הוא נוטה להישאר במנוחה. ראה איור 2. ככל שמסתו של גוף גדול יותר כך האינרציה שלו גדולה יותר.
עקרון האינרציה, שקבע אייזק ניוטון, מניח זאת "אם שום כוח לא פועל על גוף, או כמה כוחות שמבטלים זה את זה פועל, הגוף נמצא במנוחה או בתנועה ישר ישר.". [4]. ראה איור 3.
התחושה הלא נעימה בבטן שמרגישים כשמעלית מתחילה בפתאומיות, נובעת מאינרציה, מהתנגדות הגוף לנוע. האינרציה נצפית גם כאשר נהג הרכב מאיץ ונוסעי הרכב נוטים לאחור, אם הנהג בולם פתאום, הנוסעים רוכנים קדימה, נוטים להמשיך בתנועה שהייתה להם.
החוק השני של ניוטון "עקרון המיסה"
כדי להתגבר על האינרציה של גוף, ניתן להפעיל כוח. החוק השני של ניוטון קובע את הקשר בין הכוח המופעל, מסת האובייקט והתאוצה שהוא רוכש.
באיור 4 יש לך שני סוסים המפעילים את אותו כוח על עגלה, אך בעגלה מימין יש יותר מסה, כך שהעגלה תנוע לאט יותר, עם פחות תאוצה.
באיור 5 ישנן שתי עגלות בעלות המסה זהה. כוח רב יותר מופעל על העגלה מימין מכיוון שיש לה שני סוסים, כך שהעגלה תנוע בתאוצה גדולה יותר מזו שמשמאל.
האם החוק השני של ניוטון קובע זאת "התאוצה שגוף רוכש, תחת פעולת כוח, היא ביחס ישר לכוח ביחס הפוך למסתו". ראה איור 6.
תרגיל 1 איזו תאוצה רוכשת המכונית הכחולה באיור 7 כאשר היא נמשכת בכוח של 2000 N? מכונית משקל של 1.000 ק"ג.
פתרון:
החלת החוק השני של ניוטון, התאוצה היא המנה בין הכוח המופעל למסת המכונית
כך למכונית תהיה תאוצה של 2 מ '/ s2. בכל שנייה שעוברת, המהירות שלה תגדל ב -2 מטר לשנייה.
משקל של אובייקט
משקלו של גוף הוא הכוח שבעזרתו כדור הארץ מושך אותו אליו. אם אובייקט נשמט בחופשיות, הוא רוכש תאוצה של כ- 9,81 m / s2, המכונה "האצת כוח הכבידה (g)".
משקל הוא כוח המופנה תמיד לקרקע. על פי החוק השני של ניוטון, הוא ניתן על ידי: משקל = מ"ג
בכל מקום על פני כדור הארץ מסת הגוף זהה, היא אינה משתנה, אולם תאוצת הכבידה משתנה מנקודה אחת לאחרת על פני כדור הארץ, ולכן המשקל משתנה גם כן. הסיבה לכך היא שכדור הארץ מתנהג כאילו כל כוח המשיכה שלו נצבר במרכזו, ככל שקרוב יותר למרכז הוא ממוקם, כך כוח המשיכה גדול יותר, כך המשקל גדול יותר. ראה איור 8.
תרגיל 2 מהי המסה של אישה במשקל 600 N?
פתרון
כדי לקבוע את משקלו של גוף, החוק השני של ניוטון מוחל, כפי שמוצג באיור 9.
תרגיל 3 קבע את משקלו של אדם שמסתו הוא 70 קילוגרם, כאשר הוא ממוקם ב:
א) הים. בגובה פני הים תאוצת הכבידה היא g = 9,81 m / s2
ב) בקוטב הצפוני, שם הכובד הוא g = 9,83 m / s2
ג) בקו המשווה, עם g = 9,78 m / s2
פתרון
איור 10 מציג את חישוב משקל האדם בגובה פני הים, בקוטב הצפוני ובקו המשווה. מכיוון שכוח המשיכה שונה, המשקולות שונות, אך המסה נשארת קבועה.
החוק השלישי של ניוטון "עקרון פעולה ותגובה"
החוק השלישי של ניוטון קובע זאת "בכל פעם שגוף מפעיל כוח (פעולה) על גוף אחר, הוא מגיב בכוח שווה והפוך המופעל על הגוף הראשון". [5].
באיור 11 ניתן לצפות בעקרון זה: כאשר אדם על סירה A דוחף את הסירה B. בעזרת המשוט, סירה B נעה ימינה, בעוד שסירה A נעה שמאלה בכוח התגובה של סירה B בסירה A.
תרגיל 4 קבע את הכוח בו דוחף השולחן את הספר.
פתרון:
על פי חוק פעולה ותגובה (החוק השלישי של ניוטון), הכוח שמפעיל הספר על השולחן זהה לכוח שמפעיל השולחן על הספר, רק שהוא בכיוון ההפוך. מכיוון שגודל הכוחות הוא באותו גודל, אך בכיוון ההפוך, סכום הכוחות הוא אפס והספר נשאר במנוחה (החוק הראשון של ניוטון). ראה איור 13.
מסקנות:
El principio de inercia establece las relaciones entre los movimientos y las fuerzas que se aplican sobre un cuerpo. Si la fuerza es nula, el movimiento es rectilíneo y uniforme, o el cuerpo se mantiene en reposo. Si la fuerza sobre el cuerpo no es nula hay una aceleración (cambio de velocidad).
El principio de masa, la segunda Ley de Newton, establece la relación entre la fuerza aplicada, la masa del objeto y la aceleración que experimenta. La aceleración es directamente proporcional a la fuerza aplicada, e inversamente proporcional a la masa del cuerpo.
El principio de acción y reacción, o tercera Ley de Newton, enuncia que la fuerza ejercida de un cuerpo A sobre un cuerpo B, es igual en magnitud y opuesta en dirección a la ejercida por el cuerpo B sobre el cuerpo A.