กฎหมายของนิวตัน กฎหมายที่สองของนิวตัน กฎของนิวตัน - การกำหนด

การศึกษาปรากฏการณ์ของธรรมชาติบนพื้นฐานของการทดลองเป็นไปได้เฉพาะเมื่อมีการสังเกตทุกขั้นตอน: การสังเกตสมมุติฐานการทดลองทฤษฎี การสังเกตจะช่วยให้สามารถระบุและเปรียบเทียบข้อเท็จจริงสมมติฐานทำให้สามารถให้คำอธิบายทางวิทยาศาสตร์อย่างละเอียดที่ต้องมีการยืนยันผลการทดลอง สังเกตการเคลื่อนไหวของร่างกายนำไปสู่ข้อสรุปที่น่าสนใจ: การเปลี่ยนแปลงความเร็วของร่างกายเป็นไปได้ภายใต้อิทธิพลของร่างกายอื่นเท่านั้น

ตัวอย่างเช่นถ้าคุณรีบวิ่งขึ้นบันไดคุณก็ต้องคว้าราง (ทิศทางการเปลี่ยนแปลง) หรือปิด (โดยการเปลี่ยนความเร็ว) เพื่อหลีกเลี่ยงการชนกับผนังด้านตรงข้าม

สังเกตการณ์ของปรากฏการณ์ที่คล้ายกันนำไปสู่การสร้างส่วนของฟิสิกส์ที่ศึกษาสาเหตุของการเปลี่ยนแปลงในความเร็วของร่างกายหรือการเสียรูปของพวกเขา

พื้นฐานของการพลวัต

ตอบคำถามศักดิ์สิทธิ์ว่าเหตุใดร่างกายจึงเคลื่อนที่ในลักษณะนี้หรืออีกทางหนึ่งหรืออยู่ในช่วงหยุดเรียกว่า dynamics

ให้เราพิจารณาสถานะของการพักผ่อน จากแนวคิดเรื่อง สัมพัทธภาพของการเคลื่อนที่ เราสามารถสรุปได้ว่าไม่สามารถมีร่างกายที่เคลื่อนที่ไม่ได้ วัตถุใด ๆ ที่เป็นวัตถุกับอวัยวะอ้างอิงตัวหนึ่งจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกัน ตัวอย่างเช่นหนังสือที่วางอยู่บนโต๊ะถูกกำหนดเทียบกับตาราง แต่ถ้ามองไปที่ตำแหน่งที่สัมพันธ์กับคนที่ผ่านไปเราจะสรุปได้อย่างชัดเจนว่าหนังสือเล่มนั้นกำลังเคลื่อนที่อยู่

ดังนั้นกฎของการเคลื่อนไหวของร่างกายจะได้รับการพิจารณาในกรอบอ้างอิงเฉื่อย มันคืออะไร?

เฉื่อยคือกรอบอ้างอิงที่ร่างกายอยู่หรือดำเนินการ เคลื่อนไหว เหมือนกันและเป็น เส้นตรง หากวัตถุหรือวัตถุอื่น ๆ ไม่ได้รับผลกระทบ

ในตัวอย่างข้างต้นกรอบอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับตารางสามารถเรียก inertial ได้ คนที่เคลื่อนไหวเหมือนกันและเป็นเส้นตรงสามารถใช้เป็นกรอบอ้างอิงสำหรับ ISO ได้ ถ้าการเคลื่อนไหวของมันถูกเร่งเร้าให้เป็นไปไม่ได้ที่จะเชื่อมโยง CO เฉื่อยกับมัน

ในความเป็นจริงระบบดังกล่าวอาจสัมพันธ์กับร่างกายที่ยึดติดกับพื้นผิวของโลกอย่างเหนียวแน่น อย่างไรก็ตามดาวเคราะห์เองไม่สามารถใช้เป็นกรอบอ้างอิงสำหรับ ISO ได้เนื่องจากมันหมุนเวียนกันไปตามแกนของมันเอง ร่างกายบนพื้นผิวมีการเร่งความเร็วจากส่วนกลาง

ความเฉื่อยคืออะไร?

ปรากฏการณ์ของความเฉื่อยเกี่ยวข้องโดยตรงกับ ISO จำสิ่งที่เกิดขึ้นได้หากรถเคลื่อนที่หยุดชะงักงัน? ผู้โดยสารกำลังใกล้สูญพันธุ์ขณะเดินทางต่อ เขาสามารถหยุดโดยที่นั่งด้านหน้าหรือโดยคาดเข็มขัดนิรภัย อธิบายขั้นตอนนี้ด้วยความเฉื่อยของผู้โดยสาร เป็นเช่นนี้?

ความเฉื่อยเป็นปรากฏการณ์ที่คาดว่าจะมีการเก็บรักษาความเร็วคงที่ของร่างกายไว้ในกรณีที่ไม่มีอิทธิพลของร่างกายอื่น ๆ ผู้โดยสารอยู่ภายใต้อิทธิพลของเข็มขัดหรือเก้าอี้ ปรากฏการณ์ความเฉื่อยไม่ได้เกิดขึ้นที่นี่

คำอธิบายอยู่ในสมบัติของร่างกายและตามเขามันเป็นไปไม่ได้ที่จะเปลี่ยนความเร็วของวัตถุในครั้งเดียว เป็นความเฉื่อย ตัวอย่างเช่นความเฉื่อยของปรอทในเครื่องวัดอุณหภูมิช่วยให้คุณลดคอลัมน์ลงได้ถ้าเราเขย่าเครื่องวัดอุณหภูมิ

การวัดความเฉื่อยที่เรียกว่าน้ำหนักตัว เมื่อมีปฏิสัมพันธ์ความเร็วจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างรวดเร็วสำหรับร่างกายที่มีมวลน้อยลง การชนกันของรถกับผนังคอนกรีตสำหรับหลังเกิดขึ้นจริงโดยไม่มีร่องรอย รถส่วนใหญ่มักจะได้รับการเปลี่ยนแปลงที่ไม่สามารถย้อนกลับได้: การเปลี่ยนแปลงความเร็วมีการเปลี่ยนรูปที่สำคัญ ปรากฎว่าความเฉื่อยของผนังคอนกรีตมีความหมายมากกว่าความเฉื่อยของรถ

เป็นไปได้หรือไม่ที่จะพบปรากฏการณ์ของความเฉื่อยในธรรมชาติ? สภาพภายใต้การที่ร่างกายไม่มีส่วนสัมพันธ์กับร่างกายอื่น ๆ คือพื้นที่ที่ยานอวกาศกำลังเคลื่อนที่อยู่โดยที่เครื่องยนต์ดับไป แต่แม้กระทั่งในกรณีนี้จะเกิดแรงโน้มถ่วงขึ้น

ค่าพื้นฐาน

การศึกษาการเปลี่ยนแปลงในระดับการทดลองถือเป็นการทดลองกับการวัดปริมาณทางกายภาพ ที่น่าสนใจที่สุดคือ:

• การเร่งความเร็วเป็นตัวชี้วัดความเร็วของการเปลี่ยนแปลงความเร็วของร่างกาย แสดงให้เห็นด้วยตัวอักษร a, วัดด้วย m / s ² ;
• มวลสารเป็นตัววัดความเฉื่อย หมายถึงตัวอักษร m วัดเป็นกิโลกรัม
• บังคับเป็นตัวชี้วัดการทำงานร่วมกันของร่างกาย โดยปกติจะแสดงด้วยอักษร F ซึ่งวัดด้วย H (newtons)

ความสัมพันธ์ของปริมาณเหล่านี้ถูกกำหนดไว้ในสามกฎหมายที่ได้จากนักฟิสิกส์ภาษาอังกฤษที่ยิ่งใหญ่ที่สุด กฎหมายของนิวตันได้รับการออกแบบเพื่ออธิบายความซับซ้อนของการปฏิสัมพันธ์ของร่างกายที่แตกต่างกัน และยังเป็นกระบวนการที่ควบคุมพวกเขา เป็นแนวคิดของ "การเร่ง" "แรง" "มวล" กฎหมายของนิวตันที่เกี่ยวข้องโดยความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ ลองคิดดูว่ามันหมายถึงอะไร

การกระทำของแรงเพียงอย่างเดียวคือปรากฏการณ์พิเศษ ตัวอย่างเช่นดาวเทียมเทียมที่เคลื่อนที่ในวงโคจรรอบโลกอยู่ภายใต้อิทธิพลของแรงดึงดูดเพียงอย่างเดียว

ผลลัพธ์

การกระทำของกองกำลังหลายสามารถถูกแทนที่ด้วยแรงหนึ่ง

ผลรวมทางเรขาคณิตของแรงที่กระทำต่อร่างกายเรียกว่าผลลัพธ์

เรากำลังพูดถึงผลรวมทางเรขาคณิตเพราะแรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ที่ขึ้นอยู่ไม่เพียง แต่ในจุดที่ใช้งาน แต่ยังอยู่ในทิศทางของการกระทำ

ตัวอย่างเช่นถ้าคุณต้องการย้ายตู้ขนาดใหญ่พอสมควรคุณสามารถเชิญเพื่อนได้ ร่วมกันผลลัพธ์ที่ต้องการจะทำได้ แต่คุณสามารถเชิญเพียงคนเดียวที่แข็งแกร่งมาก ความพยายามของเขาเท่ากับการกระทำของเพื่อนทุกคน แรงที่พระเอกใช้เรียกได้ว่าเป็นผลลัพธ์

กฎการเคลื่อนไหวของนิวตันถูกจัดทำขึ้นบนพื้นฐานของแนวคิด "resultant"

กฎความเฉื่อย

เริ่มต้นศึกษากฎหมายของนิวตันจากปรากฏการณ์ที่พบบ่อยที่สุด กฎข้อแรกมักเรียกว่ากฎความเฉื่อยเนื่องจากมีการกำหนดสาเหตุของการเคลื่อนที่แบบเส้นตรงหรือสถานะของส่วนที่เหลือของร่างกาย

ร่างกายเคลื่อนที่เหมือนกันและเป็นเส้นตรงหรืออยู่ที่ส่วนที่เหลือหากไม่มีแรงกระทำกับมันหรือการกระทำนี้ได้รับการชดเชย

อาจเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าผลลัพธ์เป็นศูนย์ในกรณีนี้ ในรัฐนี้มีตัวอย่างเช่นรถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่บนส่วนตรงของถนน การกระทำของแรงดึงดูดถูกชดเชยโดยแรงปฏิกิริยาของการสนับสนุนและแรงขับของเครื่องยนต์เป็นโมดูลัสเท่ากับแรงต้านทานต่อการเคลื่อนที่

โคมระย้าที่เพดานยึดได้เนื่องจากแรงโน้มถ่วงถูกชดเชยด้วยความตึงของการยึด

ค่าชดเชยสามารถเป็นได้เฉพาะกับแรงที่ยึดติดกับร่างกายเท่านั้น

กฎหมายที่สองของนิวตัน

เราไปไกลกว่านี้ สาเหตุที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความเร็วของร่างกายพิจารณากฎหมายฉบับที่สองของนิวตัน เขากำลังพูดถึงเรื่องอะไร?

แรงเท่ากันที่กระทำต่อร่างกายหมายถึงผลิตภัณฑ์มวลกายโดยการเร่งได้รับภายใต้การกระทำของกองกำลัง

กฎของนิวตัน (สูตร: F = ma) โชคไม่ดีที่ไม่ได้สร้างความสัมพันธ์เชิงสาเหตุระหว่าง แนวคิดพื้นฐานเกี่ยวกับจลศาสตร์ และพลวัต เขาไม่สามารถระบุได้ว่าอะไรคือสาเหตุของการเร่งความเร็วของร่างกาย

ให้เรากำหนดอย่างชัดเจน: ความเร่งที่ร่างกายได้รับจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงที่เกิดขึ้นและสัดส่วนผกผันกับมวลของร่างกาย

ดังนั้นจึงสามารถทราบได้ว่าการเปลี่ยนแปลงความเร็วเกิดขึ้นเฉพาะกับแรงที่ใช้กับมวลสารและมวลของร่างกาย

กฎของนิวตันซึ่งสูตรนี้สามารถทำได้: a = F / m ถือว่าเป็นพื้นฐานในรูปแบบเวกเตอร์เพราะมันทำให้สามารถเชื่อมต่อระหว่างฟิสิกส์ได้ นี่คือเวกเตอร์การเร่งความเร็วของร่างกาย F เป็นผลมาจากแรง M คือมวลของร่างกาย

การเคลื่อนไหวที่เร่งขึ้นของรถเป็นไปได้ถ้าแรงดึงของเครื่องยนต์สูงกว่าความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ การเพิ่มขึ้นของแรงฉุดเร่งเพิ่มขึ้นเช่นกัน รถบรรทุกมาพร้อมกับเครื่องยนต์กำลังสูงเนื่องจากมีมวลมากกว่ารถโดยสารส่วนใหญ่

รถยนต์ที่สร้างขึ้นสำหรับการแข่งขันความเร็วสูงได้รับการอำนวยความสะดวกในลักษณะที่พวกเขามีความปลอดภัยกับต่ำสุดของรายละเอียดที่จำเป็นและกำลังเครื่องยนต์จะเพิ่มขึ้นถึงขีด จำกัด ที่เป็นไปได้ หนึ่งในลักษณะที่สำคัญที่สุดของรถสปอร์ตคือเวลาเร่งความเร็วถึง 100 กม. / ชม. ช่วงเวลาที่เล็กกว่านี้ยิ่งดีเท่าไรลักษณะความเร็วของรถ

กฎหมายปฏิสัมพันธ์

กฎของนิวตันขึ้นอยู่กับแรงธรรมชาติให้เหตุผลว่าปฏิสัมพันธ์ใด ๆ มาพร้อมกับลักษณะของคู่ของกองกำลัง ถ้าลูกบอลแขวนบนด้ายก็จะทดสอบผลของมัน ด้ายยังยืดภายใต้การกระทำของลูก

ปฏิบัติตามกฎหมายของนิวตันในการกำหนดกฎหมายที่สาม ในระยะสั้นเสียงเช่นนี้: การกระทำเท่ากับการตอบโต้ หมายความว่าอย่างไร

แรงที่ร่างกายกระทำซึ่งกันและกันมีความเท่ากันในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางและกำกับตามแนวเชื่อมต่อศูนย์กลางของร่างกาย เป็นสิ่งที่น่าสนใจที่พวกเขาไม่สามารถชดเชยได้เนื่องจากทำหน้าที่แตกต่างกัน

การใช้กฎหมาย

งานที่มีชื่อเสียงของ "ม้าและรถเข็น" อาจนำไปสู่ความตายได้ ม้าลากไปที่เกวียนย้ายจากสถานที่ สอดคล้องกับกฎหมายที่สามของ Newton วัตถุทั้งสองนี้กระทำต่อกันและกันโดยมีกำลังเท่ากัน แต่ในทางปฏิบัติม้าสามารถเคลื่อนย้ายรถเข็นซึ่งไม่พอดีกับพื้นฐานของความสม่ำเสมอ

การแก้ปัญหาสามารถพบได้หากเราพิจารณาว่าระบบของร่างกายนี้ไม่ได้ถูกปิด ถนนมีผลต่อทั้งสองฝ่าย แรงเสียดทานของส่วนที่เหลือ, การแสดงบนกีบม้า, เกินแรงเสียดทานกลิ้งล้อล้อ. หลังจากที่ทุกช่วงเวลาของการเคลื่อนไหวเริ่มต้นด้วยความพยายามที่จะย้ายเกวียน หากสถานการณ์เปลี่ยนไปม้าจะไม่เคลื่อนที่ไปในทุกสถานการณ์ กีบของเขาจะเล็ดลอดไปตามถนนและจะไม่มีการเคลื่อนไหว

ในวัยเด็กการกลิ้งแต่ละอื่น ๆ บนเลื่อนทุกคนสามารถเผชิญกับตัวอย่างเช่น ถ้าเด็กสองหรือสามคนนั่งอยู่บนรถเลื่อนแล้วความพยายามหนึ่งครั้งก็ไม่สามารถเคลื่อนย้ายได้

การล่มสลายของร่างกายสู่พื้นผิวโลกอธิบายโดยอริสโตเติล ("ทุกคนรู้ถึงสถานที่ของมัน") สามารถถูกหักล้างได้บนพื้นฐานของสิ่งที่กล่าวมาข้างต้น วัตถุเคลื่อนที่ไปที่พื้นใต้การกระทำของแรงเช่นเดียวกับโลก การเปรียบเทียบพารามิเตอร์ของพวกเขา (มวลโลกมี ขนาดใหญ่กว่ามวลของร่างกาย) ตามกฎหมายที่สองของ Newton เรายืนยันว่าการเร่งความเร็วของวัตถุนั้นมากเท่ากับความเร่งของโลก เราสังเกตเห็นว่าการเปลี่ยนแปลงของความเร็วของร่างกายโลกไม่ได้ถูกแทนที่จากวงโคจร

ขีด จำกัด ของการบังคับใช้

ฟิสิกส์สมัยใหม่กฎหมายของนิวตันไม่ได้ปฏิเสธ แต่กำหนดขอบเขตของการบังคับใช้ของพวกเขาเท่านั้น จนกระทั่งต้นศตวรรษที่ยี่สิบนักฟิสิกส์ไม่สงสัยว่ากฎหมายเหล่านี้จะอธิบายปรากฏการณ์ทั้งหมดของธรรมชาติ

1, 2, 3 กฎหมายของนิวตันแสดงให้เห็นถึงสาเหตุของพฤติกรรมของร่างกายที่เป็นมาโคร ความเคลื่อนไหวของวัตถุที่มีความเร็วไม่มากนักอธิบายไว้อย่างสมบูรณ์โดยสมมติฐานเหล่านี้

ความพยายามที่จะอธิบายบนพื้นฐานของการเคลื่อนไหวของร่างกายที่มีความเร็วใกล้เคียงกับ ความเร็วของแสงจะ ถึงวาระที่จะล้มเหลว การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของพื้นที่และเวลาด้วยความเร็วที่สมบูรณ์ไม่อนุญาตให้มีการใช้นิวตัน นอกจากนี้กฎหมายเปลี่ยนรูปลักษณ์ของพวกเขาใน JI ที่ไม่เฉื่อย สำหรับการประยุกต์ใช้แนวคิดของแรงเฉื่อยถูกนำมาใช้

อธิบายการเคลื่อนที่ของร่างกายดาราศาสตร์กฎของตำแหน่งและการโต้ตอบอาจเป็นกฎหมายของ Newton กฎของแรงโน้มถ่วงสากลถูกนำมาใช้เพื่อการนี้ มันเป็นไปไม่ได้ที่จะเห็นผลของการดึงดูดของร่างกายขนาดเล็กเพราะมีอำนาจไม่เพียงพอ

ดึงดูดใจกัน

ตำนานเป็นที่รู้จักกันดีตามที่นายนิวตันซึ่งนั่งอยู่ในสวนและเฝ้าดูการร่วงหล่นของแอปเปิ้ลเข้าเยี่ยมชมความคิดอันยอดเยี่ยม: เพื่ออธิบายการเคลื่อนไหวของวัตถุที่อยู่ใกล้พื้นผิวของโลกและการเคลื่อนไหวของ ร่างกาย ของ จักรวาล บนพื้นฐานของสถานที่ซึ่งกันและกัน นี้ไม่ไกลจากความจริง สังเกตการณ์และการคำนวณที่ถูกต้องเกี่ยวข้องไม่เพียง แต่การล่มสลายของแอปเปิ้ล แต่ยังเคลื่อนไหวของดวงจันทร์ ความปกติของการเคลื่อนไหวนี้นำไปสู่ข้อสรุปว่าแรงแห่งการดึงดูดเพิ่มขึ้นกับมวลของศพที่มีปฏิสัมพันธ์และลดลงเมื่อเพิ่มระยะห่างระหว่างกัน

ร่างกายของจักรวาลทั้งหมดจะดึงดูดให้กันและกันด้วยแรงที่ชี้นำไปตามเส้นที่เชื่อมต่อศูนย์กลางของร่างกายกับมวลชนของร่างกายและสัดส่วนสัดส่วนกับระยะห่างระหว่างศูนย์กลางของร่างกายโดยประมาณ

สัญกรณ์ทางคณิตศาสตร์: F = GMm / r ² , โดยที่ F คือแรงที่น่าสนใจ, M, m คือมวลของตัวที่มีปฏิสัมพันธ์, r คือระยะห่างระหว่างกัน สัมประสิทธิ์ของสัดส่วน (G = 6.62 x 10 ^-11 Nm ² / kg ² ) เรียกว่าค่าคงที่ของแรงโน้มถ่วง

ความหมายทางกายภาพ: ค่าคงที่นี้มีค่าเท่ากับแรงแห่งแรงดึงดูดระหว่างสองศพที่มีมวล 1 กิโลกรัมระยะห่าง 1 เมตรเป็นที่แน่ชัดว่าร่างกายเล็ก ๆ ที่มีกำลังน้อยจึงไม่สามารถละเลยได้ สำหรับดาวเคราะห์กาแล็กซีดาวแรงแห่งการดึงดูดนั้นมหาศาลมากจนทำให้การเคลื่อนที่ของพวกมันเป็นไปอย่างสมบูรณ์

เป็นกฎหมายที่น่าสนใจของ Newton ระบุว่าการเปิดตัวขีปนาวุธต้องใช้เชื้อเพลิงที่สามารถสร้างการดึงปฏิกิริยาดังกล่าวเพื่อเอาชนะอิทธิพลของโลก ความเร็วที่จำเป็นสำหรับการนี้คือความเร็วของพื้นที่แรกเท่ากับ 8 กม. / วินาที

เทคโนโลยีที่ทันสมัยในการผลิตจรวดช่วยให้สามารถเปิดสถานีที่ไม่มีกำลังใจเป็นดาวเทียมเทียมของดวงอาทิตย์ไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่นเพื่อที่จะตรวจสอบได้ ความเร็วที่พัฒนาขึ้นโดยอุปกรณ์ดังกล่าวคือ ความเร็วของพื้นที่ ที่สองเท่ากับ 11 กม. / วินาที

ขั้นตอนการใช้กฎหมาย

การแก้ปัญหาของพลศาสตร์ปฏิบัติตามลำดับการกระทำบางอย่าง:

• ดำเนินการวิเคราะห์ปัญหาระบุข้อมูลชนิดของการเคลื่อนไหว
• ทำรูปที่แสดงถึงแรงทั้งหมดที่กระทำต่อร่างกายและทิศทางการเร่งความเร็ว (ถ้ามี) เลือกระบบพิกัด
• บันทึกกฎหมายฉบับที่หนึ่งหรือฉบับที่สองขึ้นอยู่กับการเร่งความเร็วของร่างกายในรูปแบบเวกเตอร์ คำนึงถึงแรงทั้งหมด (แรงที่เกิดขึ้นกฎของนิวตัน: อันดับแรกถ้าความเร็วของร่างกายไม่เปลี่ยนแปลงวินาทีถ้ามีการเร่งความเร็ว)
• สมการถูกเขียนใหม่ในการคาดการณ์ถึงแกนพิกัดที่เลือก
• ถ้าระบบผลลัพธ์ของสมการไม่เพียงพอให้เขียนคำนิยามของแรงสมการจลนศาสตร์ ฯลฯ
• แก้สมการสมการด้วยปริมาณที่ไม่ทราบ
• ทำการทดสอบมิติเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของสูตรที่ได้
• คำนวณ

การกระทำเหล่านี้มักจะเพียงพอสำหรับการแก้ปัญหามาตรฐานใด ๆ