Mik azok a Newton törvényei?

Newton híres mozgalmi törvényei száma három. Ezek a törvények megalapozták a Newtoni mechanikát, más néven klasszikus mechanikát. A Newtoni mechanika olyan mező, amely a tárgyak viselkedését szabályozó törvényekre összpontosít.

Newton mozgás törvényei

Ezeket a három törvényt több száz különböző formában írták, legalább három, de röviden a következőképpen fogalmazhatók meg:

Az első törvény kimondja, hogy az objektum statikus marad, vagy állandó sebességgel mozog, hacsak nem egy másik erő befolyásolja. Ez a törvény feltételezi, hogy egy objektum inerciális referenciakeretben van. Egy inerciális referenciakeret az, amelyben a statikus vagy álló testre ható erők nulla nettó erővel rendelkeznek. Ez a keret azt jelenti, hogy ez a test állandó marad, vagy állandó sebességgel mozog.

A második törvény azt is feltételezi, hogy egy objektum inerciális referenciakeretben van. A törvény kimondja, hogy a testen lévő F-vel jelölt erők vektor összege megegyezik az adott test tömegének (m) jelzésével és annak gyorsításával (a). Matematikailag ez azt jelenti, hogy: F = m * a. Egy másik feltételezés, hogy szem előtt tartsuk, hogy a tömeg nem változik.

A harmadik mozgásjog szélesebb körben ismert. Amikor egy entitás erővel (F) fejt ki egy másik objektumot, akkor a második test egy olyan erővel is visszahúzódik, amely megegyezik az F-vel. Minden műveletben egyenlő és ellentétes reakció van.

Történelem és áttekintés

A három törvénymozdulatot először Isaac Newton nem állította össze, így Newton nevű mozgás törvénye. A Newton először az 1687-es mozgásszabályokat írta kiadásában, a természetes filozófia matematikai alapelvei ( Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica latin nyelven).

Isaac Newton arra törekedett, hogy megmagyarázza, miért viselkednek az objektumok a mozgás közben, vagy miért maradnak az útjukon, azaz mozdulatlanul. Következésképpen a törvényeket és a törvényeit együttesen a rendszerek mozgását, valamint a fizikai tárgyakat magyarázta.

Egy másik kritikus dolog Newton törvényeiben az, hogy azok olyan tárgyakra vonatkoznak, amelyek egypontos tömegek. Ez a kifejezés azt jelenti, hogy az objektum alakját és méretét figyelmen kívül hagyjuk, hogy a fókusz a mozgásán legyen. Ez a nézet akkor alkalmazható, ha az objektumok kicsiek a vizsgált távolságokhoz képest. Ez lehetővé teszi, hogy bármely objektum méretétől függetlenül elemezhető részecske legyen.

Amint azt korábban említettük, a három törvény nem elegendő az összes objektum mozgási viselkedésének magyarázatához. Például nem tudta megmagyarázni Keplernek a bolygómozgalom törvényeit, amíg a mozgás törvényeit nem kombinálta egy másik törvényével, az egyetemes gravitáció törvényévé. Ezeket a törvényeket nem lehet a deformálható és merev testek mozgásának magyarázatára használni. Tény, hogy Leonard Euler 1750-ben általánosította Newton mozgási törvényeit, így azokat a merev és deformálódó tárgyakra is alkalmazni lehetett, mint egy folytonosságot. Euler törvényeiben, amelyek az eredeti Newton törvényeiből származnak, feltételezhető, hogy egy objektum diszkrét részecskék gyűjteménye, amelyek mindegyikét Newton törvényei szabályozzák. Az Euler törvényei azonban feltételezhetőek, hogy axiómák, amelyek leírják a kiterjesztett entitások mozgástörvényeit, függetlenül a részecskék szerkezetétől.

Mint korábban említettük, Newton törvényei csak olyan keretekre vonatkoznak, amelyeket inerciális referenciakereteknek neveznek, amelyeket néha Newton-referenciakereteknek neveznek. A tudósok között azonban vita történt az első és a második törvényről. Az egyik gondolkodási iskola azt állítja, hogy az első Newton-törvény azt írja le, hogy mi a tehetetlenségi referenciakeret, és így a második törvény igaz, és csak akkor, ha egy referenciapont inerciális keretéből figyelhető meg. Amikor ezeket a tényezőket figyelembe vesszük, lehetetlen meghatározni a két törvény különlegességét. A másik gondolatiskola azt állítja, hogy az első törvény a második következménye.

Ezeknek a törvényeknek egy másik szempontja, hogy szem előtt tartsuk, hogy a különleges relativitás elavult Newtoni törvényeket. Ez nem azt jelenti, hogy haszontalanok. A törvények alkalmasak a mozgó tárgyak viselkedésének közelítésére, ha sebességük a fény alatt van.

A három törvény részletesen

Az első törvény

Newton első törvénye kimondja, hogy a mozgó tárgy sebessége állandó marad, ha a nettó erő nulla. Ebben az esetben az erő az összes testet összevonó vektor összegzésére utal. A sebesség egy vektormennyiség, mivel a test sebességét és mozgási irányát mutatja. Ez azt jelenti, hogy az állandó sebesség az objektum állandó irányát és sebességét írja le.

A matematikai képlet megadásához : :F = 0 ↔ d v / d t = 0. A képletben v a sebességet jelöli, míg t a vett időt jelenti. A képlet csak azt bizonyítja, hogy egy mozdulatlan objektum így marad, hacsak nem érinti az erő, és a mozgó test nem változtatja meg a sebességét, kivéve, ha egy erő befolyásolja. Ezt a mozgást egységes mozgásnak nevezik. Egy jó módja annak, hogy ezt megmutassuk az asztalterítő kísérleten keresztül. Az asztalterítő tetején elhelyezett ételek ugyanúgy maradnak, ahogyan az asztalterítő ügyesen és gyorsan eltávolítható. Ez nem trükk, hanem Newton törvényei akcióban vannak. A mozgó tárgy természetes tendenciája az, hogy maradjon. Ha valaki meg akarja változtatni ezt a tendenciát, akkor erőt kell alkalmazni az adott tárgyra. Ez a törvény a másik két törvény referenciakeretét is meghatározza.

A második törvény

A második törvény megfogalmazásának másik módja az objektum lendületének változási sebessége, amely közvetlenül kapcsolódik az alkalmazott erőmennyiséghez. Ez a változás is az alkalmazott erő ugyanazon irányában történik.

Matematikailag F = d p / d t = d (m v ) / d t-ben kifejezhető . A p a tömeg ( m ) és a sebesség ( v ) terméke, míg a t a vett időt jelenti. A képlet ennek egyik módja, de az objektum gyorsulása szempontjából is kifejezhető. A törvények megfogalmazásakor feltételezzük, hogy a tömeg állandó. Ezért nem szükséges a differenciálási képletbe belefoglalni. Ezért: F = m (d v / d t ). Mivel a sebesség ( v ) az idővel ( t ) osztva biztosítja a gyorsulást, a képlet most F = m * a lesz .

A szervezet által elért vagy elveszett tömeg is befolyásolja az objektum lendületét, amely nem egy külső erő következménye, és más egyenlet szükséges. Nagyobb fordulatszámon azt a számítást is, hogy az objektum tömege nyugalmi állapotban és sebessége pontatlan.

Impulzus

Az impulzusok ( J ) akkor következnek be, amikor egy erő ( F ) egy időintervallumon (Δt) egy objektumra hat, mivel a matematikai kifejezése sokkal közelebb van a Newton második törvényének megfogalmazásához. Az impulzus fogalmát leginkább az ütközések elemzése során használják fel. Matematikailag: J = Δ p = m * Δ v .

A változó tömegű rendszerek esetében, például egy rakétát, amely tüzelőanyagot éget, a második törvény nem alkalmazható, mert nyitva vannak. Mint ilyen, helytelen az, hogy tömegének az idő függvénye.

Newton harmadik törvénye

Az utolsó mozgásjog szerint a két test között létező erők ugyanolyan nagyságrendűek és ellentétes irányban vannak. Például, ha egy 1 tárgy egy F2 nagyságú erőt fejt ki egy másik testre 2, akkor Newton harmadik törvénye kimondja, hogy a 2 objektum -F₁ nagyságú erővel rendelkezik, úgy, hogy F2 = - F2. Az így kapott teljes erő nulla. Ez azt jelenti, hogy F2 + (- F 2) = 0.

Ez a törvény azt mutatja, hogy a keletkezett erők a különböző szervek közötti kölcsönhatás közvetlen következményei. Azt is mutatja, hogy az erő nem létezhet anélkül, hogy egyenlő és ellentétes egyenértékű lenne, hogy törölje azt. Az erő irányát és nagyságát az erő határozhatja meg. Például az 1. objektum lehet az egyik erő, és így úgynevezett „akció” erő, a 2-es objektum erővel „reakciós” erőnek nevezzük. Ez a két név az, hogy a harmadik jogot néha „cselekvési-reakció” törvénynek nevezik. Néha azonban lehetetlen megállapítani, hogy a két erő közül melyik a cselekvés, és melyik a reakció. Lehetetlen, hogy az egyik erő létezik a másik nélkül. Ennek gyakorlati példája az, amikor valaki sétál. A föld felé nyomkodnak, és a föld visszahúzódik.