Categories
Общество

Каковы законы Ньютона?

Знаменитых законов движения Ньютона три. Эти законы заложили основы для ньютоновской механики, иначе известной как классическая механика. Ньютоновская механика – это поле, сфокусированное на наборе законов, которые управляют поведением объекта после воздействия на него сил.

Законы движения Ньютона

Эти три закона были написаны во многих различных формах на протяжении веков, по крайней мере три, но они могут быть кратко изложены следующим образом:

Первый закон гласит, что объект либо остается неподвижным, либо будет продолжать двигаться с постоянной скоростью, если на него не воздействует другая сила. Этот закон предполагает, что объект находится в инерциальной системе отсчета. Инерциальная система отсчета – это система, в которой силы, действующие на тело, будь то статическое или стационарное, имеют суммарную нулевую силу. Этот кадр означает, что это тело будет оставаться неподвижным или продолжать двигаться с постоянной скоростью.

Второй закон также предполагает, что объект находится в инерциальной системе отсчета. Закон гласит, что векторная сумма сил (обозначенная F) на теле эквивалентна произведению массы (обозначенной m) этого тела и его ускорения (обозначенного через a). Математически говоря, это означает, что: F = m * a. Еще одно предположение, о котором следует помнить, это то, что масса не меняется.

Третий закон движения более широко известен. Когда одна сущность прилагает силу (F) к другому объекту, тогда вторая фигура также отталкивается с силой, равной F. При каждом действии происходит равная и противоположная реакция.

История и обзор

Три закона движения были первоначально составлены никем иным, как Исааком Ньютоном, отсюда и название «Законы движения Ньютона». Ньютон впервые написал правила, регулирующие движение в 1687 году в своем выпуске, Математические основы естественной философии (Философия Naturalis Principia Mathematica на латыни).

Исаак Ньютон пытался объяснить, почему объекты ведут себя так же, как и во время движения, или почему они остаются такими же, как они, то есть, когда они неподвижны. Следовательно, он использовал законы вместе с другими своими законами, чтобы объяснить движение систем, а также физических объектов.

Еще одна важная вещь в законах Ньютона заключается в том, что они применимы к объектам, которые считаются одноточечными массами. Этот термин означает, что форма и размер объекта игнорируются, поэтому фокус может быть сосредоточен на его движении. Это представление применимо, если объекты малы по сравнению с расстояниями, которые участвуют во время его анализа. Таким образом, любой объект, независимо от размера, может быть концептуализирован как частица, подлежащая анализу.

Как указывалось ранее, трех законов недостаточно для объяснения движения всех объектов. Например, он не мог объяснить законы движения планет Кеплера, пока он не объединил свои законы движения с другим из своего закона, названного законом всемирного тяготения. Эти законы также нельзя использовать для объяснения движения деформируемых и твердых тел. Фактически, именно в 1750 году Леонард Эйлер обобщил законы движения Ньютона, чтобы их можно было применять к жестким и деформируемым объектам, а также в качестве континуума. В законах Эйлера, которые могут быть получены из первоначальных законов Ньютона, предполагается, что объект представляет собой набор дискретных частиц, каждая из которых подчиняется законам Ньютона. Однако можно предположить, что законы Эйлера являются аксиомами, которые описывают законы движения для расширенных объектов, независимо от структуры частиц.

Как указывалось ранее, законы Ньютона применимы только к набору систем, называемых инерциальными системами отсчета, которые иногда называются системами ньютоновской системы отсчета. Тем не менее, среди ученых возникли споры относительно первого и второго законов. Одна школа мысли утверждает, что первый закон Ньютона обрисовывает в общих чертах, что такое инерциальная система отсчета, и, таким образом, второй закон верен, если и только если он наблюдается с инерциальной системы отсчета. Когда все эти факторы учитываются, невозможно определить особенность двух законов. Другая школа мысли утверждает, что первый закон является следствием второго.

Еще один аспект этих законов, который нужно иметь в виду, заключается в том, что специальная теория относительности устарела ньютоновских законов. Это не значит, что они бесполезны. Законы подходят для аппроксимации поведения движущихся объектов, когда их скорости ниже скорости света.

Три закона в деталях

Первый Закон

Первый закон Ньютона гласит, что скорость движущегося объекта должна оставаться постоянной, если чистая сила равна нулю. В этом случае сила относится к векторному суммированию всех сил, которые воздействуют на это тело. Скорость – это векторная величина, поскольку она показывает скорость тела, а также направление его движения. Это означает, что постоянная скорость описывает постоянное направление и скорость объекта.

Чтобы поместить это в терминах математической формулы, это становится: ΣF = 0 ↔ дv/ дT = 0. В формуле v представляет скорость в то время как T представляет собой затраченное время. Формула только доказывает, что объект, который неподвижен, останется таким, если на него не воздействует сила, а тело, которое движется, не изменит свою скорость, если на него не воздействует сила. Этот вид движения называется равномерным движением. Хороший способ продемонстрировать это – эксперимент со скатертью. Блюда, помещенные сверху скатерти, останутся такими, какие они есть, когда скатерть будет снята умело и быстро. Это не уловка, а законы Ньютона в действии. Естественная тенденция движущегося объекта – оставаться таким, как есть. Если кто-то хочет изменить эту тенденцию, тогда к этому объекту должна быть применена сила. Этот закон также устанавливает рамки для двух других законов.

Второй Закон

Другой способ изложения второго закона – это скорость изменения импульса объекта в прямой зависимости от величины прилагаемой силы. Кроме того, это изменение его импульса происходит в том же направлении приложенной силы.

Математически это можно выразить как F = дп/ дT = д (мv) / Дт. п это продукт массы (м) и скорость (v) тогда как T представляет собой время, необходимое. Формула является одним из способов выразить это, однако также можно выразить это в терминах ускорения объекта. При изложении законов предполагается, что масса постоянна. Следовательно, нет необходимости включать его в формулу дифференциации. Следовательно, это становится: F = м (дv/ дT). Со скоростью (v) делится на время (T) обеспечивает ускорение, формула теперь становится F = м * ,

Масса, полученная или потерянная объектом, также будет влиять на импульс объекта, который не будет являться следствием внешней силы, и возникает необходимость в другом уравнении. Кроме того, при более высоких скоростях вычисление, что произведение массы объекта в состоянии покоя и его скорости является неточным.

Импульс

Импульсы (J) имеют место, когда сила (F) действует на объект в течение временного интервала (Δt), поскольку его математическое выражение намного ближе к формулировке Ньютона его второго закона. Концепция импульса в основном используется при анализе столкновений. Математически это становится: J = Δп = м * Δv,

Для систем переменной массы, например, ракеты, сжигающей топливо, второй закон не может быть применен, потому что они открыты. Таким образом, делать его массу функцией своего времени неверно.

Третий закон Ньютона

Последний закон движения гласит, что все силы, существующие между двумя телами, делают это с одинаковой величиной и в противоположных направлениях. Например, если объект 1 прилагает силу величины F₁ к другому телу 2, то третий закон Ньютона гласит, что объект 2 должен оказывать силу величины -F₁, такую, что F₁ = – F₁. Результирующая суммарная сила равна нулю. То есть F₁ + (- F₁) = 0.

Этот закон показывает, что все создаваемые силы являются прямым следствием взаимодействия различных тел. Это также показывает, что сила не может существовать без ее равного и противоположного эквивалента, чтобы ее нейтрализовать. Направление и величина силы могут быть определены одной из сил. Например, объект 1 может быть той, которая оказывает усилие, и поэтому он называется силой «действия», а сила объекта 2 называется силой «реакции». Именно из-за этих двух названий третий закон иногда называют законом «действие-реакция». Однако иногда невозможно установить, какая из двух сил является действием, а какая – реакцией. Невозможно, чтобы одна сила существовала без другой. Практический пример этого – когда кто-то ходит. Они давят на землю, а земля отталкивает.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *