حرکت یک موضوع اصلی در مکانیک است.
قوانین مختلفی وجود دارد که حرکت و علل تغییرات را توضیح می دهد. معروف ترین این قوانین حرکتی توسط سر ایساک نیوتن پیشنهاد شده است. وی سه قانون حرکت را در اصول ریاضی فلسفه طبیعی (منتشر شده در 1687) گردآوری کرد.
قبل از شروع بحث در مورد قوانین حرکت نیوتن ، بگذارید برخی اصطلاحات و مفاهیم اساسی را که برای توصیف حرکت استفاده می شود ، بررسی کنیم.
نیرو فشار یا کششی است که برای حرکت دادن آن یا تغییر حرکت آن بر روی یک جسم تأثیر می گذارد.
سرعت به سرعت نیز معروف است. سرعت یک جسم تحت تأثیر نیروها است.
شتاب اندازه گیری میزان تغییر سرعت یک جسم در یک زمان خاص (یک ثانیه) است.
جرم مقدار چیزی است که در حال حاضر وجود دارد و به گرم یا کیلوگرم اندازه گیری می شود.
حرکت به کل میزان حرکتی است که در بدن وجود دارد.
قانون اول حرکت نیوتن
یک بدن در حالت استراحت یا حرکت یکنواخت خود در امتداد یک خط مستقیم است مگر اینکه نیروی خارجی به آن وارد شود. چه به پدال های دوچرخه فشار بیاوریم تا از تپه بلند شویم ، چه روی زمین فشار دهیم تا به پارک برویم یا یک کشوی گیر کرده را باز کنیم تا باز شود ، نیرویی که وارد می کنیم باعث حرکت همه چیز می شود. قانون اول نیوتن به ما می گوید وقتی نیروی خالص صفر عمل می کند ، سرعت جسم باید ثابت بماند. اگر جسم ایستاده باشد ، همچنان بی حرکت است. اگر در ابتدا حرکت کند ، در یک مسیر مستقیم و با سرعت ثابت به حرکت خود ادامه می دهد.
قانون اول نیوتن اینرسی را تعریف می کند و به درستی قانون اینرسی نامیده می شود. برای بیرون راندن سس گوجه فرنگی از ته بطری کچاپ ، معمولاً آن را زیر و رو کرده و با سرعت زیاد به سمت پایین رانده و ناگهان متوقف می کنید.
برخی از کاربردهای اولین قانون حرکت نیوتن به شرح زیر است:
- برای اینکه بتوانیم با خیال راحت اتوبوس در حال حرکت را بگیریم ، باید در جهت حرکت اتوبوس به جلو حرکت کنیم.
- هر زمان که لازم است از اتوبوس در حال حرکت پرش شود ، باید همیشه پس از پریدن در جاده ، مسافت کوتاهی را بدویم تا از افتادن به سمت جلو جلوگیری کنیم.
- هنگامی که هنگام سوار شدن در آسانسور در حال پایین آمدن سریع متوقف می شوید ، خون از سر شما به سمت پاهای شما هجوم می آورد.
- سر چکش را می توان با زدن ته دسته به سطح سخت ، بر روی دسته چوبی محکم کرد.
- سرپیچ ها در اتومبیل ها قرار داده می شوند تا از آسیب دیدگی شلاق در هنگام برخورد عقب جلوگیری شود.
- هنگام سوار شدن به یک اسکیت بورد (یا واگن یا دوچرخه) ، هنگام برخورد با یک لنگر یا سنگ یا شی object دیگری که به طور ناگهانی حرکت اسکیت بورد را متوقف می کند ، از صفحه به جلو پرواز می کنید.
قانون دوم حرکت نیوتن
طبق قانون دوم حرکت نیوتن ، سرعت تغییر حرکت مستقیماً با نیروی اعمال شده متناسب است و این تغییر همیشه در جهت نیروی اعمال شده صورت می گیرد. نیروی خالصی که بر یک جسم وارد می شود برابر است با حاصل جرم جسم و شتاب آن.
نیروی خالص = جرم * شتاب یا F = ma
هرچه جسم بیشتری داشته باشد ، از نیروی خالص بیشتری برای جابجایی آن استفاده می شود.
برخی از کاربردهای قانون دوم حرکت نیوتن به شرح زیر است:
- اگر برای هل دادن یک کامیون و فشار دادن یک ماشین از همان نیرو استفاده کنید ، شتاب ماشین بیشتر از کامیون خواهد بود ، زیرا جرم کامیون کمتر است.
- هل دادن سبد خرید خالی راحت تر از سبد پر است زیرا جرم سبد خرید بیشتر از سبد خرید خالی است. این بدان معنی است که برای هل دادن سبد خرید کامل به نیروی بیشتری نیاز است.
- یک بازیکن کریکت هنگام گرفتن توپ دستان خود را پایین می آورد. اگر بازیکنی هنگام گرفتن توپ دست های خود را پایین نیاورد ، زمان توقف توپ بسیار کم است. بنابراین ، یک نیروی بزرگ باید اعمال شود تا سرعت توپ به صفر برسد یا حرکت توپ را تغییر دهد. وقتی بازیکنی دستان خود را پایین می آورد ، زمان متوقف کردن توپ افزایش می یابد و از این رو ، باید نیروی کمتری اعمال شود تا همان تغییر حرکت توپ ایجاد شود. بنابراین دستان بازیکن آسیب نبیند.
- یک بازیکن کاراته با یک ضربه توده های کاشی یا آجر را می شکند. وقتی یک بازیکن کاراته با دستان خود به تخته های کاشی برخورد می کند ، این کار را با بیشترین سرعت ممکن انجام می دهد ، به عبارت دیگر ، زمان لازم برای زدن توده های کاشی بسیار کم است. هنگامی که حرکت یک بازیکن کاراته هنگامی که دستان او به توده های کاشی در یک بازه زمانی بسیار کوتاه برخورد می کند ، به صفر می رسد ، بنابراین نیروی زیادی روی توده کاشی ها اعمال می شود. این نیرو برای شکستن توده کاشی کافی است.
قانون سوم حرکت نیوتن
قانون سوم حرکت می گوید که برای هر عملی واکنشی برابر و متضاد وجود دارد که با همان حرکت و سرعت مخالف عمل می کند. این عبارت به این معنی است که در هر کنش متقابل ، یک جفت نیرو وجود دارد که بر روی دو جسم متقابل تأثیر می گذارد. اندازه نیروها روی جسم اول برابر است با اندازه نیروها روی جسم دوم. جهت نیرو بر روی جسم اول مخالف جهت نیرو بر جسم دوم است. نیروها همیشه جفت می شوند - جفت های نیروی واکنش واکنش برابر و متضاد.
برخی از کاربردهای قانون سوم حرکت نیوتن به شرح زیر است:
- وقتی هوا از یک بالون بیرون می زند ، عکس عکس این است که بالون به سمت بالا پرواز می کند.
- وقتی از تخته شیرجه غوطه ور می شوید ، تخته شیرجه را به پایین فشار می دهید. تخته به عقب برگشته و شما را به هوا مجبور می کند.
- به چگونگی شنا ماهی در آب فکر کنید. ماهی با استفاده از باله های خود آب را به عقب هل می دهد. آب همچنین ماهی را به جلو سوق می دهد بنابراین ماهی را از طریق آب پیش می برد. اندازه نیروی وارد شده بر روی آب برابر است با اندازه نیروی وارد بر ماهی. جهت نیرو بر روی آب (عقب) مخالف جهت نیرو بر ماهی است (به جلو). برای هر عملی ، یک نیروی عکس العمل برابر (در اندازه) و مخالف (در جهت) وجود دارد. جفت های نیروی واکنش-واکنش شنا را برای ماهی ها امکان پذیر می کنند.
- حرکت پرندگان را در نظر بگیرید. پرنده با استفاده از بال های خود پرواز می کند. بال های یک پرنده هوا را به سمت پایین فشار می دهند. از آنجا که نیروها در اثر فعل و انفعالات متقابل حاصل می شوند ، هوا نیز باید پرنده را به سمت بالا هل دهد. اندازه نیرو در هوا برابر است با اندازه نیروی وارد شده به پرنده. جهت نیرو در هوا (رو به پایین) مخالف جهت نیرو بر پرنده است (رو به بالا). این جفت های نیروی واکنش-واکنش پرواز را برای پرندگان امکان پذیر می کند.
