Gibanje je glavna tema u mehanici.
Postoje različiti zakoni koji objašnjavaju gibanje i uzroke promjena u kretanju. Najpoznatiji od ovih zakona gibanja predložio je Sir Issac Newton. Sastavio je tri zakona gibanja u Matematičkim principima prirodne filozofije (objavljeno 1687.).
Prije nego počnemo raspravljati o Newtonovim zakonima gibanja, pogledajmo neke osnovne pojmove i koncepte koji se koriste za opisivanje gibanja.
Sila je pritisak ili povlačenje koji djeluje na predmet kako bi ga pomaknuo ili promijenio njegovo gibanje.
Brzina je također poznata kao brzina. Na brzinu objekta utječu sile.
Ubrzanje je mjera koliko se brzina nekog objekta promijeni u određenom vremenu (jedna sekunda).
Masa je količina nečega prisutnog i mjeri se u gramima ili kilogramima.
Moment je ukupna količina kretanja prisutna u tijelu.
Prvi Newtonov zakon gibanja
Tijelo nastavlja biti u stanju mirovanja ili u ravnomjernom kretanju duž ravne linije osim ako se na njega ne primijeni vanjska sila. Bilo da pritisnemo pedale bicikla da bismo se popeli na brdo, pritisnemo li tlo kako bismo otišli do parka, ili povučemo zaglavljenu ladicu kako bismo je otvorili, sila koju primjenjujemo pokreće stvari. Prvi Newtonov zakon nam govori da kada djeluje nulta neto sila, brzina objekta mora ostati konstantna. Ako objekt miruje, on nastavlja stajati mirno. Ako se u početku kreće, nastavlja se kretati pravocrtno konstantnom brzinom.
Prvi Newtonov zakon definira inerciju i s pravom se naziva Zakonom inercije . Kako bi se kečap izbacio s dna boce kečapa, često se okreće naopako i gurne prema dolje velikom brzinom, a zatim se naglo zaustavi.
Neke primjene Newtonovog prvog zakona gibanja su sljedeće:
- Da bismo sigurno uhvatili autobus u pokretu, moramo trčati naprijed u smjeru kretanja autobusa.
- Kad god je potrebno skočiti iz autobusa u pokretu, uvijek moramo trčati na kratku udaljenost nakon što skočimo na cestu kako bismo spriječili pad u smjeru naprijed.
- Krv vam juri od glave do stopala dok se brzo zaustavlja kada se vozite liftom koji se spušta.
- Glava čekića može se zategnuti na drvenu dršku tako što ćete donji dio drške udariti o tvrdu površinu.
- Nasloni za glavu se postavljaju u automobile kako bi se spriječile ozljede trzajne trzaje tijekom sudara straga.
- Dok vozite skateboard (ili karavan ili bicikl), letite naprijed s daske kada udarite o rubnik ili kamen ili neki drugi predmet koji naglo zaustavlja kretanje skateboarda.
Newtonov drugi zakon gibanja
Prema Newtonovom drugom zakonu gibanja, brzina promjene količine gibanja izravno je proporcionalna primijenjenoj sili i ta se promjena uvijek događa u smjeru primijenjene sile. Neto sila koja djeluje na predmet jednaka je umnošku mase tijela i njegovog ubrzanja.
Neto sila = masa * ubrzanje ili F = ma
Što objekt ima veću masu to se više neto sile mora koristiti za njegovo pomicanje.
Neke primjene Newtonovog drugog zakona gibanja su sljedeće:
- Ako koristite istu silu za guranje kamiona i guranja automobila, automobil će imati veće ubrzanje od kamiona, jer kamion ima manju masu.
- Lakše je gurati prazna košarica nego puna jer puna košarica ima veću masu od prazne. To znači da je potrebna veća sila za guranje pune košarice.
- Igrač kriketa spušta ruke dok hvata loptu. Ako igrač ne spusti ruke dok hvata loptu, vrijeme za zaustavljanje lopte je vrlo malo. Dakle, velika sila mora biti primijenjena kako bi se smanjila brzina lopte na nulu ili promijenila zamah lopte. Kada igrač spusti ruke, vrijeme potrebno za zaustavljanje lopte se povećava i stoga se mora primijeniti manja sila da bi se izazvala ista promjena u momentu loptice. Dakle, ruke igrača nisu ozlijeđene.
- Karatiš jednim udarcem lomi hrpe pločica ili cigli. Kada karatist rukama udari hrpe pločica, čini to što je brže moguće. Drugim riječima, vrijeme potrebno za udaranje po hrpama pločica je vrlo malo. Kako se zamah ruke karatista smanjuje na nulu kada njegove ruke udare u hrpe pločica u vrlo malom vremenskom intervalu, stoga se na hrpu pločica primjenjuje vrlo velika sila. Ova sila je dovoljna da razbije hrpu pločica.
Newtonov treći zakon gibanja
Treći zakon gibanja kaže da za svako djelovanje postoji jednaka i suprotna reakcija koja djeluje istim zamahom i suprotnom brzinom. Tvrdnja znači da u svakoj interakciji postoji par sila koje djeluju na dva objekta u interakciji. Veličina sila na prvi objekt jednaka je veličini sile na drugom objektu. Smjer sile na prvi objekt suprotan je smjeru sile na drugi objekt. Sile uvijek dolaze u parovima - jednaki i suprotni parovi sila djelovanje-reakcija.
Neke primjene Newtonovog trećeg zakona gibanja su sljedeće:
- Kada zrak izleti iz balona, suprotna reakcija je da balon poleti.
- Kada skačete s daske za skok, gurate se na odskočnu dasku. Daska se vraća natrag i tjera vas u zrak.
- Razmislite o tome kako riba pliva kroz vodu. Riba koristi peraje da gura vodu unatrag. Voda također gura ribu naprijed i tako tjera ribu kroz vodu. Veličina sile na vodu jednaka je veličini sile na ribu; smjer sile na vodu (unatrag) suprotan je smjeru sile na ribu (naprijed). Za svaku akciju postoji jednaka (po veličini) i suprotna (u smjeru) reakcijska sila. Parovi sila djelovanje-reakcija omogućuju ribama da plivaju.
- Razmotrite leteće kretanje ptica. Ptica leti koristeći svoja krila. Ptičija krila guraju zrak prema dolje. Budući da sile proizlaze iz međusobne interakcije, zrak također mora tjerati pticu prema gore. Veličina sile na zrak jednaka je veličini sile na pticu; smjer sile na zrak (dolje) suprotan je smjeru sile na pticu (gore). Ovi parovi sila djelovanje-reakcija omogućuju pticama let.
