Il movimento è un argomento importante in meccanica.
Ci sono diverse leggi che spiegano il moto e le cause dei cambiamenti nel moto. La più famosa di queste leggi del moto fu proposta da Sir Issac Newton. Ha compilato le tre leggi del moto in Mathematical Principles of Natural Philosophy (pubblicato nel 1687).
Prima di iniziare a discutere le leggi del moto di Newton, esaminiamo alcuni termini e concetti di base utilizzati per descrivere il moto.
La forza è una spinta o una trazione che agisce su un oggetto per spostarlo o per modificarne il movimento.
La velocità è anche nota come velocità. La velocità di un oggetto è influenzata dalle forze.
L'accelerazione è una misura di quanta velocità di un oggetto cambia in un certo tempo (un secondo).
La massa è la quantità di qualcosa presente e si misura in grammi o chilogrammi.
La quantità di moto è la quantità totale di movimento presente in un corpo.
La prima legge del moto di Newton
Un corpo continua a trovarsi nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme a meno che non gli venga applicata una forza esterna. Sia che spingiamo sui pedali della bicicletta per salire su per la collina, che spingiamo per terra per andare al parco, o che tiriamo su un cassetto bloccato per farlo aprire, la forza che esercitiamo fa muovere le cose. La prima legge di Newton ci dice che quando agisce una forza netta nulla, la velocità dell'oggetto deve rimanere costante. Se l'oggetto è fermo, continua a stare fermo. Se inizialmente si muove, continua a muoversi in linea retta a velocità costante.
La prima legge di Newton definisce l'inerzia ed è giustamente chiamata Legge d'inerzia . Per rimuovere il ketchup dal fondo di una bottiglia di ketchup, viene spesso capovolto e spinto verso il basso ad alta velocità e quindi interrotto bruscamente.
Alcune applicazioni della prima legge del moto di Newton sono le seguenti:
- Per prendere in sicurezza un autobus in movimento, dobbiamo correre in avanti nella direzione del movimento dell'autobus.
- Ogni volta che è necessario saltare da un autobus in movimento, dobbiamo sempre correre per un breve tratto dopo essere saltati sulla strada per evitare di cadere in avanti.
- Il sangue scorre dalla testa ai piedi mentre si ferma rapidamente quando si sale su un ascensore in discesa.
- La testa di un martello può essere serrata sul manico di legno sbattendo la parte inferiore del manico contro una superficie dura.
- I poggiatesta sono posizionati nelle auto per prevenire lesioni da colpo di frusta durante i tamponamenti.
- Mentre guidi uno skateboard (o un carro o una bicicletta), voli in avanti fuori dallo skateboard quando colpisci un marciapiede o una roccia o un altro oggetto che interrompe bruscamente il movimento dello skateboard.
La seconda legge del moto di Newton
Secondo la seconda legge del moto di Newton, la velocità di variazione della quantità di moto è direttamente proporzionale alla forza applicata e questa variazione avviene sempre nella direzione della forza applicata. La forza netta che agisce su un oggetto è uguale al prodotto della massa dell'oggetto e della sua accelerazione.
Forza netta = massa * accelerazione o F = ma
Maggiore è la massa dell'oggetto, maggiore è la forza netta da utilizzare per spostarlo.
Alcune applicazioni della seconda legge del moto di Newton sono le seguenti:
- Se usi la stessa forza per spingere un camion e spingere un'auto, l'auto avrà più accelerazione del camion, perché il camion ha meno massa.
- È più facile spingere un carrello vuoto che uno pieno perché il carrello pieno ha più massa di quello vuoto. Ciò significa che è necessaria più forza per spingere il carrello pieno.
- Un giocatore di cricket abbassa le mani mentre prende la palla. Se un giocatore non abbassa le mani mentre prende la palla, il tempo per fermare la palla è molto breve. Quindi, deve essere applicata una grande forza per ridurre a zero la velocità della pallina o per modificare la quantità di moto della pallina. Quando un giocatore abbassa le mani, il tempo impiegato per fermare la palla aumenta e quindi deve essere applicata meno forza per provocare lo stesso cambiamento nella quantità di moto della palla. Pertanto, le mani del giocatore non sono ferite.
- Un giocatore di karate rompe i mucchi di tegole o mattoni con un solo colpo. Quando un giocatore di karate colpisce con le mani le pile di tessere, lo fa il più velocemente possibile. In altre parole, il tempo impiegato per colpire le pile di tessere è molto breve. Come lo slancio della mano di un giocatore di karate si riduce a zero quando le sue mani colpiscono le pile di tessere in un intervallo di tempo molto piccolo, quindi, viene esercitata una forza molto grande sulla pila di tessere. Questa forza è sufficiente per rompere la pila di tessere.
Terza legge del moto di Newton
La terza legge della dinamica afferma che ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria che agisce con la stessa quantità di moto e velocità opposta. L'affermazione significa che in ogni interazione c'è una coppia di forze che agiscono sui due oggetti interagenti. La dimensione delle forze sul primo oggetto è uguale alla dimensione della forza sul secondo oggetto. La direzione della forza sul primo oggetto è opposta alla direzione della forza sul secondo oggetto. Le forze arrivano sempre in coppia - coppie di forze azione-reazione uguali e opposte.
Alcune applicazioni della terza legge del moto di Newton sono le seguenti:
- Quando l'aria fuoriesce da un pallone, la reazione opposta è che il pallone si alza in volo.
- Quando ti tuffi da un trampolino, spingi verso il basso sul trampolino. La tavola scatta all'indietro e ti spinge in aria.
- Pensa a come nuotano i pesci nell'acqua. Un pesce usa le sue pinne per spingere indietro l'acqua. L'acqua spinge anche il pesce in avanti spingendolo così attraverso l'acqua. La dimensione della forza sull'acqua è uguale alla dimensione della forza sul pesce; la direzione della forza sull'acqua (all'indietro) è opposta alla direzione della forza sul pesce (in avanti). Per ogni azione, c'è una forza di reazione uguale (in dimensione) e contraria (in direzione). Le coppie di forze azione-reazione consentono ai pesci di nuotare.
- Considera il movimento in volo degli uccelli. Un uccello vola usando le sue ali. Le ali di un uccello spingono l'aria verso il basso. Poiché le forze derivano da interazioni reciproche, anche l'aria deve spingere l'uccello verso l'alto. L'entità della forza nell'aria è uguale all'entità della forza sull'uccello; la direzione della forza sull'aria (verso il basso) è opposta alla direzione della forza sull'uccello (verso l'alto). Queste coppie di forze azione-reazione consentono agli uccelli di volare.
