Ruch jest głównym tematem w mechanice.
Istnieją różne prawa, które wyjaśniają ruch i przyczyny zmian w ruchu. Najbardziej znane z tych praw ruchu zostały zaproponowane przez Sir Issaca Newtona. Skompilował trzy prawa ruchu w Mathematical Principles of Natural Philosophy (opublikowanym w 1687).
Zanim zaczniemy omawiać prawa ruchu Newtona, przyjrzyjmy się pewnym podstawowym terminom i pojęciom używanym do opisu ruchu.
Siła to pchnięcie lub ciągnięcie, które działa na obiekt, aby go poruszyć lub zmienić jego ruch.
Prędkość jest również znana jako prędkość. Na prędkość obiektu wpływają siły.
Przyspieszenie jest miarą tego, jak bardzo zmienia się prędkość obiektu w określonym czasie (jedna sekunda).
Masa to ilość czegoś obecnego i jest mierzona w gramach lub kilogramach.
Pęd to całkowita ilość ruchu obecnego w ciele.
Pierwsza zasada dynamiki Newtona
Ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym po linii prostej, chyba że działa na nie siła zewnętrzna. Niezależnie od tego, czy naciskamy pedały roweru, aby wspiąć się na wzgórze, naciskamy ziemię, aby iść do parku, czy pociągamy za zablokowaną szufladę, aby ją otworzyć, siła, którą wywieramy, powoduje ruch. Pierwsze prawo Newtona mówi nam, że gdy działa zerowa wypadkowa siła, prędkość obiektu musi pozostać stała. Jeśli obiekt stoi nieruchomo, nadal stoi nieruchomo. Jeśli porusza się początkowo, porusza się dalej po linii prostej ze stałą prędkością.
Pierwsze prawo Newtona definiuje bezwładność i słusznie jest nazywane prawem bezwładności . Aby usunąć keczup z dna butelki z keczupem, często odwraca się go do góry nogami i pcha w dół z dużą prędkością, a następnie gwałtownie zatrzymuje.
Niektóre zastosowania pierwszej zasady dynamiki Newtona są następujące:
- Aby bezpiecznie złapać jadący autobus, musimy biec przed siebie w kierunku ruchu autobusu.
- Ilekroć trzeba wyskoczyć z jadącego autobusu, po wyskoczeniu na jezdnię musimy zawsze przebiec krótki dystans, aby nie upaść w kierunku do przodu.
- Krew płynie od głowy do stóp i szybko zatrzymuje się podczas jazdy zjeżdżającą windą.
- Głowicę młotka można zacisnąć na drewnianym trzonku, uderzając dolną częścią trzonka o twardą powierzchnię.
- Zagłówki są umieszczane w samochodach, aby zapobiec urazom kręgosłupa szyjnego podczas zderzeń tylnych.
- Podczas jazdy na deskorolce (lub wagonie lub rowerze) odlatujesz do przodu od deski po uderzeniu w krawężnik, kamień lub inny przedmiot, który nagle zatrzymuje ruch deskorolki.
Druga zasada dynamiki Newtona
Zgodnie z drugą zasadą dynamiki Newtona szybkość zmiany pędu jest wprost proporcjonalna do przyłożonej siły i zmiana ta zawsze zachodzi w kierunku przyłożonej siły. Siła wypadkowa działająca na obiekt jest równa iloczynowi masy obiektu i jego przyspieszenia.
Siła wypadkowa = masa * przyspieszenie lub F = ma
Im większa masa obiektu, tym więcej siły wypadkowej należy użyć, aby go poruszyć.
Niektóre zastosowania drugiej zasady dynamiki Newtona są następujące:
- Jeśli użyjesz tej samej siły do pchania ciężarówki i pchania samochodu, samochód będzie miał większe przyspieszenie niż ciężarówka, ponieważ ciężarówka ma mniejszą masę.
- Łatwiej jest pchać pusty wózek niż pełny, ponieważ pełny wózek ma większą masę niż pusty. Oznacza to, że do popchnięcia pełnego wózka potrzebna jest większa siła.
- Gracz krykieta opuszcza ręce podczas łapania piłki. Jeśli zawodnik nie opuści rąk podczas łapania piłki, czas na zatrzymanie piłki jest bardzo krótki. Tak więc, aby zmniejszyć prędkość piłki do zera lub zmienić pęd piłki, należy zastosować dużą siłę. Kiedy gracz opuszcza ręce, czas potrzebny do zatrzymania piłki wydłuża się, a zatem należy zastosować mniejszą siłę, aby spowodować taką samą zmianę pędu piłki. Dlatego ręce gracza nie są kontuzjowane.
- Zawodnik karate jednym uderzeniem rozbija stosy płytek lub cegieł. Kiedy zawodnik karate uderza rękami w stosy płytek, robi to tak szybko, jak to możliwe. Innymi słowy, czas potrzebny na uderzenie w stosy płytek jest bardzo krótki. Ponieważ pęd ręki zawodnika karate zmniejsza się do zera, gdy jego ręce uderzają w stosy płytek w bardzo, bardzo małym przedziale czasu, zatem na stos płytek działa bardzo duża siła. Ta siła wystarczy, aby rozbić stos płytek.
Trzecia zasada dynamiki Newtona
Trzecia zasada dynamiki mówi, że każdej akcji towarzyszy równa i przeciwna reakcja, która działa z tym samym pędem i przeciwną prędkością. Stwierdzenie oznacza, że w każdej interakcji na dwa oddziaływujące ze sobą obiekty działa para sił. Wielkość sił działających na pierwszy obiekt jest równa wielkości siły działającej na drugi obiekt. Kierunek siły działającej na pierwszy przedmiot jest przeciwny do kierunku siły działającej na drugi obiekt. Siły zawsze występują parami - równe i przeciwne pary sił akcja-reakcja.
Niektóre zastosowania trzeciej zasady dynamiki Newtona są następujące:
- Kiedy powietrze ucieka z balonu, odwrotną reakcją jest to, że balon leci w górę.
- Kiedy skaczesz z trampoliny, naciskasz trampolinę. Deska odskakuje i wypycha cię w powietrze.
- Pomyśl o tym, jak ryby pływają w wodzie. Ryba używa swoich płetw do odpychania wody do tyłu. Woda również popycha rybę do przodu, popychając ją w ten sposób w wodzie. Wielkość siły działającej na wodę jest równa wielkości siły działającej na rybę; kierunek siły działającej na wodę (do tyłu) jest przeciwny do kierunku siły działającej na rybę (do przodu). Dla każdego działania istnieje równa (pod względem wielkości) i przeciwna (w kierunku) siła reakcji. Pary sił akcja-reakcja umożliwiają rybom pływanie.
- Rozważ latający ruch ptaków. Ptak leci za pomocą skrzydeł. Skrzydła ptaka spychają powietrze w dół. Ponieważ siły wynikają ze wzajemnych oddziaływań, powietrze również musi pchać ptaka w górę. Wielkość siły działającej na powietrze jest równa wielkości siły działającej na ptaka; kierunek siły działającej na powietrze (w dół) jest przeciwny do kierunku siły działającej na ptaka (w górę). Te pary sił akcja-reakcja umożliwiają ptakom latanie.
