Движение - одна из основных тем в механике.
Есть разные законы, объясняющие движение и причины изменений в движении. Самый известный из этих законов движения был предложен сэром Иссаком Ньютоном. Он составил три закона движения в «Математических принципах естественной философии» (опубликовано в 1687 г.).
Прежде чем мы начнем обсуждать законы движения Ньютона, давайте рассмотрим некоторые основные термины и концепции, которые используются для описания движения.
Сила - это толчок или притяжение, которое действует на объект, чтобы переместить его или изменить его движение.
Скорость также известна как скорость. На скорость объекта влияют силы.
Ускорение - это мера того, насколько скорость объекта изменяется за определенное время (одну секунду).
Масса - это количество чего-то присутствующего и измеряется в граммах или килограммах.
Импульс - это общее количество движения, присутствующего в теле.
Первый закон движения Ньютона
Тело продолжает находиться в состоянии покоя или в равномерном движении по прямой, если к нему не приложена внешняя сила. Нажимаем ли мы на педали велосипеда, чтобы подняться на холм, толкаем мы землю, чтобы пройти в парк, или тянем за застрявший ящик, чтобы открыть его, сила, которую мы прилагаем, заставляет вещи двигаться. Первый закон Ньютона гласит, что когда действует нулевая результирующая сила, скорость объекта должна оставаться постоянной. Если объект стоит на месте, он продолжает стоять. Если он движется вначале, он продолжает двигаться по прямой с постоянной скоростью.
Первый закон Ньютона определяет инерцию и по праву называется законом инерции . Чтобы вытолкнуть кетчуп со дна бутылки с кетчупом, его часто переворачивают вверх дном и толкают вниз на высокой скорости, а затем резко останавливают.
Ниже приведены некоторые приложения первого закона движения Ньютона:
- Чтобы безопасно поймать движущийся автобус, мы должны бежать вперед по направлению движения автобуса.
- Всякий раз, когда требуется спрыгнуть с движущегося автобуса, мы всегда должны бежать на небольшое расстояние после прыжка по дороге, чтобы не упасть в прямом направлении.
- Кровь приливает с головы к ногам, быстро останавливаясь при езде на спускающемся лифте.
- Головку молотка можно закрепить на деревянной ручке, ударив нижней частью ручки о твердую поверхность.
- В автомобилях устанавливаются подголовники для предотвращения хлыстовых травм при наезде сзади.
- Во время езды на скейтборде (тележке или велосипеде) вы летите вперед от доски при ударе о бордюр, камень или другой объект, который резко останавливает движение скейтборда.
Второй закон движения Ньютона
Согласно второму закону движения Ньютона, скорость изменения количества движения прямо пропорциональна приложенной силе, и это изменение всегда происходит в направлении приложенной силы. Чистая сила, действующая на объект, равна произведению массы объекта и его ускорения.
Чистая сила = масса * ускорение или F = ма
Чем больше масса у объекта, тем большую чистую силу необходимо использовать для его перемещения.
Ниже приведены некоторые приложения второго закона движения Ньютона:
- Если вы используете одну и ту же силу, чтобы толкать грузовик и толкать автомобиль, автомобиль будет иметь большее ускорение, чем грузовик, потому что грузовик имеет меньшую массу.
- Легче толкать пустую тележку для покупок, чем полную, потому что полная корзина для покупок имеет большую массу, чем пустая. Это означает, что требуется больше усилий, чтобы протолкнуть полную тележку для покупок.
- Игрок в крикет опускает руки, ловя мяч. Если игрок не опускает руки во время ловли мяча, время для остановки мяча очень мало. Таким образом, необходимо приложить большую силу, чтобы снизить скорость мяча до нуля или изменить его импульс. Когда игрок опускает руки, время, необходимое для остановки мяча, увеличивается, и, следовательно, требуется меньшее усилие, чтобы вызвать такое же изменение количества движения мяча. Поэтому руки у игрока не травмированы.
- Каратэ одним ударом разбивает груды плиток или кирпичей. Когда каратист ударяет руками по стопкам плиток, он делает это как можно быстрее. Другими словами, время, необходимое для удара по стопкам плиток, очень мало. Поскольку импульс руки игрока в карате уменьшается до нуля, когда его руки ударяют по стопке плиток за очень-очень небольшой промежуток времени, то на стопку плиток действует очень большая сила. Этой силы хватит, чтобы сломать стопку плиток.
Третий закон движения Ньютона
Третий закон движения гласит, что для каждого действия существует равная и противоположная реакция, которая действует с тем же импульсом и противоположной скоростью. Утверждение означает, что при каждом взаимодействии на два взаимодействующих объекта действует пара сил. Величина силы, действующей на первый объект, равна силе силы, действующей на второй объект. Направление силы на первый объект противоположно направлению силы на второй объект. Силы всегда приходят парами - равными и противоположными парами сил действие-противодействие.
Ниже приведены некоторые приложения третьего закона движения Ньютона:
- Когда воздух вырывается из воздушного шара, происходит обратная реакция: воздушный шар взлетает.
- Когда вы прыгаете с трамплина, вы отталкиваетесь от трамплина. Доска отскакивает и поднимает вас в воздух.
- Подумайте, как рыба плавает по воде. Рыба плавниками отталкивает воду назад. Вода также толкает рыбу вперед, продвигая рыбу по воде. Величина силы, действующей на воду, равна величине силы, действующей на рыбу; направление силы, действующей на воду (назад), противоположно направлению силы, действующей на рыбу (вперед). Для каждого действия существует равная (по величине) и противоположная (по направлению) сила противодействия. Пара сил действие-реакция позволяет рыбам плавать.
- Рассмотрим летающие движения птиц. Птица летает с помощью крыльев. Крылья птицы толкают воздух вниз. Поскольку силы возникают в результате взаимного взаимодействия, воздух также должен подталкивать птицу вверх. Величина силы, действующей в воздухе, равна величине силы, действующей на птицу; направление силы, действующей в воздухе (вниз), противоположно направлению силы, действующей на птицу (вверх). Эти пары сил действие-противодействие позволяют птицам летать.
