Rörelse är ett stort ämne inom mekanik.
Det finns olika lagar som förklarar rörelse och orsakerna till förändringar i rörelse. Den mest kända av dessa rörelselagar föreslogs av Sir Issac Newton. Han sammanställde de tre rörelselagarna i Mathematical Principles of Natural Philosophy (publicerad 1687).
Innan vi börjar diskutera Newtons rörelselagar, låt oss titta på vissa grundläggande termer och begrepp som används för att beskriva rörelse.
Kraft är ett tryck eller ett drag som verkar på ett föremål för att flytta det eller för att ändra dess rörelse.
Hastighet är också känd som hastighet. Ett föremåls hastighet påverkas av krafter.
Acceleration är ett mått på hur mycket hastighet ett föremål förändras under en viss tid (en sekund).
Massa är mängden av något närvarande och mäts i gram eller kilogram.
Momentum är den totala mängden rörelse som finns i en kropp.
Newtons första rörelselag
En kropp fortsätter att vara i viloläge eller i enhetlig rörelse längs en rak linje om inte en yttre kraft appliceras på den. Oavsett om vi trycker på cykelpedalerna för att komma upp för backen, trycker på marken för att gå till parken eller drar i en låda som har fastnat för att få den att öppnas, kraften vi utövar får saker att röra sig. Newtons första lag säger att när en nettokraft noll verkar måste föremålets hastighet förbli konstant. Om föremålet står stilla fortsätter det att stå stilla. Om den rör sig initialt, fortsätter den att röra sig i en rak linje med konstant hastighet.
Newtons första lag definierar tröghet och kallas med rätta Tröghetslagen . För att få bort ketchup från botten av en ketchupflaska vänds den ofta upp och ner och trycks nedåt i hög hastighet och stoppas sedan abrupt.
Några tillämpningar av Newtons första rörelselag är följande:
- För att säkert fånga en buss i rörelse måste vi springa framåt i bussens rörelseriktning.
- Närhelst det krävs att hoppa av en buss i rörelse måste vi alltid springa en kort sträcka efter att ha hoppat på vägen för att förhindra att vi faller i riktning framåt.
- Blodet forsar från ditt huvud till fötterna samtidigt som det snabbt stannar när du åker i en nedåtgående hiss.
- Huvudet på en hammare kan spännas fast på trähandtaget genom att dunkar handtagets botten mot en hård yta.
- Nackstöd är placerade i bilar för att förhindra whiplashskador vid påkörning bakifrån.
- När du åker skateboard (eller vagn eller cykel) flyger du framåt från brädan när du träffar en trottoarkant eller sten eller annat föremål som plötsligt stoppar skateboardens rörelse.
Newtons andra rörelselag
Enligt Newtons andra rörelselag är rörelsemängdens förändringshastighet direkt proportionell mot den applicerade kraften och denna förändring sker alltid i riktning mot den applicerade kraften. Nettokraften som verkar på ett föremål är lika med produkten av föremålets massa och dess acceleration.
Nettokraft = massa * acceleration eller F = ma
Ju mer massa föremålet har desto mer nettokraft måste användas för att flytta det.
Några tillämpningar av Newtons andra rörelselag är följande:
- Om du använder samma kraft för att skjuta en lastbil och knuffa en bil, kommer bilen att ha mer acceleration än lastbilen, eftersom lastbilen har mindre massa.
- Det är lättare att skjuta en tom varukorg än en full eftersom den fulla varukorgen har mer massa än den tomma. Det betyder att det krävs mer kraft för att trycka hela varukorgen.
- En cricketspelare sänker sina händer samtidigt som han fångar bollen. Om en spelare inte sänker sina händer medan han fångar bollen är tiden för att stoppa bollen mycket liten. Så en stor kraft måste appliceras för att minska bollens hastighet till noll eller för att ändra bollens rörelsemängd. När en spelare sänker sina händer ökar tiden det tar att stoppa bollen och därför måste mindre kraft appliceras för att orsaka samma förändring i bollens momentum. Därför är spelarens händer inte skadade.
- En karatespelare bryter högarna med brickor eller tegelstenar med ett enda slag. När en karatespelare slår på brickhögarna med händerna gör han det så fort som möjligt, med andra ord är tiden det tar att slå brickhögarna väldigt liten. Eftersom farten i handen för en karatespelare minskar till noll när hans händer slår mot högarna med brickor under ett väldigt litet tidsintervall, utövas därför en mycket stor kraft på brickhögen. Denna kraft räcker för att bryta högen med brickor.
Newtons tredje rörelselag
Den tredje rörelselagen säger att det för varje handling finns en lika och motsatt reaktion som verkar med samma momentum och motsatt hastighet. Uttalandet innebär att det i varje interaktion finns ett kraftpar som verkar på de två samverkande objekten. Storleken på krafterna på det första föremålet är lika med storleken på kraften på det andra föremålet. Kraftens riktning på det första föremålet är motsatt riktningen för kraften på det andra föremålet. Krafter kommer alltid i par - lika och motsatta aktion-reaktion kraftpar.
Några tillämpningar av Newtons tredje rörelselag är följande:
- När luft forsar ut ur en ballong är den motsatta reaktionen att ballongen flyger upp.
- När du dyker från en hoppbräda trycker du ner språngbrädan. Brädan fjädrar tillbaka och tvingar dig upp i luften.
- Tänk på hur fiskar simmar genom vattnet. En fisk använder sina fenor för att trycka vatten bakåt. Vattnet driver också fisken framåt och driver därmed fisken genom vattnet. Storleken på kraften på vattnet är lika med storleken på kraften på fisken; riktningen för kraften på vattnet (bakåt) är motsatt riktningen för kraften på fisken (framåt). För varje åtgärd finns det en lika stor (i storlek) och motsatt (i riktning) reaktionskraft. Action-reaktion kraftpar gör det möjligt för fiskar att simma.
- Tänk på fåglarnas flygande rörelse. En fågel flyger med hjälp av sina vingar. Vingarna på en fågel trycker luft nedåt. Eftersom krafter härrör från ömsesidig interaktion måste luften också trycka fågeln uppåt. Storleken på kraften på luften är lika med storleken på kraften på fågeln; riktningen för kraften på luften (nedåt) är motsatt riktningen för kraften på fågeln (uppåt). Dessa aktion-reaktion kraftpar gör det möjligt för fåglar att flyga.
