Рух є основною темою в механіці.
Існують різні закони, що пояснюють рух і причини змін у русі. Найвідоміший із цих законів руху був запропонований сером Ісаком Ньютоном. Він склав три закони руху в "Математичних принципах натурфілософії" (опубліковано в 1687 р.).
Перш ніж ми почнемо обговорювати закони руху Ньютона, давайте розглянемо деякі основні терміни та поняття, які використовуються для опису руху.
Сила - це поштовх чи потяг, який діє на предмет, щоб рухати його або змінювати його рух.
Швидкість також відома як швидкість. На швидкість руху об’єкта впливають сили.
Прискорення - це міра того, наскільки швидкість об’єкта змінюється за певний час (одну секунду).
Маса - це кількість чогось, що присутнє, і вимірюється в грамах або кілограмах.
Імпульс - це загальна кількість рухів, присутніх у тілі.
Перший закон руху Ньютона
Тіло продовжує перебувати в стані спокою або рівномірному русі по прямій, якщо на нього не прикладена зовнішня сила. Будь ми натискаємо на педалі велосипеда, щоб піднятися на пагорб, натискаємо на землю, щоб йти до парку, або натягуємо на застряглий ящик, щоб відкрити його, сила, яку ми докладаємо, змушує речі рухатися. Перший закон Ньютона говорить нам, що коли діє нульова чиста сила, швидкість об’єкта повинна залишатися незмінною. Якщо предмет стоїть на місці, він продовжує стояти на місці. Якщо воно рухається спочатку, воно продовжує рухатися по прямій з постійною швидкістю.
Перший закон Ньютона визначає інерцію і справедливо називається Законом інерції . Щоб витягти кетчуп із дна пляшки для кетчупу, його часто перевертають догори дном і штовхають вниз на високій швидкості, а потім різко зупиняють.
Деякі додатки першого закону руху Ньютона наведені нижче:
- Для того, щоб безпечно зловити рухомий автобус, ми повинні бігти вперед у напрямку руху автобуса.
- Всякий раз, коли потрібно зістрибнути з рухомого автобуса, ми повинні завжди бігти на невелику відстань після стрибка на дорогу, щоб запобігти падінню в прямому напрямку.
- Кров приливає з голови до ніг, швидко зупиняючись, коли їдете на ліфті, що спускається вниз.
- Головку молотка можна затягнути на дерев'яну ручку, вдарившись дном рукоятки об тверду поверхню.
- Підголівники розміщуються в автомобілях, щоб запобігти травмам хлистом під час зіткнень ззаду.
- Під час їзди на скейтборді (або на фургоні, або на велосипеді) ви летите вперед з борту, коли б’єтеся об бордюр або камінь або інший предмет, який різко зупиняє рух скейтборду.
Другий закон руху Ньютона
Згідно з другим законом руху Ньютона, швидкість зміни імпульсу прямо пропорційна прикладеній силі, і ця зміна завжди відбувається у напрямку прикладеної сили. Чиста сила, що діє на об'єкт, дорівнює добутку маси об'єкта та його прискорення.
Чиста сила = маса * прискорення або F = ma
Чим більше маса об’єкта, тим більше сили руху потрібно використовувати для його переміщення.
Нижче наведено деякі додатки другого закону руху Ньютона:
- Якщо ви використовуєте ту саму силу, щоб штовхнути вантажівку та штовхнути автомобіль, машина матиме більше розгону, ніж вантажівка, оскільки вантажівка має меншу масу.
- Легше проштовхнути порожній кошик, ніж повний, оскільки повний кошик має більше маси, ніж порожній. Це означає, що для натискання повної кошики для покупок потрібна більша сила.
- Гравець у крикет опускає руки, ловлячи м’яч. Якщо гравець не опускає руки, ловлячи м'яч, час зупинки м'яча дуже малий. Отже, потрібно прикласти велику силу, щоб зменшити швидкість кульки до нуля або змінити імпульс кульки. Коли гравець опускає руки, час, необхідний для зупинки м'яча, збільшується, а отже, потрібно застосовувати менше сили, щоб викликати таку ж зміну імпульсу м'яча. Тому руки гравця не травмовані.
- Каратист одним ударом розбиває купи плитки або цегли. Коли гравець карати б'є руками по купу плиток, він робить це якомога швидше. Іншими словами, часу, необхідного для удару по купі плиток, дуже мало. Оскільки імпульс руки каратиста зменшується до нуля, коли його руки б'ються по кучах плиток за дуже малий проміжок часу, отже, дуже велика сила діє на купу плиток. Цієї сили вистачає, щоб розбити купу плитки.
Третій закон руху Ньютона
Третій закон руху говорить, що на кожну дію існує рівна і протилежна реакція, яка діє з однаковим імпульсом та протилежною швидкістю. Твердження означає, що в кожній взаємодії існує пара сил, що діють на два взаємодіючих об'єкти. Розмір сил на перший об'єкт дорівнює розміру сили на другий об'єкт. Напрямок сили на перший предмет протилежний напрямку сили на другий предмет. Сили завжди приходять попарно - рівні та протилежні пари сил дії і реакції.
Нижче наведено деякі приклади третього закону руху Ньютона:
- Коли повітря виривається з повітряної кулі, протилежна реакція полягає в тому, що повітряна куля підлітає вгору.
- Коли ви пірнаєте з водолазної дошки, ви натискаєте на трамплін. Дошка пружинить назад і змушує вас піднятися в повітря.
- Подумайте, як риба плаває по воді. Риба використовує плавники, щоб відштовхнути воду назад. Вода також штовхає рибу вперед, рухаючи рибу через воду. Розмір сили на воду дорівнює величині сили на рибу; напрямок сили на воду (назад) протилежний напрямку сили на рибу (вперед). Для кожної дії існує однакова (за розміром) і протилежна (за напрямком) сила реакції. Пари дій-реакції дозволяють рибам плавати.
- Розглянемо рух літаючих птахів. Птах літає, використовуючи крила. Крила птаха штовхають повітря вниз. Оскільки сили виникають внаслідок взаємної взаємодії, повітря також повинно штовхати птицю вгору. Розмір сили на повітря дорівнює величині сили на птицю; напрямок сили в повітрі (вниз) протилежний напрямку сили на птицю (вгору). Ці пари сили дії-реакції дають можливість птахам літати.
