Νόμοι της Κίνησης του Νεύτωνα

Νόμοι κίνησης του Νεύτωνα είναι τρεις νόμοι της κλασικής μηχανικής που περιγράφουν τη σχέση μεταξύ της κίνησης ενός αντικειμένου και των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό.

1. Ένα σώμα σε κίνηση παραμένει σε κίνηση ή ένα σώμα σε ηρεμία παραμένει σε ηρεμία, εκτός εάν ασκηθεί από κάποια δύναμη.
2. Η δύναμη ισούται με επιτάχυνση μάζας χρόνου:F =m*a. Ή, ο ρυθμός μεταβολής της ορμής ενός σώματος ισούται με τη δύναμη που ασκείται σε αυτό:F =Δp/Δt.
3. Για κάθε ενέργεια, υπάρχει μια ίση και αντίθετη αντίδραση.

Ιστορικό

Ο Sir Isaac Newton περιγράφει τους τρεις νόμους της κίνησης στο βιβλίο του το 1687 Philosophiae Naturalis Principia Mathematica . Το Principia περιγράφει επίσης τη θεωρία της βαρύτητας. Ενώ η Θεωρία της Σχετικότητας ισχύει για αντικείμενα που κινούνται κοντά στην ταχύτητα του φωτός, οι νόμοι του Νεύτωνα λειτουργούν καλά υπό κανονικές συνθήκες.

Πρώτος νόμος του Νεύτωνα – Αδράνεια

Ένα αντικείμενο σε ηρεμία παραμένει σε ηρεμία ή ένα αντικείμενο σε κίνηση παραμένει σε κίνηση με σταθερή ταχύτητα και σε ευθεία γραμμή, εκτός εάν ενεργείται από μη ισορροπημένη δύναμη.

Βασικά, ο πρώτος νόμος περιγράφει την αδράνεια, η οποία είναι η αντίσταση ενός σώματος σε μια αλλαγή στην κατάσταση κίνησής του. Εάν δεν ασκείται καθαρή δύναμη σε ένα σώμα (όλες οι εξωτερικές δυνάμεις ακυρώνονται), τότε το αντικείμενο διατηρεί σταθερή ταχύτητα. Ένα ακίνητο αντικείμενο έχει ταχύτητα μηδέν, ενώ ένα κινούμενο σώμα έχει μη μηδενική ταχύτητα. Μια εξωτερική δύναμη που επιδρά σε ένα αντικείμενο αλλάζει την ταχύτητά του.

Ακολουθούν μερικά παραδείγματα του πρώτου νόμου του Νεύτωνα:

• Μια μπάλα που πέφτει συνεχίζει να πέφτει
• Αν αφήσετε ένα κινούμενο καρότσι, αυτό θα συνεχίσει να κυλάει (τελικά σταμάτησε λόγω τριβής)
• Ένα μήλο που στηρίζεται σε ένα τραπέζι δεν κινείται αυθόρμητα

Δεύτερος Νόμος του Νεύτωνα – Δύναμη

Ο ρυθμός μεταβολής της ορμής ενός αντικειμένου ισούται με τη δύναμη που ασκείται σε αυτό ή η ασκούμενη δύναμη ίση με τη μάζα ενός αντικειμένου επί την επιτάχυνσή του.

Οι δύο εξισώσεις για τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα είναι:

F =m*a

F =Δp/Δt

Εδώ, F είναι η ασκούμενη δύναμη, m είναι μάζα, a είναι επιτάχυνση, p είναι ορμή και t είναι χρόνος. Σημειώστε ότι ο δεύτερος νόμος μας λέει ότι μια εξωτερική δύναμη επιταχύνει ένα αντικείμενο. Το μέγεθος της επιτάχυνσης είναι αντιστρόφως ανάλογο με τη μάζα του, επομένως είναι πιο δύσκολο να επιταχυνθεί ένα βαρύτερο αντικείμενο από ένα ελαφρύτερο. Ο δεύτερος νόμος υποθέτει ότι ένα αντικείμενο έχει σταθερή μάζα (κάτι που δεν συμβαίνει πάντα στη σχετικιστική φυσική).

Ακολουθούν παραδείγματα του δεύτερου νόμου του Νεύτωνα:

• Χρειάζεται περισσότερη προσπάθεια για να μετακινήσετε ένα βαρύ κουτί παρά ένα ελαφρύ.
• Ένα φορτηγό χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να σταματήσει από ένα αυτοκίνητο.
• Πονάει περισσότερο το χτύπημα με ένα γρήγορο μπέιζμπολ παρά με ένα αργό. Κάθε μπάλα έχει την ίδια μάζα, αλλά η δύναμη εξαρτάται από την επιτάχυνση.

Τρίτος νόμος του Νεύτωνα – Δράση και Αντίδραση

Όταν ένα αντικείμενο ασκεί δύναμη σε ένα δεύτερο αντικείμενο, το δεύτερο αντικείμενο ασκεί ίση και αντίθετη δύναμη στο πρώτο αντικείμενο.

Για κάθε δράση, υπάρχει μια ίση και αντίθετη αντίδραση. Έτσι, αν τοποθετήσετε ένα μήλο σε ένα τραπέζι, το τραπέζι πιέζει προς τα πάνω στο μήλο με δύναμη ίση με τη μάζα του μήλου επί την επιτάχυνση που οφείλεται στη βαρύτητα. Αυτό μπορεί να είναι δύσκολο να το οπτικοποιήσουμε, αλλά υπάρχουν πιο προφανή παραδείγματα του τρίτου νόμου του Νεύτωνα:

• Αν φοράτε πατίνια και σπρώχνετε ένα άλλο άτομο που φοράει πατίνια, κινείστε και οι δύο.
• Ένας κινητήρας τζετ παράγει ώθηση. Καθώς τα καυτά αέρια εξέρχονται από τον κινητήρα, μια ίση δύναμη σπρώχνει τον πίδακα προς τα εμπρός.

Αναφορές

• Halliday, David; Krane, Kenneth S.; Resnick, Robert (2001). Τόμος Φυσικής 1 (5η έκδ.). Wiley. ISBN 978-0471320579.
• Knight, Randall D. (2008). Φυσική για επιστήμονες και μηχανικούς:μια στρατηγική προσέγγιση (2η έκδ.). Άντισον-Γουέσλι. ISBN 978-0805327366.
• Plastino, Angel R.; Muzzio, Juan C. (1992). «Σχετικά με τη χρήση και την κατάχρηση του δεύτερου νόμου του Νεύτωνα για προβλήματα μεταβλητής μάζας». Ουράνια Μηχανική και Δυναμική Αστρονομία . 53 (3):227–232. doi:10.1007/BF00052611
• Thornton, Stephen T.; Marion, Jerry B. (2004). Κλασική δυναμική του P άρθρα και συστήματα (5η έκδ.). Μπρουκ Κόουλ. ISBN 0-534-40896-6.