Εφαρμογή των Νόμων Κίνησης του Νεύτωνα
Ο Isaac Newton είναι ένα από τα πιο γνωστά ονόματα στη φυσική και το πιο σημαντικό όταν μελετά την «Κίνηση». Ο Νεύτωνας, ο οποίος έζησε από το 1642 έως το 1727, διατύπωσε τους τρεις νόμους της κίνησης το έτος 1686.
Οι τρεις νόμοι της κίνησης του Νεύτωνα είναι:
Ο πρώτος νόμος της κίνησης του Νεύτωνα:Νόμος της αδράνειας
Ο δεύτερος νόμος της κίνησης του Νεύτωνα:Νόμος της ορμής
Ο Τρίτος Νόμος της Κίνησης του Νεύτωνα:Ο νόμος δράσης-αντίδρασης.
Αυτοί οι τρεις νόμοι καθορίζουν τη συμπεριφορά των αντικειμένων όταν βρίσκονται σε κίνηση, όταν είναι ακίνητα ή όταν ασκείται κάποια δύναμη σε αυτά. Δημοσιεύτηκαν για πρώτη φορά στο βιβλίο του Νεύτωνα Principia Mathematica Philosophiae Naturalis, αυτοί οι νόμοι διαμόρφωσαν τα θεμέλια της μελέτης της κίνησης στη φυσική, μετά τα ευρήματα του Galileo Galilei.
Πρώτος νόμος κίνησης του Νεύτωνα:Νόμος της αδράνειας
Η αδράνεια είναι η ιδιότητα ενός αντικειμένου να παραμένει αμετάβλητο και ανεπηρέαστο εκτός εάν επηρεάζεται διαφορετικά από μια εξωτερική δύναμη. Αυτή είναι η έννοια που καθορίζει τον Πρώτο Νόμο της Κίνησης του Νεύτωνα:τον Νόμο της Αδράνειας.
Με άλλα λόγια, θα μπορούσε να εξηγηθεί ως:
Οποιοδήποτε αντικείμενο βρίσκεται στη θέση ηρεμίας παραμένει σε ηρεμία. (Εδώ, η εφαρμογή εξωτερικής δύναμης είναι μηδέν.)
Όταν ασκείται εξωτερική δύναμη στο αντικείμενο, μόνο τότε αυτό αποκτά κίνηση ή υφίσταται οποιαδήποτε αλλαγή.
Εάν ένα αντικείμενο βρίσκεται ήδη σε κίνηση με μια συγκεκριμένη ταχύτητα προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, θα συνεχίσει να κινείται με την ίδια ταχύτητα προς την ίδια κατεύθυνση, εκτός εάν εξωτερική δύναμη εφαρμόζεται στο αντικείμενο για να αλλάξει είτε την κατεύθυνση ή την ταχύτητά του είτε και τα δύο.
Επομένως, οποιοδήποτε αντικείμενο είτε σε ηρεμία είτε σε κίνηση παραμένει στην αρχική του κατάσταση μέχρι να υποστεί την εφαρμογή μιας καθαρής εξωτερικής δύναμης.
Εφαρμογή των νόμων αδράνειας του Νεύτωνα:Αυτό μπορεί να γίνει κατανοητό μέσω του παρακάτω παραδείγματος. Το παράδειγμα του βιβλίου στο τραπέζι είναι ένα από τα πιο κλασικά παραδείγματα που θα ακούσετε σε μια τάξη φυσικής. Αυτό συμβαίνει επειδή εξηγεί αυτή την έννοια με τον απλούστερο, αλλά και τον πιο αποτελεσματικό τρόπο.
Αυτό το παράδειγμα δηλώνει πώς ένα βιβλίο παραμένει ανεπηρέαστο όταν είναι ξαπλωμένο σε ένα τραπέζι, εκτός εάν ασκηθεί εξωτερική δύναμη σε αυτό για να προκαλέσει κίνηση.
Δεύτερος νόμος κίνησης του Νεύτωνα:Νόμος της ορμής
Ο δεύτερος νόμος της κίνησης του Νεύτωνα - ο νόμος της ορμής - δηλώνει ότι ο ρυθμός μεταβολής της ορμής ενός αντικειμένου και η δύναμη που ασκείται στο αντικείμενο μοιράζονται μια ευθέως ανάλογη σχέση. Εδώ, η κατεύθυνση της καθαρής δύναμης που εφαρμόζεται καθορίζει την κατεύθυνση της ορμής.
Αυτός ο νόμος, γνωστός και ως νόμος της επιτάχυνσης μάζας, μπορεί επίσης να γίνει κατανοητός με άλλο τρόπο. Το μέγεθος της δύναμης που εφαρμόζεται στο αντικείμενο καθώς και η μάζα του είναι σημαντικές οντότητες που καθορίζουν την επιτάχυνσή του. Η δύναμη που θα ασκηθεί στο αντικείμενο μπορεί να υπολογιστεί μέσω του γινόμενου της μάζας και της επιτάχυνσής του.
Ο τύπος είναι:
F =m.a
Δύναμη =μάζα.επιτάχυνση
Εδώ, μια υψηλότερη δύναμη οδηγεί σε μεγαλύτερη επιτάχυνση για ένα αντικείμενο με την ίδια μάζα.
Ως παράδειγμα μιας καθημερινής εφαρμογής του νόμου της μάζας και της επιτάχυνσης του Νεύτωνα, ας δούμε αυτήν την κατάσταση:γιατί τα ελαφρύτερα αντικείμενα κινούνται με ταχύτερο ρυθμό επιτάχυνσης; Είναι λόγω της εφαρμογής των νόμων της μάζας και της επιτάχυνσης του Νεύτωνα.
Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα θα ήταν:Ένα καλάθι αγορών, όταν είναι άδειο (δηλαδή όταν η μάζα είναι μικρότερη), απαιτεί μικρότερη δύναμη για να κινηθεί ομαλά και γρήγορα. Ωστόσο, καθώς αποκτά μάζα γεμίζοντας με αντικείμενα, χρειάζεται πολύ μεγαλύτερη ποσότητα εξωτερικής δύναμης για να αποκτήσει τον ίδιο ρυθμό επιτάχυνσης με παλαιότερα.
Τρίτος νόμος κίνησης του Νεύτωνα:Ο νόμος δράσης-αντίδρασης
Ο Τρίτος Νόμος της Κίνησης του Νεύτωνα - ο νόμος δράσης-αντίδρασης - δηλώνει τη σχέση μεταξύ δράσης και αντίδρασης. Λέει ότι για κάθε δράση, υπάρχει πάντα μια ίση και αντίθετη αντίδραση.
Για την εφαρμογή των νόμων κίνησης του Νεύτωνα, ας πάρουμε ένα καθημερινό παράδειγμα αυτής της έννοιας. Όταν ξαπλώνετε στο κρεβάτι σας, εφαρμόζονται δύο είδη δυνάμεων. Η πρώτη δύναμη είναι αυτή που ασκεί το σώμα σας στο στρώμα όταν ξαπλώνετε σε αυτό. Η δεύτερη δύναμη είναι ένας μηχανισμός αντίδρασης σε αυτή τη δύναμη που το στρώμα σπρώχνει προς τα πίσω για να συγκρατήσει το σώμα σας πάνω στην επιφάνειά του ενώ προσαρμόζεται στο σχήμα και τα αυξημένα σημεία πίεσης.
Αν αυτές οι πιέσεις ήταν άνισες, για παράδειγμα:
· Εάν το σώμα ασκεί περισσότερη πίεση στο στρώμα από ό,τι το στρώμα στο σώμα, το στρώμα θα παραμορφωθεί ή θα ισοπεδωθεί.
· Εάν το στρώμα ασκεί περισσότερη πίεση στο σώμα από ό,τι το σώμα στο στρώμα, θα λειτουργήσει ως σκληρή επιφάνεια, χωρίς να παίρνει το σχήμα του σώματος και να διατηρεί το αρχικό του σχήμα παντού.
Ως εκ τούτου, μπορούμε να πούμε ότι οι ασκούμενες δυνάμεις και από τα δύο αντικείμενα είναι ίσες.
Μπορούμε επίσης να πούμε ότι οι ασκούμενες δυνάμεις εφαρμόζονται προς την αντίθετη κατεύθυνση μεταξύ τους, για να δημιουργήσουν μια ισορροπία και να κρατηθούν η μία ενάντια στην άλλη. Η δύναμη που ασκείται από το σώμα σας στο στρώμα είναι προς την κατεύθυνση προς τα κάτω, ενώ η δύναμη που ασκείται από το στρώμα στο σώμα σας είναι προς την κατεύθυνση προς τα πάνω.
Επομένως, αυτός ο συνδυασμός δυνάμεων δεν είναι μόνο ίσος αλλά και σε αντίθετη κατεύθυνση μεταξύ τους.
Καθημερινές εφαρμογές των Νόμων Κίνησης του Νεύτωνα
Εκτός από τα παραδείγματα που αναφέρθηκαν προηγουμένως των εφαρμογών των νόμων κίνησης του Νεύτωνα, εδώ είναι μερικά άλλα κοινά καθημερινά παραδείγματα:
Μια εξωτερική δύναμη, όπως η δύναμη του νερού στα βραχώδη μονοπάτια σε ορεινές περιοχές κατά τη διάρκεια βροχοπτώσεων, μπορεί να προκαλέσει την κίνηση των κατά τα άλλα ακίνητα βράχια, εκτός εάν χτυπήσουν κάποιο χτύπημα στο μονοπάτι για να σταματήσουν, ή η δύναμη, δηλαδή η βροχή, σταματά. Αυτό μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σύμφωνα με τον πρώτο νόμο της κίνησης - τον νόμο της αδράνειας.
Τα αγωνιστικά αυτοκίνητα είναι ειδικά σχεδιασμένα με ελαφρύ σχεδιασμό. Έτσι, όσο μικρότερη είναι η μάζα, τόσο μικρότερη δύναμη απαιτείται για να αποκτήσετε υψηλή επιτάχυνση. Επομένως, αυτό είναι ένα παράδειγμα του Νόμου της Ορμής – του δεύτερου νόμου της κίνησης.
Ο μηχανισμός κολύμβησης περιλαμβάνει το νερό να σπρώχνει το άτομο προς τα εμπρός, ενώ το άτομο σπρώχνει πίσω στο νερό για να αποκτήσει ορμή. Εδώ αυτές είναι και ίσες και αντίθετες δυνάμεις, επομένως ο Νόμος Δράσης-Αντίδρασης λειτουργεί.
Συμπέρασμα
Μετά την ολοκλήρωση αυτού του μαθήματος, θα πρέπει να γνωρίζετε καλά τις ακόλουθες έννοιες:Οι τρεις νόμοι της κίνησης του Νεύτωνα. Ο Πρώτος Νόμος της Κίνησης του Νεύτωνα – Νόμος της Αδράνειας. Δεύτερος Νόμος Κίνησης του Νεύτωνα – Νόμος της Ορμής. Τρίτος Νόμος Κίνησης του Νεύτωνα – Ο νόμος δράσης-αντίδρασης.
