Η Φυσική ως επιστήμη που μελετά τους νόμους του Σύμπαντος μας, χρησιμοποιεί μια τυπική μεθοδολογία έρευνας και ένα συγκεκριμένο σύστημα μονάδων μέτρησης. Η μονάδα δύναμης αναφέρεται συνήθως ως N (Newton). Τι είναι η δύναμη, πώς να τη βρείτε και να τη μετρήσετε; Ας εξερευνήσουμε αυτό το ζήτημα με περισσότερες λεπτομέρειες.
Ενδιαφέρον από την ιστορία
Ο Ισαάκ Νεύτων είναι ένας εξαιρετικός Άγγλος επιστήμονας του 17ου αιώνα που συνέβαλε ανεκτίμητη στην ανάπτυξη των ακριβών μαθηματικών επιστημών. Είναι αυτός που είναι ο προπάτορας της κλασικής φυσικής. Κατάφερε να περιγράψει τους νόμους που διέπουν τόσο τα τεράστια ουράνια σώματα όσο και τους μικρούς κόκκους άμμου που παρασύρονται από τον άνεμο. Μία από τις κύριες ανακαλύψεις του είναι ο νόμος της παγκόσμιας έλξης και οι τρεις βασικοί νόμοι της μηχανικής που περιγράφουν την αλληλεπίδραση των σωμάτων στη φύση. Αργότερα, άλλοι επιστήμονες μπόρεσαν να αντλήσουν τους νόμους της τριβής, της ανάπαυσης και της ολίσθησης μόνο χάρη στις επιστημονικές ανακαλύψεις του Ισαάκ Νεύτωνα.
Λίγη θεωρία
Μια φυσική ποσότητα πήρε το όνομά του από έναν επιστήμονα. Ο Νεύτωνας είναι μονάδα δύναμης. Ο ίδιος ο ορισμός της δύναμης μπορεί να περιγραφεί ως εξής: «η δύναμη είναι ένα ποσοτικό μέτρο της αλληλεπίδρασης μεταξύ των σωμάτων ή μια ποσότητα,που χαρακτηρίζει τον βαθμό έντασης ή τάσης των σωμάτων."
Η δύναμη μετριέται σε Newton για κάποιο λόγο. Ήταν αυτός ο επιστήμονας που δημιούργησε τρεις ακλόνητους νόμους «εξουσίας» που είναι σχετικοί μέχρι σήμερα. Ας τα μελετήσουμε με παραδείγματα.
Πρώτος Νόμος
Για πλήρη κατανόηση των ερωτήσεων: "Τι είναι ο Νεύτωνας;", "Η μονάδα μέτρησης τι;" και «Ποια είναι η φυσική του σημασία;», αξίζει να μελετήσετε προσεκτικά τους τρεις βασικούς νόμους της μηχανικής.
Το πρώτο λέει ότι αν το σώμα δεν επηρεάζεται από άλλα σώματα, τότε θα είναι σε ηρεμία. Και αν το σώμα ήταν σε κίνηση, τότε ελλείψει οποιασδήποτε ενέργειας πάνω του, θα συνεχίσει την ομοιόμορφη κίνησή του σε ευθεία γραμμή.
Φανταστείτε ότι ένα συγκεκριμένο βιβλίο με μια συγκεκριμένη μάζα βρίσκεται σε μια επίπεδη επιφάνεια τραπεζιού. Δηλώνοντας όλες τις δυνάμεις που ασκούνται σε αυτό, παίρνουμε ότι αυτή είναι η δύναμη της βαρύτητας, η οποία κατευθύνεται κατακόρυφα προς τα κάτω, και η δύναμη αντίδρασης του υποστηρίγματος (στην περίπτωση αυτή, του πίνακα), που κατευθύνεται κάθετα προς τα πάνω. Εφόσον και οι δύο δυνάμεις εξισορροπούν η μία τις ενέργειες της άλλης, το μέγεθος της προκύπτουσας δύναμης είναι μηδέν. Σύμφωνα με τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα, αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το βιβλίο βρίσκεται σε ηρεμία.
Δεύτερος Νόμος
Περιγράφει τη σχέση μεταξύ της δύναμης που ασκείται σε ένα σώμα και της επιτάχυνσης που δέχεται λόγω της ασκούμενης δύναμης. Ο Ισαάκ Νεύτων, όταν διατύπωσε αυτόν τον νόμο, ήταν ο πρώτος που χρησιμοποίησε τη σταθερή τιμή της μάζας ως μέτρο της εκδήλωσης της αδράνειας και της αδράνειας ενός σώματος. Λένε αδράνειατην ικανότητα ή την ιδιότητα των σωμάτων να διατηρούν την αρχική τους θέση, δηλαδή να αντιστέκονται σε εξωτερικές επιρροές.
Ο δεύτερος νόμος περιγράφεται συχνά με τον ακόλουθο τύπο: F=am; όπου F είναι το αποτέλεσμα όλων των δυνάμεων που ασκούνται στο σώμα, a είναι η επιτάχυνση που δέχεται το σώμα και m είναι η μάζα του σώματος. Η δύναμη εκφράζεται τελικά σε kgm/s2 . Αυτή η έκφραση συνήθως υποδηλώνεται σε Newton.
Τι είναι ο Νεύτωνας στη φυσική, ποιος είναι ο ορισμός της επιτάχυνσης και πώς σχετίζεται με τη δύναμη; Αυτά τα ερωτήματα απαντώνται από τον τύπο του δεύτερου νόμου της μηχανικής. Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι αυτός ο νόμος λειτουργεί μόνο για εκείνα τα σώματα που κινούνται με ταχύτητες πολύ μικρότερες από την ταχύτητα του φωτός. Σε ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός, λειτουργούν ελαφρώς διαφορετικοί νόμοι, προσαρμοσμένοι από ένα ειδικό τμήμα της φυσικής σχετικά με τη θεωρία της σχετικότητας.
Τρίτος νόμος του Νεύτωνα
Αυτός είναι ίσως ο πιο κατανοητός και απλός νόμος που περιγράφει την αλληλεπίδραση δύο σωμάτων. Λέει ότι όλες οι δυνάμεις προκύπτουν σε ζεύγη, δηλαδή εάν ένα σώμα ενεργεί σε ένα άλλο με μια συγκεκριμένη δύναμη, τότε το δεύτερο σώμα, με τη σειρά του, ενεργεί επίσης στο πρώτο με ίση δύναμη.
Η ίδια η διατύπωση του νόμου από τους επιστήμονες είναι η εξής: "… οι αλληλεπιδράσεις δύο σωμάτων μεταξύ τους είναι ίσες μεταξύ τους, αλλά κατευθύνονται σε αντίθετες κατευθύνσεις."
Ας καταλάβουμε τι είναι ο Νεύτωνας. Στη φυσική, είναι συνηθισμένο να εξετάζουμε τα πάντα σε συγκεκριμένα φαινόμεναΑκολουθούν μερικά παραδείγματα που περιγράφουν τους νόμους της μηχανικής.
- Τα υδρόβια πτηνά όπως οι πάπιες, τα ψάρια ή οι βάτραχοι κινούνται μέσα ή μέσα στο νερό ακριβώς αλληλεπιδρώντας μαζί του. Ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα λέει ότι όταν ένα σώμα ενεργεί σε ένα άλλο, εμφανίζεται πάντα μια αντίδραση, η οποία είναι ισοδύναμη σε δύναμη με την πρώτη, αλλά κατευθύνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Με βάση αυτό, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η κίνηση των πάπιων συμβαίνει λόγω του γεγονότος ότι σπρώχνουν το νερό προς τα πίσω με τα πόδια τους και οι ίδιες κολυμπούν προς τα εμπρός λόγω της απόκρισης του νερού.
- Ο τροχός του σκίουρου είναι ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα απόδειξης του τρίτου νόμου του Νεύτωνα. Όλοι πιθανότατα γνωρίζουν τι είναι ο τροχός του σκίουρου. Πρόκειται για ένα αρκετά απλό σχέδιο, που θυμίζει τροχό και τύμπανο. Τοποθετείται σε κλουβιά έτσι ώστε να μπορούν να τρέχουν κατοικίδια όπως σκίουροι ή διακοσμητικοί αρουραίοι. Η αλληλεπίδραση δύο σωμάτων, του τροχού και του ζώου, προκαλεί την κίνηση και των δύο αυτών σωμάτων. Επιπλέον, όταν ο σκίουρος τρέχει γρήγορα, τότε ο τροχός περιστρέφεται με μεγάλη ταχύτητα, και όταν επιβραδύνει, ο τροχός αρχίζει να περιστρέφεται πιο αργά. Αυτό αποδεικνύει για άλλη μια φορά ότι η δράση και η αντεπίδραση είναι πάντα ίσες μεταξύ τους, αν και κατευθύνονται προς αντίθετες κατευθύνσεις.
- Ό,τι κινείται στον πλανήτη μας κινείται μόνο λόγω της «δράσης απόκρισης» της Γης. Μπορεί να φαίνεται περίεργο, αλλά στην πραγματικότητα, όταν περπατάμε, καταβάλλουμε μόνο προσπάθεια για να σπρώξουμε το έδαφος ή οποιαδήποτε άλλη επιφάνεια. Και προχωράμε, γιατί η γη μας σπρώχνει ως απάντηση.
Τι είναι το Newton: μονάδα μέτρησης ήφυσική ποσότητα;
Ο ίδιος ο ορισμός του «νεύτωνα» μπορεί να περιγραφεί ως εξής: «είναι μονάδα δύναμης». Ποια είναι όμως η φυσική του σημασία; Έτσι, βάσει του δεύτερου νόμου του Νεύτωνα, πρόκειται για μια παράγωγη ποσότητα, η οποία ορίζεται ως μια δύναμη ικανή να αλλάξει την ταχύτητα ενός σώματος με μάζα 1 kg κατά 1 m / s σε μόλις 1 δευτερόλεπτο. Αποδεικνύεται ότι το newton είναι ένα διανυσματικό μέγεθος, δηλαδή έχει τη δική του κατεύθυνση. Όταν ασκούμε μια δύναμη σε ένα αντικείμενο, για παράδειγμα, σπρώχνοντας μια πόρτα, ορίζουμε ταυτόχρονα την κατεύθυνση της κίνησης, η οποία, σύμφωνα με τον δεύτερο νόμο, θα είναι ίδια με την κατεύθυνση της δύναμης.
Αν ακολουθήσετε τον τύπο, αποδεικνύεται ότι 1 Newton=1 kgm/s 2 . Κατά την επίλυση διαφόρων προβλημάτων στη μηχανική, είναι πολύ συχνά απαραίτητο να μετατρέπονται τα newton σε άλλες ποσότητες. Για ευκολία, όταν βρίσκετε ορισμένες τιμές, συνιστάται να θυμάστε τις βασικές ταυτότητες που συνδέουν τα newtons με άλλες μονάδες:
- 1 H=105 dyne (το Dyna είναι μονάδα μέτρησης στο σύστημα CGS);
- 1 N=0,1 kgf (το κιλό-δύναμη είναι μονάδα δύναμης στο σύστημα ICSS);
- 1 H=10 -3 sten οποιοδήποτε σώμα βάρους 1 τόνου).
Ο νόμος της παγκόσμιας έλξης
Μία από τις πιο σημαντικές ανακαλύψεις του επιστήμονα, που ανέτρεψε την ιδέα του πλανήτη μας, είναι ο νόμος της βαρύτητας του Νεύτωνα (τι είναι η βαρύτητα, διαβάστε παρακάτω). Φυσικά, πριν από αυτόν υπήρξαν προσπάθειες να ξετυλιχθεί το μυστήριο της έλξηςΓη. Για παράδειγμα, ο Johannes Kepler ήταν ο πρώτος που πρότεινε ότι όχι μόνο η Γη έχει ελκτική δύναμη, αλλά και τα ίδια τα σώματα είναι σε θέση να έλκουν τη Γη.
Ωστόσο, μόνο ο Νεύτωνας κατάφερε να αποδείξει μαθηματικά τη σχέση μεταξύ της βαρύτητας και του νόμου της κίνησης των πλανητών. Μετά από πολλά πειράματα, ο επιστήμονας συνειδητοποίησε ότι στην πραγματικότητα, όχι μόνο η Γη έλκει αντικείμενα προς τον εαυτό της, αλλά όλα τα σώματα έλκονται μεταξύ τους. Εξήγαγε τον νόμο της βαρύτητας, ο οποίος δηλώνει ότι όλα τα σώματα, συμπεριλαμβανομένων των ουράνιων σωμάτων, έλκονται με δύναμη ίση με το γινόμενο της G (σταθερά βαρύτητας) και τις μάζες και των δύο σωμάτων m1 m 2 διαιρούμενο με R2 (το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ των σωμάτων).
Όλοι οι νόμοι και οι τύποι που προέκυψαν από τον Νεύτωνα κατέστησαν δυνατή τη δημιουργία ενός ολοκληρωμένου μαθηματικού μοντέλου, το οποίο εξακολουθεί να χρησιμοποιείται στην έρευνα όχι μόνο στην επιφάνεια της Γης, αλλά και πολύ πέρα από τον πλανήτη μας.
Μετατροπή μονάδας
Κατά την επίλυση προβλημάτων, θα πρέπει να θυμάστε τα τυπικά προθέματα SI, τα οποία χρησιμοποιούνται επίσης για "νευτώνειες" μονάδες μέτρησης. Για παράδειγμα, σε προβλήματα σχετικά με διαστημικά αντικείμενα, όπου οι μάζες των σωμάτων είναι μεγάλες, είναι πολύ συχνά απαραίτητο να απλοποιηθούν οι μεγάλες τιμές σε μικρότερες. Εάν η λύση αποδειχθεί ότι είναι 5000 N, τότε θα είναι πιο βολικό να γράψετε την απάντηση με τη μορφή 5 kN (kiloNewton). Τέτοιες μονάδες είναι δύο τύπων: πολλαπλές και υποπολλαπλάσιες. Εδώ είναι τα πιο χρησιμοποιούμενα: 102 N=1 εκτοΝευτονικό (hN); 103 H=1kiloNewton (kN); 106 N=1 megaNewton (MN) και 10-2 N=1 centiNewton (cN); 10-3 N=1 milliNewton (mN); 10-9 N=1 nanoNewton (nN).
