Fizika kaip mokslas, tiriantis mūsų Visatos dėsnius, taikanti standartinę tyrimo metodiką ir tam tikrą matavimo vienetų sistemą. Jėgos vienetas paprastai vadinamas N (niutonas). Kas yra jėga, kaip ją rasti ir išmatuoti? Išsamiau išnagrinėkime šią problemą.
Įdomu iš istorijos
Izaokas Niutonas yra puikus XVII amžiaus anglų mokslininkas, įnešęs neįkainojamą indėlį į tiksliųjų matematikos mokslų plėtrą. Būtent jis yra klasikinės fizikos protėvis. Jam pavyko aprašyti dėsnius, valdančius tiek didžiulius dangaus kūnus, tiek vėjo nešamus smulkius smėlio grūdelius. Vienas pagrindinių jo atradimų – visuotinės gravitacijos dėsnis ir trys pagrindiniai mechanikos dėsniai, apibūdinantys kūnų sąveiką gamtoje. Vėliau kiti mokslininkai sugebėjo išvesti trinties, poilsio ir slydimo dėsnius tik dėl Izaoko Niutono mokslinių atradimų.
Šiek tiek teorijos
Fizikinis dydis buvo pavadintas mokslininko vardu. Niutonas yra jėgos vienetas. Pats jėgos apibrėžimas gali būti apibūdintas taip: „jėga yra kiekybinis kūnų sąveikos matas arba dydis,kuri apibūdina kūnų intensyvumo ar įtampos laipsnį."
Jėga matuojama niutonais dėl priežasties. Būtent šis mokslininkas sukūrė tris nepajudinamus „galios“dėsnius, aktualius iki šiol. Panagrinėkime juos su pavyzdžiais.
Pirmasis įstatymas
Norėdami visiškai suprasti klausimus: "Kas yra niutonas?", "Kokio matavimo vienetas?" ir "Kokia jo fizinė reikšmė?", verta atidžiai išstudijuoti tris pagrindinius mechanikos dėsnius.
Pirmasis sako, kad jei kūno nepaveiks kiti kūnai, tai jis bus ramybės būsenoje. Ir jei kūnas judėjo, tada, jei su juo nebus atliktas joks veiksmas, jis ir toliau tolygiai judės tiesia linija.
Įsivaizduokite, kad tam tikra tam tikros masės knyga guli ant lygaus stalo paviršiaus. Pažymėdami visas jį veikiančias jėgas, gauname, kad tai gravitacijos jėga, kuri nukreipta vertikaliai žemyn, ir atramos (šiuo atveju stalo) reakcijos jėga, nukreipta vertikaliai į viršų. Kadangi abi jėgos subalansuoja viena kitos veiksmus, gaunamos jėgos dydis lygus nuliui. Pagal pirmąjį Niutono dėsnį, tai yra priežastis, kodėl knyga yra ramybės būsenoje.
Antrasis įstatymas
Jis apibūdina ryšį tarp kūną veikiančios jėgos ir pagreičio, kurį jis gauna dėl veikiančios jėgos. Izaokas Niutonas, formuluodamas šį dėsnį, pirmasis naudojo pastovią masės reikšmę kaip kūno inercijos ir inercijos pasireiškimo matą. Jie vadinami inercijakūnų gebėjimas arba savybė išlaikyti savo pradinę padėtį, ty atsispirti išoriniams poveikiams.
Antrasis dėsnis dažnai apibūdinamas tokia formule: F=am; čia F yra visų kūnui veikiančių jėgų rezultatas, a yra kūno priimtas pagreitis, o m yra kūno masė. Jėga galiausiai išreiškiama kgm/s2 . Ši išraiška paprastai žymima niutonais.
Kas yra niutonas fizikoje, koks yra pagreičio apibrėžimas ir kaip jis susijęs su jėga? Į šiuos klausimus atsako antrojo mechanikos dėsnio formulė. Reikėtų suprasti, kad šis dėsnis veikia tik tiems kūnams, kurie juda daug mažesniu nei šviesos greitis. Esant greičiui, artimam šviesos greičiui, veikia šiek tiek kitokie dėsniai, pritaikyti specialioje fizikos dalyje apie reliatyvumo teoriją.
Trečiasis Niutono dėsnis
Tai bene labiausiai suprantamas ir paprasčiausias dėsnis, apibūdinantis dviejų kūnų sąveiką. Jis sako, kad visos jėgos atsiranda poromis, tai yra, jei vienas kūnas veikia kitą tam tikra jėga, tai antrasis kūnas, savo ruožtu, taip pat veikia pirmąjį ta pačia jėga.
Pati mokslininkų dėsnio formuluotė yra tokia: "… dviejų vienas kito kūnų sąveika yra lygi viena kitai, bet nukreipta priešingomis kryptimis."
Išsiaiškinkime, kas yra niutonas. Todėl fizikoje įprasta viską svarstyti apie konkrečius reiškiniusŠtai keletas pavyzdžių, apibūdinančių mechanikos dėsnius.
- Vandens paukščiai, kaip antys, žuvys ar varlės, juda vandenyje arba juo tiksliai sąveikaudami su juo. Trečiasis Niutono dėsnis sako, kad vienam kūnui veikiant kitą, visada atsiranda priešprieša, kuri savo jėga prilygsta pirmajam, bet nukreipta priešinga kryptimi. Remdamiesi tuo, galime daryti išvadą, kad ančių judėjimas atsiranda dėl to, kad jos letenomis stumia vandenį atgal, o pačios plaukia į priekį dėl vandens reakcijos.
- Voverės ratas yra puikus trečiojo Niutono dėsnio įrodymo pavyzdys. Turbūt visi žino, kas yra voverės ratas. Tai gana paprastas dizainas, primenantis ir ratą, ir būgną. Jis sumontuotas narvuose, kad galėtų lakstyti tokie augintiniai kaip voverės ar dekoratyvinės žiurkės. Dviejų kūnų, rato ir gyvūno, sąveika priverčia abu šiuos kūnus judėti. Be to, kai voverė bėga greitai, tada ratas sukasi dideliu greičiu, o kai sulėtėja, ratas pradeda suktis lėčiau. Tai dar kartą įrodo, kad veiksmas ir priešprieša visada yra lygūs vienas kitam, nors ir nukreipti priešingomis kryptimis.
- Viskas, kas juda mūsų planetoje, juda tik dėl Žemės „reagavimo veiksmų“. Atrodytų keista, bet iš tikrųjų eidami tik stengiamės nustumti žemę ar kitą paviršių. Ir mes judame į priekį, nes žemė mus stumia atsakydama.
Kas yra niutonas: matavimo vienetas arbafizinis kiekis?
Pats „niutono“apibrėžimas gali būti apibūdintas taip: „tai jėgos vienetas“. Bet kokia jo fizinė prasmė? Taigi, remiantis antruoju Niutono dėsniu, tai yra išvestinis dydis, kuris apibrėžiamas kaip jėga, galinti pakeisti kūno, kurio masė yra 1 kg, greitį 1 m / s per 1 sekundę. Pasirodo, niutonas yra vektorinis dydis, tai yra, jis turi savo kryptį. Kai mes taikome jėgą objektui, pavyzdžiui, stumdami duris, kartu nustatome judėjimo kryptį, kuri pagal antrąjį dėsnį bus tokia pati kaip jėgos kryptis.
Jei vadovausitės formule, paaiškės, kad 1 Niutonas=1 kgm/s 2 . Sprendžiant įvairius mechanikos uždavinius, labai dažnai tenka niutonus konvertuoti į kitus dydžius. Kad būtų patogiau, ieškant tam tikrų reikšmių, rekomenduojama atsiminti pagrindines tapatybes, jungiančias niutonus su kitais vienetais:
- 1 H=105 dyne (dinas yra matavimo vienetas CGS sistemoje);
- 1 N=0,1 kgf (kilogramo jėga yra jėgos vienetas ICSS sistemoje);
- 1 H=10 -3 sten bet koks kūnas, sveriantis 1 toną).
Visuotinės gravitacijos dėsnis
Vienas iš svarbiausių mokslininko atradimų, pavertusių mūsų planetos idėją, yra Niutono gravitacijos dėsnis (kas yra gravitacija, skaitykite toliau). Žinoma, prieš jį buvo bandoma įminti traukos paslaptįŽemė. Pavyzdžiui, Johannesas Kepleris pirmasis pasiūlė, kad ne tik Žemė turi patrauklią jėgą, bet ir patys kūnai gali pritraukti Žemę.
Tačiau tik Niutonas sugebėjo matematiškai įrodyti ryšį tarp gravitacijos ir planetų judėjimo dėsnio. Po daugybės eksperimentų mokslininkas suprato, kad iš tikrųjų ne tik Žemė traukia prie savęs objektus, bet ir visi kūnai traukia vienas prie kito. Jis išvedė gravitacijos dėsnį, kuris teigia, kad bet kurie kūnai, įskaitant dangaus kūnus, traukiami jėga, lygia G (gravitacijos konstantos) ir abiejų kūnų masių sandaugai m1 m 2 padalytas iš R2 (atstumo tarp kūnų kvadratas).
Visi Niutono išvesti dėsniai ir formulės leido sukurti vientisą matematinį modelį, kuris iki šiol naudojamas tyrinėjant ne tik Žemės paviršių, bet ir toli už mūsų planetos ribų.
Vieneto konversija
Spręsdami uždavinius, turėtumėte atsiminti standartinius SI priešdėlius, kurie taip pat naudojami "niutono" matavimo vienetams. Pavyzdžiui, sprendžiant problemas dėl kosminių objektų, kai kūnų masės yra didelės, labai dažnai reikia supaprastinti dideles reikšmes į mažesnes. Jei sprendimas yra 5000 N, tada bus patogiau parašyti atsakymą 5 kN (kiloNewton) forma. Tokie vienetai yra dviejų tipų: kartotiniai ir daliniai. Štai dažniausiai naudojami: 102 N=1 hektoniutonas (hN); 103 H=1kiloniutonas (kN); 106 N=1 meganiutonas (MN) ir 10-2 N=1 centiniutonas (cN); 10-3 N=1 mililiutonas (mN); 10-9 N=1 nanoniutonas (nN).
