Hasiberriaren gida Newtonen legeetarako

Newtonen legeak ulertzea: hasiberriaren gida osoa

Newtonen legeak mekanika klasikoaren oinarria dira, eta arauak ematen dituzte objektuak nola mugitzen diren indarren arabera. Sir Isaac Newtonek formulatu zituen XVII. mendean, hiru lege hauek azaltzen dute zergatik irauten duen liburu batek espaziora nola mugitzen den suziri bat. Zure lehen fisika klasea hartzen ari zaren ala oinarrizko ezagutza freskatzeko profesional bat, printzipio horiek menderatzea ezinbestekoa da mundu fisikoa ulertzeko. Gida honetan, hizkuntza arruntean, mundu errealeko adibideak arakatuko ditugu, eta erakutsi zergatik diren oinarrizko zientzia modernoetan.

Testuinguru historikoa: nola aldatu zuen Newtonek fisika

Newtonen aurretik, Aristotelesek uste zuen objektuak berez atsedena hartzen zutela, indar batek etengabe bultzatzen ez bazituen. Galileo Galileik ideia hau zalantzan jarri zuen plano inklinatuetan egindako esperimentuekin, ikusiz mugimenduan dauden objektuek mugimenduan egon ohi dutela marruskadura minimizatzen bada. Newtonek behaketa hauek eta bere lana sintetizatu zituen, eta bere lana sintetizatu zituen, grabitazio unibertsalaren legearekin batera, mugimenduaren hiru legeak argitaratu zituen.

Newtonen ekarpena iraultzailea izan zen, mugimendurako esparrua ekualistikoa eta prediktiboa ematen zuelako. Mugimendu kualitatiboa deskribatu ordez, bere legeek objektu baten abiadura nola aldatuko zuen zehatz-mehatz kalkulatu zuten zientzialariek. Ikuspegi matematiko honek industria-iraultzarako oinarriak ezarri zituen, fisika modernoa eta baita espazio-esploraziorako ere. Gehiago irakurri dezakezu Newtonen bizitza eta metodoak ]Stanford Encyclopedia:FLT:3 edo simulazio interaktiboak aztertzen ditu.

Newtonen lehenengo legearen arabera: Inertziaren legea

Newtonen lehen legeak dio: "Atseden dagoen objektu bat geldi geratzen da, eta mugimenduan dagoen objektu bat abiadura eta norabide berean mugitzen da, baldin eta kanpoko indar desorekatu batek ez badu jarduten". Materiaren propietate honi "FLT:2" izena ematen zaio, edozein objektu fisikoren erresistentzia mugimenduaren egoeran aldaketarako.

Inertziak benetan zer esan nahi duen

Eguneroko esperientzian, objektuak moteltzen eta gelditzen ikusten ditugu denbora guztian: bola birakaria gelditzen da marruskadura dela eta, idazmahaiko geralekuetan liburu irristakorra airearen erresistentzia eta gainazalaren marruskadura dela eta. Baina Lehen Legeak dio kanpoko indar guztiak (frikzioa, arrastatu, grabitatea, etab.) kendu ahal izango bazenitu, objektu bat etengabe mugitzen dela lerro zuzen batean.

Inertia masarekin zuzenean lotuta dago. Zenbat eta masa handiagoa izan objektu batek duen inertzia, eta zenbat eta zailagoa izan mugimendu bat hastea edo gelditzea mugitzea, adibidez, errazagoa da bizikleta bat bultzatzea automobil batek baino, inertzia askoz handiagoa duelako.

Lehen Legearen eguneroko adibideak

Auto bat bat-batean gelditzen denean, zure gorputzak aurrera egiten du inertzia dela eta.
Mahai-zapiaren trikimailua: mahai-zapi bat azkar kentzen baduzu, platerak bere lekuan egoten dira marruskadurak ez duelako astirik izan jarduteko, geldi egoten dira inertzia dela eta.
Autobus batean oreka galtzen baduzu, autobusa bat-batean azkartzen denean, zure gorputza lurrean atseden hartzeko joera du, atzera egin dezazun.

Lehen Legearen funtsezko ikuspegiak

Objektuek ez dute mugitzeko indarrik behar, indarra behar dute beren mugimendua aldatzeko.
Inertia ez da indarra, materiaren jabetza da.
Legeak definitzen du erreferentzia-markoa, legea egia den markoa, alegia, marko bizkortzaileetan (karrusela birakaria bezala), indar fiktitiboak agertzen dira.

Newtonen bigarren legearen arabera: azelerazioaren legea

Newtonen bigarren legeak indarraren, masaren eta azelerazioaren arteko erlazio matematikoa ematen du: F [Tx,2] = m × a . Hemen, F_{netFLT:5]] objektu batean jarduten duen kanpoko indar garbia da ( newtonetan neurtua, N), m objektuaren masa da (kg), eta azeleratua da (m/s2). Lege honek adierazten digu objektu baten abiadura, abiadura motela, norabidea edo norabidea aldatzen denean.}

Formula apurtzen

Indar anitzek norabide ezberdinetan bultza egiten badute, indar sareak mugimendua zehazten du.
]m objektuaren masa inertziala da, azelerazioari zenbat aurre egiten dion adierazten duena.
Azelerazioa da, indar garbia norabide berean seinalatzen duena.

Legeak azelerazioa adierazten du, zuzenki proportzionala da, indar garbiarekiko: indarra bikoiztu, eta azelerazioa bikoiztu (masa berarentzako). Alderantziz, azelerazioa proportzionala da, alderantziz proportzionala, eta masarekiko proportzionala: masa bikoitza, eta azelerazioa erdi (indar berarengatik).

Aplikazio praktikoak

Diseinu bikoizlea: ingeniariek F = ma erabiltzen dute, denbora jakin batean 0tik 60ra auto bat bizkortzeko behar den motorra kalkulatzeko.
Beisbol-pitxele batek pilota bati indarra aplikatzen dio distantzia laburrean, indarra handituz edo masa (dantza arina), azelerazioa, eta horrela azken abiadura, gero eta handiagoa da.
Talka batean, aire-poltsak indarra aplikatzen den denbora handitzeko erabiltzen dira, eta, ondorioz, indarra murriztu egiten da okupatzailean, azelerazioa (eta, beraz, indarra) murriztuz. Hau F = ma-ren aplikazio zuzena da: denbora gehiago, batez besteko indar txikiagoa da aldaketa bera egiteko.
[Gerbek, <[aldatu | aldatu iturburu kodea] Grabitateak beheranzko indar konstantea ematen du, beraz, Lurreko gainazaletik gertu dauden objektu guztiak azeleratzen dira 9,8 m/s2 masa kontuan hartu gabe, airearekiko erresistentziari jaramonik egin gabe. Horregatik, luma eta mailu bat ilargian erortzen dira.

Kalkulu arruntaren adibidea

Demagun 10 kg-ko kutxa bat bultzatzen duzula 50 N-ko indar horizontal garbiarekin. Azelerazioa a = F/m = 50 N / 10 kg = 5 m/s2 da, indarra 100 N-ra bikoizten baduzu, azelerazioa 10 m/s2 izango da. 50 N-tan mantentzen baduzu, baina masa 20 kg-ra bikoizten baduzu, azelerazioa 2,5 m/s2-ra jaisten da.

Matematika eta simulazio tresna sakonagoak lortzeko, ikus Newtonen Bigarren Legerako gida.

Newtonen hirugarren legearen arabera: Ekintza eta erreakzioaren legea

Newtonen hirugarren legeak dio: "Ekintza guztietan, erreakzio berdin eta aurkako bat dago". Horrek esan nahi du indarrak beti bikoteka gertatzen direla. A objektuak B objektuan indar bat egiten duenean, B objektuak aldi berean indar berdina eta aurkako noranzkoa egiten du A objektuan.

Ekintza-ekintzaren bikoteak argitzea

Funtsezkoa da ulertzea bi indarrek ekintza-erreakzio bikote batean jokatzen dutela objektu desberdinetan, eta ez dutela elkar kanporatzen gorputz bereiziei eragiten dietelako. Adibidez, hormaren kontra bultza egitean, indar berarekin atzera egiten du hormari aplikatzen diozun indarrak ez zaitu mugitzen, hormaren kontra egiten duzunak atzera eragiten dizu.

Mundu errealeko adibideak

Zure oina atzerantz bultzatzen du lurrean, lurrak aurrera egiten du zure oinean, eta horrek bultza egiten dizu.
Ura atzerantz bultzatzen duzu, ura aurrera bultzatzen.
Suziri batek ihes-gasak kanporatzen ditu beherantz, ihes-gasak gorantz bultzatzen ditu, espazio hutsean funtzionatzen du, kanpoko airerik behar ez delako, ekintza-erreakzio bikotea suziriaren eta bere ihesaren artean baitago.
Baloia mugituz: oina pilotari indarra aplikatzen zaio, aurrerantz bultzatuz; baloiak indar berdina du oinean (tintak bezala sentitzen zara).

Zergatik ez diren bertan behera uzten ekintza-ekintzaren bikoteak

Ikasle askok uste dute ekintza bakoitzak aurkako erreakzio berdina badu, orduan indar guztiak bertan behera uzten direla eta ezin dela ezer azeleratu. Kontuan hartu behar da bi indarrek objektu desberdinei eragiten dietela. Edozein objektu bakarren indar garbia objektu bakar baten indarren batura dela, objektu horretan jarduten dutenak.

Ohiko ezadostasunak eta argitasunak

Newtonen legeak gaizki ulertuak izaten dira sarritan testuliburuek erraztu egiten dituztelako edo gure eguneroko esperientziak frikzio eta aire erresistentzia bezalako indarrak dituelako portaera idealizatua mozorrotzen dutenak. Hona hemen mito iraunkor batzuk, zuzenduak:

Misconception	Correction
Objects in motion need a force to keep moving.	According to the First Law, objects maintain their velocity unless acted on by a net external force. Friction and air resistance are forces that slow them down.
Heavy objects fall faster than light ones.	In a vacuum, all objects fall at the same acceleration g because the gravitational force (mg) is proportional to mass, so the masses cancel in F=ma. Air resistance can cause different rates, but that’s a separate force.
Action and reaction forces cancel out, so no net motion is possible.	They act on different objects, so they don’t cancel for a single body. The net force on each object determines that object’s acceleration.
Newton’s laws are only true on Earth.	They apply anywhere in the universe, though they break down at very high speeds (near light speed) or very strong gravity (requiring relativity) and at atomic scales (requiring quantum mechanics).

Newtonen legeak gaur egun ere funtsezkoak dira

Newtonen legeak ez dira bakarrik ⁇ historikoak, ingeniaritza-diziplina gehienen oinarria dira, egitura-analisitik robotikara. Zubi bat diseinatzen duzunean, Newtonen legeak erabiliz, habe bakoitzaren indarrak kalkulatzen dituzu. Bideo-joko baterako simulazio bat programatzen duzunean, fisika-motorrak mekanika newtondarra erabiltzen du normalean. Espazio-agentziak ere erabiltzen dituzte lege horiek espazio-ontzientzako ibilbideak marrazteko, nahiz eta zuzenketa erlatibistak gehitzen dituzten zehaztasun handikoak lortzeko.

Gainera, Newtonen legeak fisika sakonagorako sarbidea dira, momentuaren kontserbazio-printzipioak (hirugarren legean oinarrituta) eta energiaren kontserbazioa (lanaren energia-teoreoreoreorearen bidez, zeina Bigarren Legetik dator) zuzenean. Horiek ulertzeak errazten du elektromagnetismoa, termodinamika eta erlatibitate bereziaren oinarriak ulertzea.

Mugak: Newtonen legeak ez direnean aplikatzen

Oso ahaltsuak diren arren, Newtonen legeak ez dira unibertsalak egoera guztietan, hiru erregimen nagusitan apurtzen dira:

Oso abiadura handia da, objektuek argiaren abiadurara hurbiltzen direnean, Einsteinen erlatibitate bereziaren teoria behar da, denbora-dilazioa eta masa-efektu erlatibistak esanguratsuak bihurtzen dira.
Oso eremu grabitatorio indartsuak: zulo beltzen inguruan edo unibertso osoan eskala handietan, erlatibitate orokorrak grabitatea espazio-denboraren kurba gisa deskribatzen du.
Eskala oso txikiak: maila atomiko eta azpiatomikoetan mekanika kuantikoak portaera gobernatzen du. Mekanika newtoniarrak ez ditu azaltzen elektroien orbitalak eta tunel kuantikoak bezalako fenomenoak.

Hala ere, eguneroko fenomeno gehienak, autoak, kirolak, eraikuntzak, eguraldi-sistemak eta satelite- orbitak,Newtonen legeak zehatzak eta nahikoak dira.

Hiru legeen laburpena

Lehen legea (Inertia): Objektuek mugimenduaren aldaketei aurre egiten diete. Geldirik dagoen gorputz bat geldi dago, mugimendu uniformean, kanpoko indar batek ez badu egiten.
Bigarren legea (Force & Acceleration): Objektu baten indar garbia objektuaren masaren berdina da, azelerazioaz biderkatzen dena (F = m × a). Lege honek zehazten du nola eragiten duten indarrek mugimendua.
A objektuaren indar orok A objektuan duen indar guztietan, B objektuak A objektuan indar berdin eta aurkako bat egiten du A objektuan. Indar horiek gorputz ezberdinetan jarduten dute.

Hiru lege hauek menderatzean, ate bat irekitzen da, sagar batetik bestera nola mugitzen den ulertzeko. Etxeko lanak egiten ari zaren ala ez, makina bat diseinatzen edo kafeak bat-batean balaztatzen zarenean zergatik isurtzen den jakin nahi baduzu, Newtonen legeek azalpen argi eta matematikoa ematen dute.

Irakurri gehiago nahi izanez gero, Glenn Research Center-ek azalpen bikaina du, eta BLT:2]]Britannicako sarrera sarrerak sakonera historikoa eskaintzen du.