درک قوانین حرکت نیوتن: راهنمای کامل مبتدی

قوانین حرکت نیوتن تخت مکانیک کلاسیک است، ارائه قوانینی که بر چگونگی حرکت اشیا بر روی آنها حکومت می کند، فرموله شده توسط سر آیزاک نیوتن در قرن 17، این سه قانون توضیح می دهد همه چیز از چرا یک کتاب در یک جدول باقی می ماند تا چگونه یک راکت به فضا پرتاب می شود، چه شما یک دانش آموز با استفاده از کلاس فیزیک اول خود و یا حرفه ای به دنبال تازه سازی دانش پایه، این بینش های اساسی برای یادگیری واقعی در این آموزش فیزیکی است.

مقاله قبلی: چگونه نیوتن فیزیک را تغییر داد

قبل از نیوتن، دیدگاه غالب حرکت از ارسطو، که معتقد بود که اشیاء به طور طبیعی به استراحت رسیده اند، مگر اینکه یک نیرو به طور مداوم آنها را هل دهد، گالیله گالیلئو گالیله این ایده را با آزمایش در هواپیماهای مستعد به چالش کشید، مشاهده کرد که اشیاء در حرکت تمایل دارند در صورتی که اصطکاک به حداقل برسد، نیوتن این مشاهدات را سنتز کرد و کار خود را به Philolophiæis طبیعی [قانون حرکت جهانی] منتشر کرد.

سهم نیوتن انقلابی بود، زیرا آن را ارائه داد [Quantitative] چارچوب پیش بینی برای حرکت به جای توصیف حرکت کیفی، قوانین او اجازه داد تا دانشمندان به محاسبه دقیق چگونه شبیه سازی نیروی تغییر سرعت شی: این رویکرد ریاضی زمین را برای انقلاب صنعتی، فیزیک مدرن، و حتی فضا اکتشاف قرار داد. [Ftanford]

قانون اول نیوتن: قانون اینرسی

قانون اول نیوتن: یک شیء در استراحت باقی می ماند و یک شی در حرکت با همان سرعت و در همان جهت، مگر اینکه توسط یک نیروی خارجی نامتعادل عمل کند. این اموال ماده (FLT:2iner) نامیده می شود مقاومت فیزیکی در حرکت آن در حالت تغییر وضعیت تغییر فیزیکی آن است.

آنچه که واقعاً به آن معنا می دهد

در تجربه روزمره، ما اشیا را آهسته تر می بینیم و تمام وقت را متوقف می کنیم: یک توپ نورد به دلیل اصطکاک متوقف می شود، یک کتاب کشویی بر روی میز به دلیل مقاومت هوا و اصطکاک سطح متوقف می شود، اما قانون اول به ما می گوید که اگر شما می توانید تمام نیروهای خارجی را حذف کنید (فافع، کشیدن، گرانش، و غیره)، یک شی برای همیشه در یک خط مستقیم در سرعت ثابت حرکت می کند.

اینترشیا به طور مستقیم به جرم مربوط می شود. جرم بیشتر یک شی، غیر قابل تصور تر است و سخت تر از آن این است که آن را حرکت دهید یا آن را یک بار در حال حرکت متوقف کنید.

نمونه های روزانه قانون اول

  • جلبک دریایی: هنگامی که یک ماشین ناگهان متوقف می شود، بدن شما به دلیل ناتوانی در حرکت به جلو ادامه می دهد.
  • (اگر به سرعت یک بار در یک میز کار کنید، آن را به صورت زیر تنظیم کنید، در حالی که در آن زمان، به دلیل عدم توانایی در عمل، در حالت استراحت باقی می ماند.
  • (فَلَّهُمْهُمْهُمْهُمْهُمْهُمِهُمِهُمِهُمِهُمِهُمِهُوا مِنَهُمِهُمْهُمِهُمِهُمِهُوا مِهُمِهُمِهُوا مِهُمِهُمِهُوا مِهُوا مِهُوا مِهُوا مِهُوا مِنَهُمْهُمِهُوا مِنَهُمِهُمْهُوا مِنَهُمْهُمْهُمْهُوا مِهُوا مِهُمَهُوا مِنَهُمَهُمْهُمْهُوا مِنَهُمَهُمِنَهُمَهُمَهُمِنَهُمَهُمَهُمَهُمَهُوا مَ

نکات کلیدی از قانون اول

  • و در این میان، اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال و اعمال
  • این غیر نظامی یک نیروی نیست؛ بلکه یک دارایی مهم است.
  • این قانون تعریف می کند که چارچوب مرجع - یک چارچوب که در آن قانون درست نگه می دارد (مانند یک carousel چرخان چرخان) ، نیروهای ساختگی ظاهر می شوند.

قانون دوم حرکت نیوتن: قانون شتاب

قانون دوم نیوتن رابطه ریاضی بین نیرو، جرم و شتاب را فراهم می کند؛ net [ = m × {\displaystyle } در اینجا، F net نیروی خالص عمل در یک شی (تجدید) است، که سرعت توده ای آن را به سرعت و یا نیروی آن (F2) می گوید: چگونه یک حرکت می کند (این یک نیروی توده ای است که به ما (و یا یک تغییر توده ای است).

شکستن فرمول

  • مجموع بردار از تمام نیروهای عمل بر روی جسم است.اگر نیروهای متعدد در جهت های مختلف فشار می آورند، نیروی خالص حرکت را تعیین می کند.
  • [در این میان] [مشرکان] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۵] [۵] [۵] [۵] [۵] [۵] [۵] [۵] [۵] [۵] [۵] [۵] [۱] [۱] [۵] [۵] [۵] [۵] [۳] [۵] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۳] [۱] [۱] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۳] [۱] [۳] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۱] [۱] [۳] [۱]
  • [در این میان] [و] [به جز این] شتاب [که در همان جهت به عنوان نیروی خالص [در برابر] اشاره می کند].

به گفته ی این قانون، شتاب (FLT:0) به طور مستقیم متناسب با نسبت به نیروی خالص است؛ دو برابر نیرو و شتاب (برای همان توده) است.

برنامه های کاربردی عملی

  • طراحی بیضه: مهندسین از F = ما برای محاسبه نیروی موتور مورد نیاز برای سرعت بخشیدن به یک ماشین از 0 تا 60 مایل در ساعت در یک زمان خاص استفاده می کنند.
  • ورزش: یک توپ بیسبال نیروی توپ را در یک فاصله کوتاه به توپ اعمال می کند، با افزایش نیروی (دست قوی) یا کاهش توده (توپ روشن)، شتاب و در نتیجه سرعت نهایی - افزایش می یابد.
  • کیسه های هوا: در طول یک برخورد، یک کیسه هوا برای افزایش زمان که نیروی اعمال می شود، کاهش شتاب (و در نتیجه نیروی) در مورد اشغالگران، این یک کاربرد مستقیم از F = ما است: یک زمان دیگر به معنای یک نیروی کوچکتر برای همان تغییر در حرکت است.
  • [[۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱]] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳]] [۳] [۳] [۳] [۳]] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۵] [بر [بر [بر فراز و [بر فراز و [بر فراز و [بر فراز و [بر فراز و [بر [بر فراز و [بر فراز و [بر فراز و [بر] [بر فراز و [بر] [بر] [بر فراز و [بر فراز و [بر فراز و [بر فراز و [بر فراز و [بر فراز و [بر فراز و [بر فراز و [بر] [بر] [بر] شتاب] [بر] [بر فراز و [بر] [بر] [بر] [بر] [بر فراز و نشی] زمین] شتاب] [بر] شتاب] شتاب] شتاب [بر [بر فراز و [بر [بر [بر فراز و [بر [بر فراز و نشی از [بر [بر

مثال های رایج محاسبه

فرض کنید یک جعبه 10 کیلوگرم را با نیروی افقی خالص 50 N فشار دهید، شتاب یک = F / m = 50 N / 10 کیلوگرم = 5 متر / 2 است، اگر شما نیروی را به 100 N دو برابر کنید، سرعت 10 متر / 2 می شود اگر شما نیروی را در 50 N نگه دارید اما جرم را به 20 کیلوگرم، کاهش سرعت به 2.5 متر / 2.

برای ریاضیات عمیق تر و ابزارهای شبیه سازی، راهنمای آکادمی باغ را به قانون دوم نیوتن بررسی کنید.

قانون سوم نیوتن: قانون عمل و واکنش

قانون سوم نیوتن: برای هر اقدام، یک واکنش برابر و مخالف وجود دارد.[۱۰] این بدان معنی است که نیروهای همیشه در جفت ها اتفاق می افتد، زمانی که شی A نیرویی را بر روی جسم B اعمال می کند، جسم B به طور همزمان نیروی اندازه برابر و جهت مخالف در شی A اعمال می کند.

دانلود بازی اکشن-Reaction

مهم است که درک کنیم که دو نیرو در یک جفت عمل عمل در اشیاء مختلف عمل می کنند، آنها یکدیگر را لغو نمی کنند، زیرا آنها بر بدن های جداگانه تأثیر می گذارند، به عنوان مثال، هنگامی که شما در برابر دیوار فشار می آورید، دیوار با همان نیرو به عقب برمی گردد.

مثال های واقعی-World

  • (وَهُمْهُمْهُمْهُمْهُمْهُمْهُمْهُمْهُمْهُوا مِنَّا مِنَهُمْهِهُمْهُوا مِنْمِنَهُمِهُوا مِهُمِهُوا مِهُوا مِنَهُوا مِنِنْهُوا مِنِنِنْهُوا مِنِنِنِنِنِنْهُوا مِنِنْهُمِنْهُوا مِنْهُوا مِنْهُمِنِنْهُوا مِنْهُوا مِنَا مِنْهُوا مِنْهُمْهُوا مِنَهُمِنَهُمِنَهُوَا مِنَا مِنَهُوَهُوَا مِنَهُوَا مِنَ
  • (به جز این که آب را به سمت چپ می کشید، آب را به سمت جلو می برد.
  • راکتی: یک راکت گازهای اگزوز را به پایین می اندازد؛ گازهای اگزوز راکت را به سمت بالا حرکت می کند، این کار در خلاء فضا انجام می شود، زیرا هیچ هوای خارجی لازم نیست - جفت عمل بین موشک و اگزوز آن است.
  • (فَلَّهُمْهُمْهُمْهُمْهُمْهُمِهُمْهُمِهُمِهُمِهُواًاًاً)؛ توپ را بر پایِ خودِیِتِتِنِتِلِتِتِهُد؛ و توپ را به سویِ خودِیِیِیِیِیِیِیِیِتِتِتِتِتِتِتِلِلِلِلِلِلِلِلِلِتِتِتِلِلِلِلِلِلِلِلِلِلِلِلِرِرِنِلِلِلِلِرِتِتِتِتِنِتِتِنِنِنِنِنِنِنِرِرِنِنِرِرِنِنِنِنِنِنِنِنِنِنِنِنِنِرِنِنِر

چرا اقدام به عمل پنالتی ها را لغو نمی کند

بسیاری از دانش آموزان به اشتباه فکر می کنند که اگر هر عمل یک واکنش برابر داشته باشد، همه نیروها لغو می شوند و هیچ چیز نمی تواند سرعت آن را افزایش دهد.این خطا در فراموش کردن این است که دو نیرو بر روی اشیاء بی تفاوت عمل می کنند [FLT: 1) برای سرعت زمین باید آن را به طور قابل توجهی افزایش دهید، زیرا نیروی خالص بر روی هر جسم آن، واکنش قابل توجه نیست.

تصورات غلط و روشنگری

قوانین نیوتن اغلب به اشتباه درک می شوند زیرا کتاب های درسی آنها را ساده می کنند یا به این دلیل که تجربه روزانه ما شامل نیروهایی مانند اصطکاک و مقاومت هوایی است که رفتار ایده آل را پنهان می کنند، در اینجا برخی از اسطوره های مداوم اصلاح شده است:

MisconceptionCorrection
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).

چرا قوانین نیوتن هنوز هم ضروری هستند

قوانین نیوتن فقط کنجکاوی های تاریخی نیستند، آنها پایه ای برای اکثر رشته های مهندسی، از تجزیه و تحلیل ساختاری به رباتیک، هنگامی که شما یک پل طراحی می کنید، نیروهای را در هر پرتو با استفاده از قوانین نیوتن محاسبه می کنند، زمانی که شما شبیه سازی برای یک بازی ویدئویی را برنامه ریزی می کنید، موتور فیزیک به طور معمول از مکانیک فضایی نیوتن استفاده می کند.

علاوه بر این، قوانین نیوتن دروازه ای برای فیزیک عمیق تر است، آنها به طور مستقیم به اصول حفاظت از حرکت (از قانون سوم) و حفاظت از انرژی (از طریق قضیه کار-انرژی، که از قانون دوم ریشه می کند) منجر می شوند تا درک آنها را آسان تر می کند تا الکترومغناطیس، ترمودینامیک و حتی اصول نسبیت خاص.

محدودیت ها: وقتی قوانین نیوتن اعمال نمی شود

در حالی که قوانین نیوتن در همه شرایط جهانی نیستند، اما در سه رژیم اولیه شکست می خورند:

  • سرعت بسیار بالایی دارد: هنگامی که اشیاء به سرعت نور نزدیک می شوند، نظریه نسبیت خاص انیشتین مورد نیاز است.
  • میدان های گرانشی بسیار قوی: نزدیک سیاه چاله ها یا در کل جهان در مقیاس های بزرگ، نسبیت عام جاذبه را به عنوان انحنای فضا زمان توصیف می کند.
  • مقیاس های بسیار کوچک: در سطوح اتمی و زیر اتمی، مکانیک کوانتومی رفتار را اداره می کند. مکانیک نیوتنی قادر به توضیح پدیده هایی مانند مدارهای الکترونی و تونل سازی کوانتومی نیست.

با این وجود، برای اکثریت قریب به اتفاق پدیده های روزمره – اتومبیل ها، ورزش، ساخت و ساز، سیستم های آب و هوا و حتی مدارهای ماهواره ای – قوانین نیوتون دقیق و کافی هستند.

خلاصه داستان : سه قانون

  1. قانون اول (Inertia): اشیاء مقاومت در برابر تغییرات در حرکت هستند؛ بدن در استراحت باقی می ماند؛ بدن در حرکت یکنواخت باقی می ماند مگر اینکه یک نیروی خارجی خالص بر روی آن عمل کند.
  2. قانون دوم (نیروی وamp; Acceleration: نیروی خالص بر روی یک شی برابر جرم شی ضرب شده توسط شتاب آن (F = m × a) است، این قانون اندازه گیری می کند که چگونه نیروها باعث تغییرات حرکت می شوند.
  3. قانون سوم (Action-Reaction): برای هر نیرویی که توسط شی A بر روی B اعمال می شود، شی B یک نیروی برابر و مخالف بر روی جسم A اعمال می کند.

استاد این سه قانون در را باز می کند تا درک کند که چگونه همه چیز از یک سیب سقوط به یک ماشین مسابقه ای حرکت می کند، چه با مشکلات تکالیف، طراحی یک ماشین، یا به سادگی کنجکاو در مورد اینکه چرا قهوه شما به طور ناگهانی نشت می کند، قوانین نیوتن توضیح روشن و ریاضی را ارائه می دهد.

برای خواندن بیشتر، مرکز تحقیقات گلنا (FLT:0) ناسا دارای توضیح عالی مبتدی و ورودی Britannica] عمق تاریخی را ارائه می دهد!