Leis de Newton do movemento: unha guía completa para principiantes

As leis de Newton son a base da mecánica clásica, proporcionando as regras que rexen como os obxectos se moven cando as forzas actúan sobre eles. Formulado por Isaac Newton no século XVII, estas tres leis explican todo a partir de por que un libro permanece sobre unha mesa para como un foguete se lanza ao espazo.Se vostede é un estudante tomando a súa primeira clase física ou un profesional mirando para refrescar o coñecemento fundacional, dominar estes principios é esencial para entender o mundo físico.

Como Newton cambiou a física

Antes de Newton, a visión predominante do movemento veu de Aristóteles, que cría que os obxectos naturalmente viñan a descansar a menos que unha forza os empurrase continuamente. Galileo Galilei desafiou esta idea con experimentos sobre planos inclinados, observando que os obxectos en movemento tenden a permanecer en movemento se a fricción é minimizada. Newton sintetizou estas observacións e o seu propio traballo no FLT:0 Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (1687), onde publicou as tres leis do movemento xunto coa lei da gravitación universal.

A contribución de Newton foi revolucionaria porque proporcionou un marco cualitativo e predictivo para o movemento. En vez de describir o movemento cualitativamente, as súas leis permitiron aos científicos calcular exactamente como unha forza cambiaría a velocidade dun obxecto. Esta aproximación matemática estableceu a base para a revolución industrial, a física moderna e incluso a exploración espacial.

A primeira lei de Newton sobre a inercia

A primeira lei de Newton di: "Un obxecto en repouso permanece en movemento coa mesma velocidade e na mesma dirección, a menos que sexa actuado por unha forza externa desequilibrada".[1] Esta propiedade da materia chámase FLT:2 InertiaFLT:3, resistencia de calquera obxecto físico a un cambio no seu estado de movemento.

O que realmente significa a inertia

Na experiencia cotiá, vemos obxectos que se ralentizan e paran todo o tempo: unha bóla rodante para por mor da fricción, un libro deslizante sobre unha mesa parada debido á resistencia ao aire e á fricción na superficie. Pero a Primeira Lei dinos que se se puidese eliminar todas as forzas externas (fricción, resistencia, gravidade, etc.), un obxecto seguiría movéndose para sempre nunha liña recta a velocidade constante.

Canto máis masa ten un obxecto, máis inercia ten, e máis difícil é comezar a moverse ou deterse unha vez que se move.

Exemplos de primeira lei

  • Cando un coche de súpeto para, o seu corpo continúa avanzando debido á inercia.
  • Se te encha un pano de mesa rapidamente, os pratos permanecen no lugar porque a forza da fricción non tivo tempo de actuar, eles permanecen en repouso debido á inercia.
  • O seu corpo, en cambio, perde o equilibrio nun autobús, cando un autobús acelera de súpeto, o seu corpo tende a permanecer en repouso en relación ao chan, facendo que arrastre cara atrás.

As principais ideas da primeira lei

  • O son da banda baséase no [[Rock latino]], [[Musica latina|ritmos latinos]], [[pop latino]] e o [[rock en español]].WEB Nun principio recibieron o éxito comercial internacional en [[México]], [[Australia]] e [[España]], e dende aquela teñen gañado popularidade e a exposición en toda [[América Latina]], [[Estados Unidos]], [[Europa]] Occidental, [[Asia]] e Oriente Medio.
  • A inertia non é unha forza, é unha propiedade da materia.
  • A lei define un marco de referencia inercial (FLT: 1), un marco onde a lei é verdadeira.

A segunda lei de Newton: A lei da aceleración

A segunda lei de Newton proporciona a relación matemática entre forza, masa e aceleración: FFLT:1net|FLT:2]] = m × a .FLT:4}net|FLT:5]] é a forza externa neta que actúa sobre un obxecto (medida en newtons, N), m é a masa do obxecto (kg) e a súa aceleración (m/s2).

Rompendo a fórmula

  • O son da banda baséase no [[Rock latino]], [[Musica latina|ritmos latinos]], [[pop latino]] e o [[rock en español]].WEB Nun principio recibieron o éxito comercial internacional en [[México]], [[Australia]] e [[España]], e dende aquela teñen gañado popularidade e a exposición en toda [[América Latina]], [[Estados Unidos]], [[Europa]] Occidental, [[Asia]] e Oriente Medio.
  • O son da banda baséase no [[Rock latino]], [[Musica latina|ritmos latinos]], [[pop latino]] e o [[rock en español]].WEB Nun principio recibieron o éxito comercial internacional en [[México]], [[Australia]] e [[España]], e dende aquela teñen gañado popularidade e a exposición en toda [[América Latina]], [[Estados Unidos]], [[Europa]] Occidental, [[Asia]] e Oriente Medio.
  • O son da banda baséase no [[Rock latino]], [[Musica latina|ritmos latinos]], [[pop latino]] e o [[rock en español]].WEB Nun principio recibieron o éxito comercial internacional en [[México]], [[Australia]] e [[España]], e dende aquela teñen gañado popularidade e a exposición en toda [[América Latina]], [[Estados Unidos]], [[Europa]] Occidental, [[Asia]] e Oriente Medio.

A aceleración é proporcional á forza neta: dobrar a forza, e dobrar a aceleración (pola mesma masa), inversamente, a aceleración é inversamente proporcional á masa: dobrar a masa, e a aceleración media (pola mesma forza).

Aplicacións prácticas

  • O deseño do vehículo: Os enxeñeiros usan F = ma para calcular a forza do motor necesaria para acelerar un coche de 0 a 60 mph nun tempo determinado.
  • O son da banda baséase no [[Rock latino]], [[Musica latina|ritmos latinos]], [[pop latino]] e o [[rock en español]].WEB Nun principio recibieron o éxito comercial internacional en [[México]], [[Australia]] e [[España]], e dende aquela teñen gañado popularidade e a exposición en toda [[América Latina]], [[Estados Unidos]], [[Europa]] Occidental, [[Asia]] e Oriente Medio.
  • Durante unha colisión, unha airbag desprega para aumentar o tempo sobre o que se aplica a forza, reducindo a aceleración (e, polo tanto, a forza) sobre o ocupante.
  • O son da banda baséase no [[Rock latino]], [[Musica latina|ritmos latinos]], [[pop latino]] e o [[rock en español]].WEB Nun principio recibieron o éxito comercial internacional en [[México]], [[Australia]] e [[España]], e dende aquela teñen gañado popularidade e a exposición en toda [[América Latina]], [[Estados Unidos]], [[Europa]] Occidental, [[Asia]] e Oriente Medio.

Exemplo de cálculo común

Se se preme unha caixa de 10 kg cunha forza horizontal neta de 50 N. A aceleración é a = F/m = 50 N / 10 kg = 5 m/s2. Se duplica a forza a 100 N, a aceleración pasa a 10 m/s2. Se mantén a forza a 50 N pero duplica a masa a 20 kg, a aceleración baixa a 2,5 m/s2.

Para ferramentas de matemáticas e simulación máis profundas, consulte a guía da Academia de Khan da Segunda Lei de Newton.

Terceira lei de Newton: A lei da acción e da reacción

A Terceira Lei de Newton establece: "Para cada acción, hai unha reacción igual e oposta".[1] Isto significa que as forzas sempre ocorren en parellas.Cando o obxecto A exerce unha forza sobre o obxecto B, o obxecto B exerce simultaneamente unha forza de igual magnitude e dirección oposta sobre o obxecto A.

Aclaración de pais de reacción-acción

É crucial entender que as dúas forzas dun par de reaccións actúan sobre os distintos obxectos (FLT:0) distintos, non se cancelan porque afectan a corpos separados. Por exemplo, cando se empuxa contra unha parede, a parede empuxa de volta coa mesma forza.

Exemplos do mundo real

  • O seu [[Tapa de fútbol]] é un [[país]] que se move cara ao chan, cara ao seu pé.
  • A auga que te rodea [por ser de auga] é a auga que te arrastra.
  • Un foguete expulsa gases de escape cara abaixo; os gases de escape empurran o foguete cara arriba. Isto funciona no baleiro do espazo porque non se necesita aire exterior, xa que o par de reacción de acción está entre o foguete e o seu propio escape.
  • O son da banda baséase no [[Rock latino]], [[Musica latina|ritmos latinos]], [[pop latino]] e o [[rock en español]].WEB Nun principio recibieron o éxito comercial internacional en [[México]], [[Australia]] e [[España]], e dende aquela teñen gañado popularidade e a exposición en toda [[América Latina]], [[Estados Unidos]], [[Europa]] Occidental, [[Asia]] e Oriente Medio.

Por que os pais de acción non cancelar

Moitos estudantes pensan erroneamente que se cada acción ten unha reacción oposta igual, entón todas as forzas cancelan e nada pode acelerar nunca.O erro consiste en esquecer que as dúas forzas actúan sobre obxectos diferentes (FLT:0).[1] A forza neta sobre calquera obxecto único é a suma das forzas que actúan sobre o obxecto FLT:3 Para que o chan te acelere, debe empurrar sobre ti, e que a forza é a reacción ao teu empuxe sobre o chan.

Misconcepciones y aclaracións comunes

As leis de Newton son moitas veces mal entendidas porque os libros de texto simplifican as leis ou porque a nosa experiencia diaria inclúe forzas como a fricción e a resistencia ao aire que enmascaran o comportamento idealizado.

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).

Por que as leis de Newton son aínda hoxe esenciais?

As leis de Newton non son só curiosidades históricas.Son a base para a maioría das disciplinas de enxeñaría, desde a análise estrutural á robótica.Cando deseñas unha ponte, calculas as forzas en cada feixe usando as leis de Newton. Cando programas unha simulación para un videoxogo, o motor de física normalmente usa a mecánica newtoniana.

As leis de Newton son unha porta de entrada á física máis profunda.Eles directamente levan aos principios de conservación do momento (derivado da Terceira Lei) e a conservación da enerxía (a través do teorema da enerxía-traballo, que deriva da Segunda Lei).Entendendo os conceptos facilitan a comprensión do electromagnetismo, da termodinámica e mesmo dos fundamentos da relatividade especial.

Cando as leis de Newton non se aplican

Aínda que son incriblemente poderosos, as leis de Newton non son universais en todas as situacións.

  • Cando os obxectos se achegan á velocidade da luz, é necesaria a teoría da relatividade especial de Einstein.
  • Campos gravitacionais moi fortes: preto dos buratos negros ou en todo o universo a grande escala, a relatividade xeral describe a gravidade como curvatura do espazo-tempo.
  • A mecánica newtoniana non pode explicar fenómenos como os orbitais dos electróns e o túnel cuántico.

Con todo, para a gran maioría dos fenómenos cotiáns, os coches, os deportes, a construción de edificios, os sistemas climáticos e incluso as órbitas de satélites, as leis de Newton son precisas e suficientes.

Resumo das tres leis

  1. Primeira Lei: Os obxectos resístense a cambios no movemento.
  2. A Segunda Lei (Forza & Aceleración): A forza neta dun obxecto é igual á masa do obxecto multiplicado pola súa aceleración (F = m × a).
  3. Terceira lei (Action–Reaction):[[FLT: 1]] Para cada forza exercida polo obxecto A sobre o obxecto B, o obxecto B exerce unha forza igual e oposta sobre o obxecto A. Estas forzas actúan sobre diferentes corpos.

O dominio destas tres leis abre a porta para comprender como todo, desde unha mazá que cae a un coche de carreiras se move.Se está a abordar problemas de tarefas, deseñar unha máquina ou simplemente curioso por que o café derrama cando frea de súpeto, as leis de Newton proporcionan unha explicación matemática clara.

O son da banda baséase no [[Rock latino]], [[Musica latina|ritmos latinos]], [[pop latino]] e o [[rock en español]].WEB Nun principio recibieron o éxito comercial internacional en [[México]], [[Australia]] e [[España]], e dende aquela teñen gañado popularidade e a exposición en toda [[América Latina]], [[Estados Unidos]], [[Europa]] Occidental, [[Asia]] e Oriente Medio.