מדריך למתחילים לחוקי התנועה של ניוטון

הבנת חוקי התנועה של ניוטון: מדריך למתחילים שלם

חוקי התנועה של ניוטון הם סלע של מכניקה קלאסית, מתן הכללים השולטים כיצד אובייקטים נעים כאשר כוחות לפעול עליהם.פורמולה על ידי סר אייזק ניוטון במאה ה -17, שלושת החוקים האלה מסבירים הכל ממדוע ספר נשאר על שולחן כיצד שיגור רקטות לחלל.אם אתה סטודנט לוקח את השיעור הראשון שלך פיזיקה או מקצועי מחפש רענון ידע בסיסי, עקרונות אלה חיוניים להבנה פיזית זו, מדוע אנו ממשיכים לחקור כל אחד מן הדוגמאות המדעיות, למעשה, אז, אז, כדי לחקור את הדוגמאות בעולם, אז, אם אתה סטודנט, אז, אז, אז, אם אתה סטודנט, אז, אם אתה סטודנט, באמת, אז, אז, אז, אז, אז, אם אתה סטודנט לוקח את המדע האמיתי, אז, אז, אז, אז, אז, אז, אז, אז, אז, אז, אז, אז, אם אתה סטודנט לוקח את ההיסטוריה המודרנית, אז, אם אתה סטודנט לוקח את הדוגמאות, אז, אז, אז, אז, אם אתה סטודנט לוקח את המדע האמיתי, או חוק מקצועי מחפש את ההיסטוריה של המדע, אז, אם אתה סטודנט, או חוק, או חוק, או חוק, אם אתה סטודנט לוקח את הדוגמאות, אז, אז, אז, אז, אז, אז, אז, אז, אז, אז, אז,

תרגום לעברית: איך ניוטון שינה את הפיזיקה

לפני ניוטון, נקודת המבט הרווחת של התנועה באה מאריסטו, שהאמין כי חפצים הגיעו באופן טבעי לנוח אלא אם כן כוח דחף אותם ברציפות. גלילאו גליל קרא את הרעיון הזה בניסויים על מטוסים נטו, התבוננות כי חפצים בתנועה נוטים להישאר בתנועה אם החיכוך מצטמצם. ניוטון סינתז את התצפיות הללו ואת עבודתו שלו לתוך FLT:0Philosophiæis Natural PrinciaticaphaphalphaphirF87), שבו הוא פרסם את החוק האוניברסלי, 16:1.

תרומתו של ניוטון הייתה מהפכנית משום שהיא סיפקה ל-FLT:0 שווה למסגרת חיזויית, חיזויית, ל- 1 להצעה, במקום לתאר את ההצעה בצורה איכותית, חוקיו אפשרו למדענים לחשב בדיוק כיצד כוח ישנה מהירות של אובייקט. גישה מתמטית זו הניחה את התשתית למהפכה התעשייתית, לפיזיקה המודרנית ואפילו חקר החלל.

חוק התנועה הראשון של ניוטון: חוק האינרציה

החוק הראשון של ניוטון קובע: "אובייקט במנוחה נשאר במנוחה, ואובייקט בתנועה נשאר בתנועה עם אותה מהירות ובאותו כיוון, אלא אם כן פעל על ידי כוח חיצוני לא מאוזן."

מה באמת אומר אינרציה

בחוויה יומיומית, אנו רואים חפצים מאטים ועצירים כל הזמן: כדור מתגלגל עוצר בגלל חיכוך, ספר מתפתל על שולחן מפסיק עקב התנגדות אווירית וחיכוך פני השטח, אבל החוק הראשון אומר לנו שאם אתה יכול להסיר את כל הכוחות החיצוניים (התחילה, גרר, כבידה וכו '), חפץ ימשיך לנוע לנצח בקו ישר במהירות מתמדת.

אינרציה קשורה ישירות למסה.המסה יותר אובייקט יש, יותר אינרטיה יש, וקשה יותר להתחיל אותו לנוע או לעצור אותו פעם זז.לדוגמה, הרבה יותר קל לדחוף אופניים מאשר מכונית כי המכונית יש הרבה יותר אינרטיה.

כל יום דוגמאות לחוק הראשון

(ב) כאשר מכונית עוצרת לפתע, הגוף ממשיך להתקדם בשל אי-רטיה.
(ב) אם אתה מנקה במהירות את הטבלה, הכלים נשארים במקום כי כוח החיכוך לא היה זמן לפעול - הם נשארים במנוחה בגלל אי-רטיה.
(ב) כאשר אוטובוס מאיץ לפתע, הגוף שלך נוטה להישאר במקום יחסית לקרקע, מה שגורם לך להשתיל לאחור.

תובנות מפתח מהחוק הראשון

(ב) ,9) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
אינרציה אינה כוח; היא רכוש של חומר.
החוק מגדיר מסגרת של התייחסות ל-1 (במסגרת שבה החוק נכון.

חוק התנועה השני של ניוטון: חוק ההכרעה

החוק השני של ניוטון מספק את היחסים המתמטיים בין כוח, מסה והאצה: (FLT:0Figph:1netcioFLT:2= m × aveFLT 3: כאן, FIRLT:4net:5 הוא הכוח החיצוני פועל על אובייקט (מחוש בחדשים, N), הוא המסה של האובייקטים (המהירות של ימינו) ובאופן מדויק (הכוח החיצוני של ימינו) הוא בדיוק כפי שהוא משקף את הדחף (הכוח חיצוני).

שוברים את הפורמולה

(ב) [13] ⁇ :0 ⁇ ⁇ :2 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ⁇ :0) הוא האצה, אשר מצביעה באותו כיוון כמו הכוח הנקי.

(ה) נאמר כי האצה היא [העיקרון]: [ה], [ה], [ה], [ה],] ל[הכוח], ולעבד את ההאצה (לאותה המסה], האצה היא [ה]:2 באופן יחסי, פרופואלי, לכדי מסה: להכפיל את המסה, ולהאצה (לאותה כח).

יישומים מעשיים

(FLT:0) עיצוב ויהל: 1 מהנדסים משתמשים ב-F = ma כדי לחשב את כוח המנוע הדרוש כדי להאיץ מכונית מ 0 עד 60 קמ"ש בתוך זמן מסוים.
(FLT:0 Sports:IRFLT:1) , שחקן בייסבול מתייחס לכוח על פני כדור במרחק קצר.על ידי הגדלת הכוח (זרוע חזקה יותר) או צמצום המסה (כדור האור), האצה – וכך המהירות הסופית – הפחתות.
(FLT:0) תיקי אוויר: 1 (FLT:1) במהלך התנגשות, תיק אוויר מתפשט כדי להגדיל את הזמן שבו הכוח מוחל, צמצום האצה (ולכן הכוח) על הדיירים.זהו יישום ישיר של F = ma: זמן ארוך יותר פירושו כוח ממוצע קטן יותר עבור אותו שינוי במומנטום.
(ב) ,0) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

דוגמה משותפת

נניח שאתה דוחף תיבת 10 ק"ג עם כוח אופקי נטו של 50 N. ההאצה היא = F / m = 50 N / 10 ק"ג = 5 מ" / 2. אם אתה מכפיל את הכוח ל -100 N, האצה הופכת 10 מ"מ / 2. אם אתה שומר את הכוח ב 50 N אבל להכפיל את המסה עד 20 ק"ג, האצה עד 2.5 / 2.

לכלי מתמטיקה וסימולציה עמוקים יותר, בדוק את המדריך של האקדמיה לאקדמיה של ניוטון לחוק השני של ניוטון 1.

חוק התנועה השלישי של ניוטון: חוק הפעולה והתגובה

החוק השלישי של ניוטון קובע: "לכל פעולה יש תגובה שווה ומנוגדת." ~ פרק 1 פירושו שכוחות תמיד מתרחשים בזוגות.כאשר אובייקט A מפעיל כוח על אובייקט B, האובייקט B פועל בו זמנית כוח של גודל שווה וכיוון הפוך על האובייקט A.

המונחים: Clear Action-Reaction Pairs

חשוב להבין ששני הכוחות בזוג פעולה פועלים על שורת:0 אובייקטים שונים (FLT:1 ), הם לא מבטלים אחד את השני כי הם משפיעים על גופים נפרדים.לדוגמה, כאשר אתה דוחף נגד קיר, הקיר דוחף לאחור עם אותו כוח.הכוח שאתה מחיל על הקיר אינו גורם לך לזוז; זו התגובה של הכוח על זה דוחף אותך לאחור.

דוגמאות אמיתיות בעולם

(ב) ויקרא י"א: "ה' י' י' י' ,ה' י' י' ירא לך את הארץ, והארץ תדחוף אותך קדימה.
(ב) ויקרא י"א: "וַיָּבְתָּבָר: אִם עַנָּבְתָּבָר" (בראשית כ"ד, כ"ד).
(ב) ⁇ :0) ,001: טיל לגרש גזים ממצה מטה; גזי הגזים הממצה דוחים את הרקטות למעלה.זה עובד בוואקום של החלל, כי אין צורך אוויר חיצוני - זוג הפעולה הוא בין הרקטות לבין מישותו.
(ב) "הרגל שלך" (ב) הוא הכוח של הכדור, דחף אותו קדימה; הכדור מתייחס לכוח שווה בחזרה על כף הרגל (שאתה מרגיש כעוקץ).

מדוע פעולות-תגובה לא מבטלות

תלמידים רבים חושבים בטעות שאם לכל פעולה יש תגובה הפוכה שווה, אז כל הכוחות מבטלים ושום דבר לא יכול להאיץ.הטעות טמונה בכך שהם שוכחים ששני הכוחות פועלים על FLT:0 אובייקטים אדישים FLT:1 הכוח הנקי על כל חפץ אחד הוא סכום הכוחות הפועלים על FLT:2on כי התנגדות ל- 3 כדי להאיץ אותך, חייב לדחוף אותך על כל כך חזק - וכי הכוח אינו מזרז את אותה תגובה עצומה על הקרקע.

תפיסות מוטעות נפוצות וקלרנס

חוקי ניוטון הם לעתים קרובות לא מבינים כי ספרי לימוד מפשטים אותם או כי הניסיון היומיומי שלנו כולל כוחות כמו חיכוך והתנגדות אווירית המסתתרים את ההתנהגות האידיאלית.כאן כמה מיתוסים מתמשכים, מתוקנים:

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).

מדוע חוקי ניוטון עדיין חיוניים כיום

חוקי ניוטון אינם רק שרידים היסטוריים.הם מהווים את הבסיס לדיסציפלינות הנדסיות, מניתוח מבני לבו הרובוטיקה.כאשר אתם מתכננים גשר, אתם מחשבים את הכוחות על כל קרן באמצעות חוקי ניוטון.כאשר אתם מתכננים סימולציה עבור משחק וידאו, מנוע הפיזיקה בדרך כלל משתמש מכניקה ניוטוןנית.אפילו סוכנויות חלל משתמשות בחוקים אלה כדי לייסד מסלולים עבור חלליות, למרות שהן מוסיפים תיקונים יחסיים לדיוק קיצוני.

יתרה מכך, חוקי ניוטון הם שער לפיזיקה עמוקה יותר.הם מובילים ישירות לעקרונות שימור התנופה (הדרדר מהחוק השלישי) ושימור האנרגיה (באמצעות משפט האנרגיה, שמקורו בחוק השני).הבנתם מקלה יותר לתפוס אלקטרומגנטיות, תרמודינמיקה ואפילו את יסודות היחסות המיוחדת.

מגבלות: כאשר חוקי ניוטון אינם משתמשים

בעוד שחוקי ניוטון חזקים מאוד, חוקי ניוטון אינם אוניברסליים בכל המצבים.הם פורצים בשלושה משטרים עיקריים:

(FLT:0) מהירויות גבוהות מאוד: 1 כאשר אובייקטים ניגשים למהירות האור, נדרשת תורת היחסות המיוחדת של איינשטיין.
(ב) ⁇ :0) שדות כבידה חזקים מאוד: 1FLT:1 לחורים שחורים קרובים או ביקום כולו בקנה מידה גדול, היחסות הכללית מתארת את הכבידה כשטח של זמן חלל.
(FLT:0) בקנה מידה קטן מאוד: 1 ב רמות אטומיות ו תת-אטומיות, מכניקת הקוונטים שולטת בהתנהגות. מכניקה ניוטוןנית אינה מסבירה תופעות כמו מסלולים אלקטרונים ומנהרה קוונטית.

עם זאת, עבור רוב המכריע של תופעות יומיומיות - מכוניות, ספורט, בנייה, מערכות מזג אוויר ואפילו מסלולי לוויין - חוקי ניוטון מדויקים ומספיקים.

סיכום שלושת החוקים

חוק ראשון (אינרטיה): אובייקטים 1FLT:1 מתנגדים לשינויים בתנועה. גוף במנוחה נשאר במנוחה; גוף בתנועה אחידה נשאר בתנועה אלא אם כן כוח חיצוני נטו פועל על זה.
חוק ה-FLT:0 השני (Force & Acceleration): FLT:1 הכוח הנקי על חפץ שווה את המסה של האובייקט מכפיל על ידי האצה שלו (F= m × A) חוק זה קובע כיצד כוחות גורמים לשינויים בתנועה.
(ב) חוק ה' (הצהרה-הפעולה): "הכוח" 1:1 לכל כוח המופעל על ידי אובייקט א', אובייקט B מפעיל כוח שווה ומנוגד על האובייקט A. כוחות אלה פועלים על גופים שונים.

המאסטר את שלושת החוקים האלה פותח את הדלת כדי להבין איך הכל מתפוח נופל לרכב מירוץ עובר.אם אתה מכווץ בעיות שיעורי בית, עיצוב מכונה, או פשוט סקרן מדוע הקפה שלך נשפך כאשר אתה מלם לפתע, חוקי ניוטון מספקים הסבר מתמטי ברור.

לקריאה נוספת, ה-NNSA גלן מחקר מרכז ההרחבה של נאס"א:1 יש הסבר ידידותי למתחילים מעולה, ואת כניסת FLT:2Britannica כניסה FLT 3: מציעה עומק היסטורי.