뉴턴의 모션 법 이해: 완전한 초보자 가이드

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역사 Context: 뉴턴은 물리학을 변경

뉴턴 이전에는 아리스토스에서 온 전방적인 움직임이 등장하기 전에, 그들은 지속적으로 힘을 밀어 낸다. 갈라일레오 갈릴레니는 경사면에 실험과 함께이 아이디어를 도전했으며, 마찰이 최소화되는 경우 모션에 머물기 위해 그 객체를 관찰했다. 뉴턴은 이러한 관찰과 그의 자신의 작품에 대한 합성 Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica[F]의 보편적 인 움직임을 통해 출판되었다.

Newton의 기여는 양성, 예측 프레임 워크] 모션을 제공했기 때문에 혁명적이었습니다. 모션을 설명하는 대신, 그의 법은 과학자들이 객체의 속도가 변경되는 방법을 정확하게 계산할 수 있도록 허용했습니다. 이 수학 접근은 산업 혁명, 현대 물리학 및 우주 탐사를위한 접지 작업을 놓았습니다. [LT:2] [LT:2] [FLT:][FLT:]][FLT:]][FLT:]][FLT:]][FLT:]][FLT:]]]]]][FLT:[FLT:]]]]]]]]

뉴턴의 첫 번째 법률 모션: 관성 법

뉴턴의 첫 번째 법칙: " 나머지에 있는 객체, 그리고 같은 속도와 같은 방향으로 모션에 있는 개체를 유지하고, 불균형 외부 힘에 의해 행동하지 않는 한 동일한 방향으로. 이 물질의 속성은 ]]]]]inertia] - 모션의 상태에 변화에 물리적 객체의 저항.

Inertia는 정말 의미

일상적인 경험에서, 우리는 물체가 느리고 모든 시간을 멈추게합니다: 마찰 때문에 회전 공 정지, 공기 저항 및 표면 마찰 때문에 책상 정지에 슬라이딩 책. 그러나 첫 번째 법은 당신이 모든 외부 힘 (파란, 중력, 등)을 제거 할 수 있다면, 객체는 일정한 속도로 직선으로 이동하는 것을 계속할 것입니다. 이것은 가 허용하는 이상적인]의 기본 행동의 기본 사항입니다.

Inertia는 대량과 직접 관련이 있습니다. 더 많은 질량에는 객체가 있으며 더 많은 관성이 있으며, 더 열심히 움직이거나 한 번 이동을 중지하는 것입니다. 예를 들어, 자동차가 훨씬 더 관성 때문에 자동차보다 자전거를 밀어 훨씬 쉽습니다.

첫 번째 법의 매일 예

  • Seatbelts: 자동차가 갑자기 멈추면 몸이 관성 때문에 계속 움직이는 것입니다. seatbelt는 안전하게 멈추기 위하여 필요로 하는 외부 힘을 제공합니다.
  • A 상보 트릭:) yank가 신속하게 상보를 얻은 경우, 마찰의 힘이 관성에 의해 휴식 시간에 갖지 못했기 때문에 요리가 남아.
  • 버스의 잔액을 올리는 것: 버스가 갑자기 가속하면, 몸이 땅에 상대를 유지하고, 뒤로 졸음을 유발하는 경향이 있습니다.

First Law의 주요 통찰력

  • Objects do not]는 이동을 유지하는 힘이 필요합니다.]change]]
  • Inertia는 힘이 아닙니다; 그것은 문제의 재산입니다.
  • 법은 ] 참조의 무한 프레임-법이 진실을 보유하는 프레임을 정의한다. 프레임을 가속 (회전 carousel과 같은), fictitious 힘은 나타날 것이다.

뉴턴의 두 번째 법의 모션: 가속의 법

뉴턴의 두 번째 법은 힘, 질량, 가속 사이의 수학 관계를 제공합니다 : [[FLT : 0]] F[FLT : 1]net[FLT : 2]] = m × a[FLT : 3]]. 여기, F[[FLT : 4]]]net[FLT : 5]]는 객체 (뉴턴, N), m에 대한 순 외부 힘이 될 때 (이중의 질량), 즉, 그 속도는 매우 정확한 방향을 나타냅니다.

공식을 끊기

  • Fnet]]은 객체에 행동하는 모든 힘의 벡터 합이다. 여러 힘이 다른 방향으로 밀어지면 순 힘은 모션을 결정한다.
  • m은 객체의 무한 질량이며, 얼마나 많은 가속도에 저항합니다.
  • a는 순 힘과 같은 방향으로 점진적이다.

법은 가속이 ]directly 비례] 순 힘에 대한: 두 배 힘, 당신은 가속을 두 배 (같은 질량을 위해) 가속. 역적으로, 가속은 역위 비례] 질량에: 두 배 질량, 가속 반 (동력에 대 한).

Practical 신청

  • 차량 설계: 엔지니어들은 F = ma를 사용하여 엔진의 힘을 특정 시간 내에서 0 ~ 60 mph에서 가속해야 합니다.
  • 스포츠: 야구 투수는 짧은 거리를 통해 공에 힘을 적용합니다. 힘 (강한 팔) 증가하거나 질량 (경량 공)을 감소시키면 가속도가 최종 속도 증가합니다.
  • Airbags: 충돌 중, 에어백은 강제가 적용되고, 가속을 감소 (그리고 따라서 힘) 점유에 시간을 증가시키는 배포합니다. 이것은 F = ma의 직접 응용 프로그램입니다: 더 긴 시간은 심근에서 동일한 변화에 대한 작은 평균 힘을 의미합니다.
  • Falling object: Gravity는 상속한 힘을 제공합니다 (mg]), 그래서 지구의 표면 근처 모든 개체는 ]g ≈ 9.8 m/s2 질량에 관계없이, 무관한 공기 저항. 그 때문에 깃털과 해머는 달에 함께 떨어졌다.

일반적인 계산 예

50 N의 순 수평 힘으로 10kg 상자를 밀어 공급. 가속도는 = F / m = 50 N / 10 kg = 5 m / s2입니다. 100 N에 힘을 두면 가속도가 10 m / s2됩니다. 50 N에서 힘을 유지하지만 질량을 20kg으로 두 배로하면 가속이 2.5 m / s2로 떨어지게됩니다.

더 깊은 수학 및 시뮬레이션 도구에 대한 체크 아웃 Khan Academy의 가이드 뉴턴의 두 번째 법.

뉴턴의 세 번째 법률 모션: 행동과 반응의 법

뉴턴의 제 3 법 상태 : "모든 행동에 대해, 동등한 반대 반응이 있습니다."] 이것은 항상 쌍에서 발생합니다. 객체 B에 힘을 발휘할 때 객체 B, 객체 B는 동시에 객체 A에 동등한 규모와 반대 방향의 힘을 발휘합니다.

Clarifying 활동 활동 쌍

그것은 행동 반응 쌍 행동에 두 개의 힘이 ]에 행동하는 것을 이해하는 것이 중요합니다. 다른 객체]. 그들은 분리 된 몸에 영향을하기 때문에 서로를 취소하지 않습니다. 예를 들어, 벽에 밀어 때, 벽은 동일한 힘으로 돌아갑니다. 벽에 적용하는 힘은 이동할 원인이되지 않습니다; 그것은 당신이 뒤로 밀어주는 당신에게 벽의 반응 힘입니다.

Real-World 예제

  • Walking: 너의 발은 배경에 뒤에 밀어; 지상은 당신의 발에 앞으로 밀어. 그 앞으로 푸시는 당신을 추진합니다.
  • Swimming: 당신은 물 뒤로 밀어; 물은 당신을 앞으로 밀어.
  • Rocket propulsion: 로켓 폭발 배기 가스를 내려갑니다; 배기 가스는 로켓을 위로 밀어. 이 작업은 외부 공기가 필요 없기 때문에 공간의 진공에서 작동 - 액션 반응 쌍은 로켓과 자체 배출 사이입니다.
  • 공을 킥:] 당신의 발은 공에 힘을 적용하고, 앞으로 추진; 공은 당신의 발에 동등한 힘 뒤를 적용합니다 (당신이 sting로 느끼는).

왜 행동 반응 쌍은 취소하지 않습니다

모든 행동이 동등한 반대 반응을 가지고 있다면 많은 학생들이 실수로 생각하고, 모든 힘이 취소하고 아무것도 결코 가속화 할 수 있습니다. 오류는 different object]에 두 개의 힘 행동을 잊어 버리는 것을 잊지 못할 것입니다. 어떤 단일 객체의 순 힘은 객체]에 강제 행동의 합이다. 당신이 가속하기 위해, 그것은 당신이 힘을 밀어해야합니다. 그것은 단지 질량을 생성하기 때문에, 그것은 단지 질량을 생성하기 때문에, 그것은 단지 질량을 생성하기 때문에, 매우 가속도가 매우 큰 힘을 생성하는 것입니다.

일반적인 실수 및 Clarifications

뉴턴의 법은 종종 텍스트 북이 그(것)들을 단순화하거나 우리의 일상적인 경험 때문에 이상적 행동을 마주하는 마찰과 공기 저항과 같은 힘을 포함합니다. 여기에는 몇 가지 지속적 신화, 수정 :

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).

왜 뉴턴의 법은 여전히 오늘 필수입니다

뉴턴의 법률은 역사적 호기심이 아닙니다. 그들은 구조 분석에서 로봇에 이르기까지 대부분의 엔지니어링 분야를 기반으로합니다. 브리지를 설계하면, 당신은 뉴턴의 법을 사용하여 각 빔에 힘을 계산합니다. 비디오 게임의 시뮬레이션을 프로그래밍 할 때, 물리학 엔진은 일반적으로 뉴토니안 기계 공학을 사용합니다. 심지어 우주 기관은 우주선에 대한 심층적 인 법칙을 사용하지만, 극단적 인 정밀도에 대한 재편적 교정을 추가하지만.

뉴턴의 법은 심리적 물리에 대한 게이트웨이입니다. 그들은 직접 심리적 인 심리적 인 (제 3 법에서 파생) 에너지의 보존과 에너지 보존 (작업 에너지 소울을 통해, 두 번째 법에서 줄기). 이해하기 쉬운 것은 전기 수학, 열역학 및 특수 공명의 기본을 파악하는 것이 더 쉽습니다.

제한: Newton의 법이 적용되지 않을 때

믿을 수 없을 정도로 강력한 뉴턴의 법은 모든 상황에서 보편적이 아닙니다. 그들은 세 가지 주요 요법에서 끊어 집니다.

  • Very 고속: 객체가 빛의 속도에 접근할 때, 특별한 재래력의 Einstein의 이론이 필요합니다. 시간 팽창과 재래적 질량 효과는 크게 됩니다.
  • Very 강한 gravitational 필드: 대형 규모에 전체 우주에서, 일반적 반란은 우주의 curvature로 중력 설명.
  • Very 작은 규모: 원자와 원자 수준에서, 양 기계가 행동을 지배합니다. 뉴토니안 기계가 전자 궤도와 양자 터널과 같은 현상을 설명하는 데 실패.

무인, 일상의 대부분을 위해 페메나 자동차, 스포츠, 건축, 날씨 시스템, 심지어 위성 궤도-뉴턴의 법은 정확하고 충분하다.

3 법의 개요

  1. 1차 법 (Inertia): Objects는 모션에 변화를 저항합니다. 나머지는 휴식에 머물며, net External force가 동작하지 않는 한, 획일한 모션에 몸이 유지됩니다.
  2. Second Law (Force & Acceleration):] 대상의 순력은 가속도 (F = m × a)에 의해 곱한 객체의 질량과 동일합니다. 이 법은 어떻게 운동 변화를 일으킬지 결정합니다.
  3. Third Law (Action–Reaction): object A 에 의해 배설된 모든 힘의 경우 B 객체는 객체 A에 동등하고 반대력을 발휘합니다. 이 힘은 다른 신체에 작용합니다.

이 세 가지 법은 레이싱 자동차 이동에 떨어지는 사과에서 모든 것을 이해하기 위해 문을 열었습니다. 당신이 홈 워크 문제를 해결하는지 여부, 기계 설계, 또는 당신이 갑자기 브레이크 할 때 당신의 커피 유출에 대해 궁금해, 뉴턴의 법은 명확하고 수학적인 설명을 제공합니다.

더 읽기를 위해, NASA Glenn Research Center]는 우수한 초급자 친화적 인 설명과 Britannica entry]]는 역사적인 깊이를 제공합니다. 행복한 학습!