Table of Contents

Ньютондун кыймыл-аракет мыйзамдарын түшүнүү: башталгычтын толук колдонмосу

Ньютондун кыймыл мыйзамдары классикалык механиканын негизи болуп саналат, алар объектилер күчтөр аларга таасир эткенде кантип кыймылдаарын жөнгө салуучу эрежелерди камсыз кылат.17-кылымда сэр Исаак Ньютон тарабынан түзүлгөн бул үч мыйзам китептин эмне үчүн үстөлдө калуусунан баштап, ракета космоско кантип учуп кетишине чейин баарын түшүндүрөт.

Тарыхый контекст: Ньютондун физиканы кантип өзгөрткөнү

"Аристотелдин айтымында, ""аба ырайынын өзгөрүшү"" деген түшүнүк ""аба ырайынын өзгөрүшү"" деген түшүнүккө ээ болгон, ал эми ""аба ырайынын өзгөрүшү"" деген түшүнүк ""аба ырайынын өзгөрүшү"" деген түшүнүккө ээ болгон, ал эми ""аба ырайынын өзгөрүшү"" деген түшүнүк ""аба ырайынын өзгөрүшү"" деген түшүнүккө ээ болгон."

"Ньютондун ""Көлөмдүү, алдын ала божомолдоочу алкакты"" камсыз кылганы үчүн, анын мыйзамдары кыймылды сапаттык жактан сүрөттөөнүн ордуна, илимпоздорго күчтүн объектинин ылдамдыгын кантип өзгөртө аларын так эсептөөгө мүмкүнчүлүк берген.Бул математикалык ыкма өнөр жай революциясынын, заманбап физиканын жана космостук изилдөөлөрдүн негизин түзгөн. [FLT: 2] Стэнфорд философиялык энциклопедиясы [FLT: 3] [FLT: 3] интерактивдүү симуляцияларды изилдөө [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [FLT: 5] [

Ньютондун кыймылдын биринчи мыйзамы: инерциянын мыйзамы

Ньютондун биринчи мыйзамы мындай дейт: Тынч турган объект эс алууда калат, ал эми кыймылдаган объект ошол эле ылдамдыкта жана ошол эле багытта кыймылда калат, эгерде ага тең салмактуу эмес тышкы күч таасир этпесе. Бул материя касиети инерция кыймыл абалынын өзгөрүшүнө физикалык объектинин каршылыгы деп аталат.

Инерция деген эмне?

Күнүмдүк тажрыйбада биз объектилердин жайлап, токтоп жатканын көрөбүз: дөңгөлөк топ сүрүлүүдөн улам токтойт, үстөлдөгү жылмакай китеп абага туруштук берүү жана бетинин сүрүлүшүнөн улам токтойт. бирок Биринчи Мыйзам бизге эгерде сиз бардык тышкы күчтөрдү ( сүрүлүү, сүйрөө, тартылуу ж.б.) алып салсаңыз, объект туруктуу ылдамдыкта түз сызыкта түбөлүккө кыймылдай берет.

Инерция массага түздөн-түз байланыштуу. объекттин массасы канчалык көп болсо, инерция ошончолук көп болот жана аны кыймылдатууну баштоо же кыймылдатууну токтотуу ошончолук кыйын. мисалы, велосипедди унаага караганда түртүү алда канча оңой, анткени унаада инерция алда канча чоң.

Биринчи мыйзамдын күнүмдүк мисалдары

  • [FLT:
  • Дасторкл кийимдин айласы: Эгер сиз үстөл кийимин тез эле ийсеңиз, анда идиштер ордунда калат, анткени сүрүлүү күчү иш-аракет кылууга убакыт болгон эмес, алар инерциядан улам эс алышат.
  • Автобуста тең салмактуулукту жоготуу: Автобуста күтүлбөгөн жерден ылдамдаганда, денеңиз жерге салыштырмалуу эс алууга жакын болот, ошондуктан сиз артка чегинип кетесиз.

Биринчи мыйзамдын негизги түшүнүктөрү

  • Объекттер кыймылдатуу үчүн күчкө муктаж эмес, аларга кыймылын өзгөртүү үчүн күч керек.
  • Инерция - бул күч эмес, бул материянын касиети.
  • Мыйзам инерциялык шилтеме алкагын аныктайт мыйзам туура болгон алкакты аныктайт.

Ньютондун кыймылдын экинчи мыйзамы: ылдамдатуу мыйзамы

"Ньютондун экинчи мыйзамы күч, масса жана ылдамдыктын ортосундагы математикалык байланышты камсыз кылат: F net = m × a бул жерде F net - бул объектке таасир этүүчү таза тышкы күч (ньютон, N менен өлчөнөт), m - объекттин массасы (кг) жана a - анын ылдамдашы (ms2). Бул мыйзам бизге объекттин канчалык ылдамдыкка же ылдамдыкка ээ болоорун так айтат."

Формуланы бузуу

  • F net объектке таасир эткен бардык күчтөрдүн вектордук суммасы.
  • m - бул объекттин инерциялык массасы - анын ылдамданууга канчалык туруштук берерин өлчөөчү өлчөм.
  • a - бул ылдамдык, ал таза күч менен бирдей багытта багытта багытталат.

"Анын айтымында, ""убакыттын өтүшү менен ылдамдык түздөн-түз пропорционалдуу болот, ал эми ылдамдыкты эки эсе көбөйтүү керек, ал эми ылдамдыкты эки эсе көбөйтүү керек"" (FLT:3)."

Практикалык колдонмолор

  • "Анын айтымында, ""F"" - бул ""M"" үлгүсүндөгү унаалардын кыймылдаткычтын ылдамдыгы, анын ичинде кыймылдаткычтын ылдамдыгы, анын ичинде кыймылдаткычтын ылдамдыгы, анын ичинде кыймылдаткычтын ылдамдыгы, анын ичинде кыймылдаткычтын ылдамдыгы, анын ичинде кыймылдаткычтын ылдамдыгы."
  • Спорт: Бейсбол кумурасы кыска аралыкка топко күч берет. Күчтү көбөйтүү (күчтүү кол) же массаны азайтуу (жеңил топ) менен ылдамдык жана ошентип акыркы ылдамдык жогорулайт.
  • Аба баштыктары: Кырсык учурунда, аба баштык күч колдонулган убакытты көбөйтүү үчүн жайгаштырылат, бул ылдамдыкты (жана ошентип күчтү) азайтат.
  • Жалындаган объектилер: Гравитация туруктуу төмөндөө күчүн камсыз кылат mg , ошондуктан Жер бетине жакын бардык объектилер g < 9.8 m s2 массага карабастан ылдамдашат, абага туруштук берүүнү эске албастан.

Жалпы эсептөө мисалы

Эгер сиз 10 кг кутучаны 50 Н таза горизонталдык күч менен түртүп жатсаңыз, анда ылдамдык a = F = 50 N = 10 кг = 5 м/с2 болуп саналат. эгерде сиз күчтү 100 Нге кошсоңуз, ылдамдык 10 м/с2 болуп калат. эгерде сиз күчтү 50 Нде сактасаңыз, бирок массаны 20 кгга кошсоңуз, ылдамдык 2,5 м/с2ге чейин төмөндөйт.

Математика жана симуляция боюнча терең куралдар үчүн Хан Академиясынын Ньютондун Экинчи мыйзамы боюнча колдонмосун караңыз.

Ньютондун кыймылдын үчүнчү мыйзамы: иш-аракет жана реакция мыйзамы

Ньютондун үчүнчү мыйзамы мындай дейт: Ар бир иш-аракет үчүн бирдей жана карама-каршы реакция бар. Бул күчтөр ар дайым жуптарда пайда болот дегенди билдирет. А объектиси B объектисине күч колдонгондо, B объектиси бир эле учурда A объектисине бирдей чоңдуктагы жана карама-каршы багыттагы күчтү колдонот.

Иш-аракеттердин жана реакциянын жуптарын тактоо

Бул эки күч иш-аракет-реакция жуптарында ар кандай объектилерге таасир этерин түшүнүү өтө маанилүү. Алар бири-бирин жокко чыгарбайт, анткени алар өзүнчө денелерге таасир этет. мисалы, дубалга каршы түрткөндө, дубал ошол эле күч менен артка түртөт. дубалга колдонгон күч сизди кыймылга келтирбейт; дубалдын реакция күчү сизди артка түртөт.

Чыныгы дүйнөнүн мисалдары

  • Жөө басуу: Бут жер бетине артка түртөт; жер бутуңузга алдыга түртөт.
  • Сууда сүзүү: Сууну артка түртүп, сууну алдыга түртүп.
  • Ракета кыймылдаткыч: Ракета түтүн газдарын ылдый карай чыгарат; түтүн газдары ракетаны жогору карай түртөт. Бул космос вакуумунда иштейт, анткени тышкы аба кереги жок - иш-аракет-аракет-аракет жуп ракета менен анын өз түтүнүнүн ортосунда.
  • Бакты кармап: Буттун күчү топко, аны алдыга түртүп; топ сиздин бутуңузга бирдей күч берет (бул сиз тиштегендей сезилет).

Эмне үчүн иш-аракет-аракет жуптары канцлдан алыс

Көптөгөн студенттер ар бир иш-аракеттин карама-каршы реакциясы бирдей болсо, анда бардык күчтөр жокко чыгарылат жана эч нерсе ылдамдата албайт деп жаңылыш ойлошот. ката эки күчтүн ар кандай объектилерге таасир этерин унутууда. ар бир объекттин таза күчү - бул ошол объектке таасир этүүчү күчтөрдүн суммасы.

Көп кездешкен туура эмес түшүнүктөр жана түшүндүрмөлөр

Ньютондун мыйзамдары көбүнчө туура эмес түшүнүлөт, анткени окуу китептери аларды жөнөкөйлөтөт же биздин күнүмдүк тажрыйбабыз идеалдуу жүрүм-турумду жашырган сүрүлүү жана абага каршылык көрсөтүү сыяктуу күчтөрдү камтыйт.

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).

Ньютондун мыйзамдары бүгүнкү күнгө чейин эмне үчүн маанилүү?

Ньютондун мыйзамдары тарыхый кызыктуу нерселер гана эмес, алар көпчүлүк инженердик дисциплиналардын негизин түзөт, структуралык анализден робототехникага чейин. көпүрөнү долбоорлоодо, сиз Ньютондун мыйзамдарын колдонуу менен ар бир нурдун күчүн эсептейсиз. видео оюн үчүн симуляцияны программалоодо, физика кыймылдаткычы, адатта, Ньютондун механикасын колдонот.

Ньютондун мыйзамдары тереңирээк физикага кире бериш болуп саналат. Алар түздөн-түз импульсту сактоо (үчүнчү мыйзамдан алынган) жана энергияны сактоо принциптерине алып келет (экинчи мыйзамдан келип чыккан жумуш-энергия теоремасы аркылуу). аларды түшүнүү электромагнетизмди, термодинамиканы жана атүгүл өзгөчө салыштырмалуулук теориясынын негиздерин түшүнүүнү жеңилдетет.

Чектөөлөр: Ньютондун мыйзамдары колдонулбаганда

Ньютондун мыйзамдары укмуштуудай күчтүү болсо да, бардык кырдаалдарда универсалдуу эмес.

  • Өтө жогорку ылдамдыктар: Объекттер жарыктын ылдамдыгына жакындаганда, Эйнштейндин өзгөчө салыштырмалуулук теориясы керек. Убакыттын кеңейиши жана салыштырмалуулук массалык эффекттер олуттуу болуп калат.
  • Өтө күчтүү гравитациялык талаалар: Кара тешиктердин жанында же бүтүндөй ааламда чоң масштабда, жалпы салыштырмалуулук теориясы гравитацияны мейкиндик-убакыттын ийрилиги катары сүрөттөйт.
  • Өтө кичинекей масштабдар: Атомдук жана субатомдук деңгээлде кванттык механика жүрүм-турумду башкарат. Ньютондун механикасы электрондук орбиталдар жана кванттык туннель сыяктуу кубулуштарды түшүндүрө албайт.

Ошого карабастан, күнүмдүк көрүнүштөрдүн басымдуу көпчүлүгү - автоунаалар, спорт, курулуш, аба ырайы системалары, ал тургай спутник орбиталары - Ньютондун мыйзамдары так жана жетиштүү.

Үч мыйзамдын кыскача баяндамасы

  1. Биринчи мыйзам (Инерция): Объекттер кыймылдын өзгөрүшүнө туруштук берет. эс алган дене эс алууда калат; бирдиктүү кыймылдаган дене кыймылда калат, эгерде ага таза тышкы күч таасир этпесе.
  2. Экинчи мыйзам (Force & Acceleration): Объекттеги таза күч объектинин массасына анын ылдамдашы менен көбөйтүлөт (F = m × a). Бул мыйзам күчтөрдүн кыймылдын өзгөрүшүнө кандайча алып келерин сандык жактан аныктайт.
  3. Үчүнчү мыйзам (аракет реакция): А объектисинин B объектисине тийгизген ар бир күчү үчүн, B объектисинин A объектисине бирдей жана карама-каршы күч колдонот. Бул күчтөр ар кандай денелерге таасир этет.

Бул үч мыйзамды өздөштүрүү кулап түшкөн алмадан баштап жарыш машинасына чейинки нерселердин баары кандайча кыймылдаганын түшүнүүгө жол ачат. үй тапшырмалары менен күрөшүп жатасызбы, машинаны иштеп жатасызбы же жөн гана күтүлбөгөн жерден тормоз салганда кофеңиздин эмне үчүн агып кеткенин билгиңиз келеби, Ньютондун мыйзамдары ачык, математикалык түшүндүрмө берет.

"Анын айтымында, ""NASA Glenn Research Center"" (FLT) изилдөө борборунун башталгычтарга ыңгайлуу түшүндүрмөсү бар, ал эми ""Britannica"" (FLT) изилдөө борборунун тарыхый тереңдиги бар."