نيوٽن جي حرڪت جي قانونن کي سمجهڻ: هڪ مڪمل شروعاتي گائيڊ

نيوٽن جي قانونن جي حرڪت ڪلاسيڪي ميڪينڪ جو بنياد آهي، اهي قاعدن فراهم ڪن ٿا جيڪي انهن شين کي ڪيئن حرڪت ڪن ٿا جڏهن قوتون انهن تي عمل ڪن ٿيون. 17 صدي ۾ سر اسحاق نيوٽن پاران ٺهيل، اهي ٽي قانون هر شي کي بيان ڪن ٿا ته ڇو هڪ ڪتاب ٽيبل تي رهي ٿو ته هڪ راڪيٽ ڪيئن خلا ۾ لانچ ٿئي ٿي. ڇا توهان پنهنجي پهرين فزڪس ڪلاس ۾ شاگردن يا هڪ پروفيشنل آهيو جيڪو بنيادي علم کي تازه ڪاري ڪرڻ چاهيندو آهي، انهن اصولن کي قابليت ڏيڻ فزيڪل دنيا کي سمجهڻ لاء ضروري آهي. هن رهنمائي ۾، اسان هر قانون کي صاف زبان ۾ ٽوڙينداسين، حقيقي دنيا جا مثال ڳوليندا آهيون، ۽ ڏيکارينداسين ته نيوٽن جي بصيرت جديد سائنس ۽ انجنيئرنگ ۾ ڇو ضروري رهي ٿي.

تاريخي سلسلو: نيوٽن ڪيئن فزڪس کي تبديل ڪيو

نيوٽن کان اڳ ، حرڪت جو غالب نظريو ارسطو کان آيو ، جيڪو يقين ڪيو ته شيون قدرتي طور تي آرام ۾ اچي ويون ، جيستائين هڪ قوت انهن کي مسلسل ڌڪيندي نه هجي. گليلي گليلي هن خيال کي جھڪيل جهازن تي تجربن سان چئلينج ڪيو ، مشاهدو ڪندي ته حرڪت ۾ شيون حرڪت ۾ رهڻ جي رجحان رکن ٿيون جيڪڏهن رگڙ کي گهٽايو وڃي. نيوٽن انهن مشاهدن ۽ پنهنجي ڪم کي فلٽ:0 ۾ مرتب ڪيو Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (1FLT:1) (1687) ، جتي هن عالمي ڪشش ثقل جي قانون سان گڏ حرڪت جا ٽي قانون شايع ڪيا.

نيوٽن جي مدد انقلابي هئي ڇاڪاڻ ته اها حرڪت لاءِ هڪ مقدار وارو ، پيش گوئي وارو فريم ورڪ فراهم ڪئي. حرڪت کي خاص طور تي بيان ڪرڻ بدران ، هن جا قانون سائنسدانن کي اهو حساب ڪرڻ جي اجازت ڏيندا هئا ته هڪ قوت ڪنهن اعتراض جي رفتار کي ڪيئن تبديل ڪندي. هن رياضي جي طريقي سان صنعتي انقلاب ، جديد فزڪس ۽ اڃا تائين خلا جي ڳولا جو بنياد وڌو. توهان نيوٽن جي زندگي ۽ طريقن بابت وڌيڪ پڙهي سگهو ٿا فلاسفي جي اسٽينفورڊ انسائيڪلوپيڊيا تي يا تفريحي تخليقات کي ڳولهي سگهو ٿا فليڪس: 5 تي.

نيوٽن جي حرڪت جو پهريون قانون: حرڪت جو قانون

نيوٽن جي پهرين قانون ۾ چيو ويو آهي: هڪ آرام ۾ موجود اعتراض آرام ۾ رهندو آهي ، ۽ هڪ حرڪت ۾ موجود اعتراض ساڳئي رفتار ۽ ساڳي هدايت ۾ حرڪت ۾ رهندو آهي ، جيستائين غير متوازن خارجي قوت طرفان عمل نه ڪيو وڃي.

انرٽي جو اصل مطلب

روزاني تجربي ۾ ، اسان شيون سست ۽ روڪيندي هر وقت ڏسون ٿا: هڪ رولنگ بال رگڙ جي ڪري بند ٿي ويندي آهي ، ڊيسڪ تي هڪ سلائيڊنگ ڪتاب هوا جي مزاحمت ۽ مٿاڇري جي رگڙ جي ڪري بند ٿي ويندو آهي. پر پهريون قانون اسان کي ٻڌائي ٿو ته جيڪڏهن توهان سڀني خارجي قوتن کي ختم ڪري سگهو ٿا (گھڙڻ ، ڇڪڻ ، ڪشش ثقل ، وغيره) ، هڪ اعتراض مستقل رفتار سان سڌي لائين ۾ هميشه لاءِ هلندو رهندو. هي هڪ تصوراتي مثالي آهي جيڪو ماديت جي بنيادي رويي کي اجاگر ڪري ٿو.

انرٽي جي ماس سان سڌو لاڳاپيل آهي. هڪ اعتراض جي وڌيڪ ماس آهي، ان جي وڌيڪ انرٽي آهي، ۽ ان کي هلڻ شروع ڪرڻ يا هڪ دفعو هلڻ بند ڪرڻ وڌيڪ ڏکيو آهي. مثال طور، هڪ سائيڪل کي ڌڪڻ هڪ ڪار کان گهڻو آسان آهي ڇاڪاڻ ته ڪار ۾ گهڻو وڌيڪ انرٽي آهي.

پهريون قانون جو روزانو مثال

  • سيٽ بيلٽ: جڏهن هڪ ڪار اوچتو بند ٿي وڃي ٿي ، توهان جو جسم حرڪت جي ڪري اڳتي وڌندو رهي ٿو. سيٽ بيلٽ توهان کي محفوظ طور تي روڪڻ لاءِ ٻاهرين قوت فراهم ڪري ٿو.
  • FLT:0]] هڪ ٽيبل ڪپڙي جو ٽڪرو: جيڪڏهن توهان هڪ ٽيبل ڪپڙي کي جلدي ڇڪيندا آهيو ، برتن پنهنجي جاءِ تي رهندا آهن ڇاڪاڻ ته رگڙ جي طاقت کي عمل ڪرڻ جو وقت نه مليو آهي اهي inertia جي ڪري آرام ۾ رهندا آهن.
  • بيس ۾ توازن وڃائڻ: جڏهن بيس اوچتو تيز ٿئي ٿو ، توهان جو جسم زمين جي نسبت آرام ۾ رهڻ جو رجحان رکي ٿو ، توهان کي پوئتي لڪائڻ جو سبب بڻجندي.

پهريون قانون مان اهم بصيرت

  • شيون نه کي حرڪت جاري رکڻ لاءِ قوت جي ضرورت آهي. انهن کي کي تبديل ڪرڻ لاءِ قوت جي ضرورت آهي.
  • انرٽي ڪا قوت نه آهي، اها ماديت جي هڪ خاصيت آهي.
  • قانون هڪ فريم جي وضاحت ڪري ٿو جتي قانون سچو آهي. تيز رفتار فريمز ۾ (جهڙوڪ هڪ گردش ڪندڙ ڪاروسيل) ، خيالي قوتون ظاهر ٿينديون آهن.

نيوٽن جي حرڪت جو ٻيو قانون: تيزي جو قانون

نيوٽن جي ٻي قانون قوت ، ڪاميٽي ۽ تيزي جي وچ ۾ رياضي تعلق فراهم ڪري ٿو: Fnet = m × a. هتي ، Fnet هڪ اعتراض تي ڪم ڪندڙ خالص خارجي قوت آهي (نيٽون ۾ ماپيل ، N) ، m اعتراض جي ڪاميٽي (ڪلوگرام) آهي ، ۽ a ان جي تيزي (م / سي) آهي. هي قانون اسان کي چوي ٿو ته هڪ اعتراض ڪيتري رفتار سان تيز ٿيندو ، سست ٿيندو ، يا هڪ قوت لاڳو ٿيڻ تي رخ تبديل ڪندو.

فارمولا کي ٽوڙڻ

  • F Fnet تمام قوتن جو ويڪٽر مجموعو آهي جيڪي اعتراض تي عمل ڪن ٿيون. جيڪڏهن گهڻيون قوتون مختلف طرفن ۾ ڌڪينديون آهن ، نيٽ قوت حرڪت جو تعين ڪندي آهي.
  • فليٽ:0 ميٽر فليٽ: 1 جي جسم جي حرڪت واري ڪاميٽي آهي.
  • a آهي ، جيڪو تيز رفتار آهي ، جيڪو نيٽ قوت جي ساڳي هدايت ۾ اشارو ڪري ٿو.

نوٽ ڪريو ته قانون چوي ٿو ته تيز ڪرڻ فليٽ:0 سان سڌو تناسب آهي: فليٽ: 1 نيٽ قوت کي ٻيڻو ڪري ٿو ، ۽ توهان تيز ڪرڻ کي ٻيڻو ڪري سگهو ٿا (ساڳي قوت لاءِ). ان جي برعڪس ، تيز ڪرڻ فليٽ: 3 جي برعڪس آهي: فليٽ: 3 ڪاميٽي کي ٻه ڀيرا ، ۽ تيز ڪرڻ جي اڌ (ساڳي قوت لاءِ).

عملي طور تي استعمال

  • گاڏي جو ڊزائن: انجنيئرز F = ma استعمال ڪن ٿا هڪ مخصوص وقت اندر 0 کان 60 mph تائين ڪار کي تيز ڪرڻ لاءِ ضروري انجڻ جي طاقت جو حساب ڪرڻ لاءِ.
  • اسپورٽس: هڪ بيس بال پٿر هڪ ننڍي فاصلي تي هڪ بال تي زور لاڳو ڪري ٿو. قوت وڌائڻ (اڳي هٿ) يا ڪاميٽي کي گهٽائڻ (ڳاڙهي بال) ، تيز ڪرڻ ۽ اهڙي طرح آخري رفتار وڌي ٿي.
  • ايئر بيگز: ٽڪراءَ دوران ، ايئر بيگز ان وقت کي وڌائڻ لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي جنهن دوران قوت لاڳو ڪئي ويندي آهي ، انهي ڪري تشخيص (۽ ان ڪري قوت) کي گهٽايو ويندو آهي. هي ف = ما جو هڪ سڌو لاڳو آهي: هڪ وڌيڪ وقت مطلب آهي هڪ ئي رفتار جي تبديلي لاءِ هڪ نن mediumي اوسط قوت.
  • گرڻ واريون شيون: گرائيويٽي هڪ مسلسل هيٺيان زور فراهم ڪري ٿي (FLT:2]]mg) ، تنهن ڪري زمين جي مٿاڇري جي ويجهو سڀ شيون g ≈ 9.8 m / s2 تي تيز ٿينديون آهن ، بغير ڪنهن به ماس جي ، هوا جي مزاحمت کي نظرانداز ڪندي. اهو ئي سبب آهي ته چنڊ تي هڪ پن ۽ هڪ مارو گڏجي اچن ٿا.

عام حساب جو مثال

فرض ڪريو ته توهان 10 ڪلوگرام باڪس کي 50 N جي هڪ صاف افقي قوت سان ڌڪيو ٿا. تيز ڪرڻ = F / m = 50 N / 10 kg = 5 m / s. جيڪڏهن توهان طاقت کي 100 N تي ٻيڻو ڪريو ٿا ، تيز ڪرڻ 10 m / s. جيڪڏهن توهان طاقت کي 50 N تي رکندا آهيو پر وزن کي 20 ڪلو تائين ٻيڻو ڪريو ٿا ، تيز ڪرڻ 2.5 m / s2 تائين گهٽجي ويندو.

وڌيڪ گہرے رياضي ۽ تخليق اوزار لاءِ ، نيوٽن جي ٻئي قانون کي ڏسڻ لاءِ خان اڪيڊمي جي گائيڊ کي ڏسو.

نيوٽن جي حرڪت جو ٽيون قانون: عمل ۽ رد عمل جو قانون

نيوٽن جي ٽئين قانون ۾ چيو ويو آهي: هر عمل لاءِ ، هڪ برابر ۽ مخالف رد عمل آهي. هن جو مطلب آهي ته قوتون هميشه جوڙن ۾ واقع ٿينديون آهن. جڏهن اعتراض A اعتراض B تي هڪ قوت لاڳو ڪري ٿو ، اعتراض B هڪ ئي وقت هڪ قوت جو استعمال ڪري ٿو برابر شدت ۽ مخالف رخ جي شيءِ A تي.

عمل ۽ رد عمل جو جوڙو واضح ڪرڻ

اهو سمجهڻ ضروري آهي ته عمل-ردعمل جوڙو ۾ ٻه قوتون مختلف شين تي عمل ڪن ٿيون. اهي هڪ ٻئي کي ختم نه ڪن ٿيون ڇاڪاڻ ته اهي الڳ جسم کي متاثر ڪن ٿيون. مثال طور ، جڏهن توهان ڀت تي ڌڪيندا آهيو ، ڀت ساڳي قوت سان واپس ڌڪيندو آهي. توهان جي ڀت تي لاڳو ٿيندڙ قوت توهان کي هلڻ جي سبب نه هوندي آهي ؛ اهو توهان تي ڀت جي رد عمل جي قوت آهي جيڪا توهان کي پوئتي ڌڪيندي آهي.

حقيقي دنيا جا مثال

  • توهان جي پير زمين تي واپس ڌڪيندو آهي؛ زمين توهان جي پير تي اڳتي ڌڪيندو آهي. اهو اڳتي ڌڪ توهان کي ڌڪيندو آهي.
  • سوئمنگ: توهان پاڻي کي پوئتي ڌڪيو ٿا؛ پاڻي توهان کي اڳتي ڌڪيندو آهي.
  • روڪيٽ جي اڳواڻي: هڪ راڪيٽ گئس کي هيٺ طرف ڪڍي ڇڏيندي آهي؛ گئس گئس راڪيٽ کي مٿي طرف ڌڪيندا آهن. اهو خلا ۾ ڪم ڪري ٿو ڇاڪاڻ ته ٻاهرين هوا جي ضرورت ناهي.
  • هڪ بال کي ٽوڙڻ: توهان جو پير बल تي زور لاڳو ڪري ٿو ، ان کي اڳتي وڌائي ٿو ؛ بال توهان جي پير تي هڪ برابر زور لاڳو ڪري ٿو (جيڪو توهان کي هڪ sting وانگر محسوس ٿئي ٿو).

ڇو ايڪشن-ريڪشن جوڙو منسوخ نه ڪندا آھن

ڪيترائي شاگرد غلطيءَ سان سوچيندا آهن ته جيڪڏهن هر عمل ۾ برابر مخالف رد عمل آهي ، ته پوءِ سڀ قوتون منسوخ ٿي وينديون آهن ۽ ڪجھ به ڪڏهن به تيز نه ٿي ڪري سگهيو. غلطي اهو وسارڻ ۾ آهي ته اهي ٻه قوتون مختلف شين تي عمل ڪنديون آهن. ڪنهن به هڪ شيءَ تي خالص قوت قوت قوتن جو مجموعو آهي جيڪا انهي شيءَ تي عمل ڪندي آهي. زمين کي توهان کي تيز ڪرڻ لاءِ ، اهو توهان تي زور ڏيڻ گهرجي ۽ اها قوت زمين تي توهان جي ڌڪ جي رد عمل آهي. زمين noticeably تيز نه ٿيندي آهي ڇاڪاڻ ته ان جو ماس وڏو آهي ، تنهن ڪري ان تي ساڳي قوت ناقابل تسخير تيز ڪرڻ پيدا ڪري ٿي.

عام غلط فهميون ۽ وضاحت

نيوٽن جي قانونن کي اڪثر ڪري غلط سمجهيو ويندو آهي ڇاڪاڻ ته درسي ڪتاب انهن کي آسان بڻائي ٿو يا ڇاڪاڻ ته اسان جي روزاني تجربي ۾ رگڙ ۽ هوا جي مزاحمت جهڙيون قوتون شامل آهن جيڪي مثالي رويي کي ڍڪيندا آهن. هتي ڪجهه مسلسل افسانا آهن، درست:

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).

نيوٽن جا قانون اڄ به اهم آهن

نيوٽن جا قانون صرف تاريخي تجسس نه آهن. اهي انجنيئرنگ جي اڪثر disciplines لاءِ بنياد ٺاهي رهيا آهن ، ساختي تجزيو کان روبوٽڪس تائين. جڏهن توهان پل ڊزائين ڪندا آهيو ، توهان نيوٽن جي قانونن کي استعمال ڪندي هر شعاع تي قوتن جو حساب ڪندا آهيو. جڏهن توهان ويڊيو گيم لاءِ هڪ تخليق پروگرام ڪندا آهيو ، فزڪس انجڻ عام طور تي نيوٽن ميڪينڪ استعمال ڪندو آهي. جيتوڻيڪ خلائي ايجنسيون به انهن قانونن کي استعمال ڪنديون آهن خلائي جهازن لاءِ رستن کي ڊرائنگ ڪرڻ لاءِ ، جيتوڻيڪ اهي انتهائي درستگي لاءِ رليٽيفسٽڪ درستگي شامل ڪن ٿيون.

ان کان علاوه ، نيوٽن جي قانونن کي گہرے فزڪس جو دروازو آهي. اهي سڌو سنئون حرڪت جي تحفظ جي اصولن ڏانهن ويا آهن (ٽيون قانون مان نڪتل) ۽ توانائي جي تحفظ (ڪم-انرجي نظريي ذريعي ، جيڪا ٻئي قانون مان نڪتل آهي). انهن کي سمجهڻ سان برقي مقناطيسيت ، حرارتي حرڪت ۽ خاص نسبيت جي بنيادي اصولن کي سمجهڻ آسان ٿي ويندو آهي.

پابنديون: جڏهن نيوٽن جا قانون لاڳو نه ٿين

جڏهن ته ناقابل يقين حد تائين طاقتور آهن ، نيوٽن جا قانون سڀني حالتن ۾ عالمي نه آهن. اهي ٽن بنيادي نظامن ۾ ورهايل آهن:

  • تمام تيز رفتار: جڏهن شيون روشني جي رفتار جي ويجهو اچن ٿيون ، انٽائنز جي خاص نسبيت جي نظريي جي ضرورت آهي. وقت جي توسيع ۽ نسبيت واري ڪاميٽي جا اثر اهم ٿي ويندا آهن.
  • تمام مضبوط ڪشش ثقل واري ميدان: ڪاري سوراخن جي ويجهو يا پوري ڪائنات ۾ وڏن پيماني تي ، عام نسبيت جي سائنس ڪشش ثقل کي وقت جي ڪوربشن طور بيان ڪري ٿي.
  • تمام ننڍي پيماني تي: فليٽ: 1، ايٽمي ۽ ذيلي ايٽمي سطح تي، ڪوانٽ ميڪينڪ رويي کي سنڀاليندو آهي. نيوٽون ميڪينڪ اليڪٽرانن جي آرٽيڪل ۽ ڪوانٽ ٽنلنگ وانگر ظاهري حالتن کي بيان ڪرڻ ۾ ناڪام ٿي.

بهرحال، روزمره جي ظاهري شين جي وڏي اڪثريت لاءِ ڪارون، راندين، عمارتن جي تعمير، موسمي نظام، ۽ اڃا به سيٽلائيٽ مدار Newton جي قانونن جي صحيح ۽ ڪافي آهن.

ٽن قانونن جو خلاصو

  1. پهرين قانون (انرٽيا): شيون حرڪت ۾ تبديلين جي مزاحمت ڪن ٿيون. آرام ۾ جسم آرام ۾ رهي ٿو ؛ هڪ جسم هڪجهڙائي واري حرڪت ۾ حرڪت ۾ رهي ٿو جيستائين ان تي نيٽ خارجي قوت عمل نه ڪري.
  2. ٻيو قانون (فورس ۽ تيز ڪرڻ): هڪ اعتراض تي نيٽ فورس ان جي رفتار سان وڌايل اعتراض جي ڪاميٽي جي برابر آهي (F = m × a). هي قانون quantifies ڪيئن قوتن جي تحريڪ جي تبديلين سبب.
  3. ٽيون قانون (ActionReaction): هر شيءِ A جي جسم B تي لاڳو ٿيندڙ قوت لاءِ، اعتراض B هڪ شيءِ A تي برابر ۽ مخالف قوت لاڳو ڪندو آهي. اهي قوتون مختلف جسم تي عمل ڪنديون آهن.

انهن ٽن قانونن کي ڄاڻڻ اهو سمجهڻ جو دروازو کوليندو آهي ته هڪ گرندڙ ايپل کان وٺي هڪ ريسنگ ڪار تائين هر شي ڪيئن هلندي آهي. ڇا توهان گهربل ڪم جي مسئلن سان منهن ڏئي رهيا آهيو، هڪ مشين ڊزائين ڪري رهيا آهيو، يا صرف تجسس ڪيو ته توهان جو ڪافي اوچتو ڇو ڦاڙي ٿو جڏهن توهان برڪ ڪريو ٿا، نيوٽن جي قانونن کي واضح، رياضي وضاحت فراهم ڪري ٿي.

وڌيڪ پڙهڻ لاءِ ، ناسا جي فلين ريسرچ سينٽر فلٽ: 1 ۾ هڪ بهترين ابتدائي دوستانه وضاحت آهي ، ۽ برٽنيڪا جي داخلا فلٽ: 3 تاريخي گہرائي پيش ڪري ٿي. خوشگوار سکيا!