Hiểu được định luật chuyển động của Newton: Một sự hướng dẫn hoàn toàn của người bắt đầu

Theo định luật Newton về chuyển động, ba điều luật này giải thích tại sao một cuốn sách nằm trên một bàn để xem cách tên lửa phóng vào không gian. dù bạn là sinh viên học sinh học lớp vật lý đầu tiên hay chuyên nghiệp tìm kiếm kiến thức cơ bản, nắm vững những nguyên tắc này là thiết yếu để hiểu thế giới vật lý.

Văn cảnh lịch sử: Newton đã thay đổi thế nào

Trước Newton, quan điểm phổ biến của chuyển động đến từ Aristotle, người tin rằng vật thể tự nhiên được tạm nghỉ trừ khi một lực đẩy liên tục.

Sự đóng góp của Newton mang tính cách mạng vì nó cung cấp một khung tính toán , có tính toán [FLT:], cơ sở [FLT: 1] cho sự chuyển động, thay vì mô tả chuyển động qualitly, luật pháp của ông cho phép các nhà khoa học tính toán chính xác cách một lực lượng thay đổi vận tốc của đối tượng.

Định luật đầu tiên của Newton về chuyển động: Định luật Inertia

Định luật thứ nhất của Newton nói: “Một vật thể ở trạng thái nghỉ ngơi, và vật thể chuyển động giữ cho cùng tốc độ và theo cùng hướng, trừ khi hành động theo một lực bên ngoài không cân bằng.

Ý nghĩa thật sự của sự thờ ơ

Trong kinh nghiệm hàng ngày, chúng ta thấy các vật thể chậm lại và dừng lại mọi lúc: một quả bóng lăn dừng lại vì ma sát, một cuốn sách trượt trên bàn dừng lại vì sự chống không khí và sự va chạm bề mặt.

Vật thể càng có nhiều, nó càng có tính quán tính, và càng khó để khởi động hoặc dừng nó một lần, chẳng hạn, đẩy xe đạp dễ hơn là lái xe vì xe không thể chịu đựng được nhiều hơn.

Những gương mẫu hàng ngày về Luật pháp đầu tiên

  • Khi xe dừng lại đột ngột, cơ thể bạn tiếp tục tiến về phía trước vì không thể điều khiển được.
  • Một mánh khóe làm bằng bàn: ) Nếu bạn giật mạnh một cái khăn trải bàn một cách nhanh chóng, các món ăn vẫn còn nguyên tại chỗ vì sức mạnh của ma sát không có thời gian để hành động. Họ ở lại nghỉ do sự mất ngủ.
  • Khi xe buýt đột nhiên tăng tốc, cơ thể bạn có xu hướng ở lại trong tình trạng yên tĩnh, khiến bạn bị lật ngược.

Bí quyết giúp hiểu Luật pháp đầu tiên

  • Đối tượng làm không cần một lực để tiếp tục di chuyển - họ cần một lực để biến chuyển động của họ.
  • Bệnh Inertia không phải là một lực; nó là một tài sản của vật chất.
  • Luật định nghĩa một khung tham chiếu [FLT: 0] [FLT: 1] [FLT: 1] [Một khung nơi luật có sự thật. Trong khung tăng tốc (như quay, lực tưởng tượng xuất hiện.

Định luật thứ hai của Newton về chuyển động: Luật gia tốc

Định luật thứ hai của Newton cung cấp mối quan hệ toán học giữa lực, khối lượng và gia tốc: [FLT: 0]F [FLT: 1] [FLT:] mạng [FLT:] [FLT:] = m . Ở đây, F [FLT:] [FLT:] [FLT:]] [FLT:]]] [FLT:]]] [F: 1]]] [FLT: 1]] [FLT:]]] [FLT: 1 lực bên ngoài [FLT:]]]] là lực bên ngoài [FLT] [FLT:] [F - mục (FLT] [FLT]]] [F - mục tiêu (được đặt trên một vật thể hiện tượng (được bảo vệt]]]]]]]]]]], m là lực (được áp dụng để làm chậm, lực đẩy, m, hoặc chỉ đạo (có thể áp dụng cho chúng ta

Phá vỡ công thức

  • Fnet [FLT:] là tổng cộng của mọi lực tác động trên đối tượng. Nếu nhiều lực đẩy theo hướng khác nhau, thì lực lượng của lưới quyết định chuyển động.
  • m là khối lượng liên tục của đối tượng - một thước đo của bao nhiêu nó chống lại gia tốc.
  • a là gia tốc, mà chỉ theo cùng hướng với lực lượng lưới.

Hãy chú ý rằng luật nói gia tốc [FLT: 0] [FLT: 0] chiều ngang [FLT: 1] để lưới: tăng gấp đôi lực lượng, và tăng gia tốc (cho cùng khối lượng). Ngược lại, gia tốc nghịch [FLT:] để tăng [FLT:]: khối lượng, tăng gấp đôi khối lượng và gia tốc (cùng một lực).

Ứng dụng thực tế

  • Thiết kế băng:) Các kỹ sư sử dụng F = ma để tính toán lực động cơ cần thiết để tăng tốc xe từ 0 đến 60 mph trong một thời gian nhất định.
  • Dịch bởi Vũ Hạnh, Mai Linh, Nga, Huy Tô, Huy Tô, Yuki, Ann, Phương
  • Túi khí:) trong vụ va chạm, túi khí phóng ra để tăng thời gian cho lực đẩy, giảm lực (và do đó lực) tác động trên người cư trú. Đây là một ứng dụng trực tiếp của F = ma: một thời gian dài hơn có nghĩa là một lực nhỏ hơn để thay đổi trong cùng động lượng.
  • Vật thể nhảy múa: Trọng lực không ngừng [FLT:] cung cấp lực đẩy xuống () ) , vì vậy tất cả các vật thể ở gần mặt đất tăng tốc g 9.8m [FLT] [FLT:], lờ đi sự kháng cự hàng loạt, vì thế mà lông chim và búa rơi cùng nhau trên mặt trăng.

Ví dụ tính toán thông thường

Giả sử bạn đẩy một hộp 10 kg với lực ngang của 50 N. Gia tốc là F/m = 50 N / 10 kg = 5 m/s2. Nếu bạn nhân đôi lực lượng lên 100 N, gia tốc thành 10 m/s2. Nếu bạn giữ lực lượng 50 N nhưng tăng gấp đôi khối lượng lên 20 kg, tăng tốc độ giảm xuống 2.5 m/2.

Để biết thêm về các công cụ toán học và mô phỏng, hãy xem [FLT: 0] Hướng dẫn của Học viện Khan [FLT: 1).

Định luật thứ ba của Newton về sự chuyển động: Luật hành động và hành động

Định luật thứ ba của Newton nói: “Đối với mỗi hành động, có một phản ứng ngang nhau và ngược lại.

Làm sáng tỏ sự phản ứng- phản ứng

Điều quan trọng là hiểu rằng hai lực trong một cặp hành động hành động hành động hành động hành động trên các vật khác nhau [FLT: 1]; không làm cho nhau bị loại vì ảnh hưởng đến cơ thể riêng biệt.

Ví dụ thực tế

  • Đang đi bộ: chân của bạn đẩy về phía trước, mặt đất đẩy về phía trước trên chân bạn.
  • ) Bạn đẩy nước ngược lại; nước đẩy bạn về phía trước.
  • đẩy đẩy ra: Tên lửa thải khí thải xuống, khí thải đẩy tên lửa lên trên.
  • Đánh bóng: ) Chân bạn áp dụng lực cho quả bóng, đẩy nó về phía trước; quả bóng áp dụng lực đồng đều trên chân (mà bạn cảm thấy như một cái chích).

Tại sao không thôi những cuộc hành động?

Nhiều học sinh lầm tưởng rằng nếu mỗi hành động đều có phản ứng tương đương, thì tất cả lực sẽ hủy bỏ và không thể đẩy nhanh. Lỗi nằm ở chỗ quên rằng hai lực [FLT: 0] đối tượng khác nhau [FLT] [FLT: 1]. Lực đẩy bạn trên mặt đất. Lực này không thể tăng tốc vì lực lượng của nó quá lớn, có thể làm tăng tốc độ.

Quan điểm sai lầm và sự tán dương thông thường

Các định luật của Newton thường bị hiểu lầm vì sách giáo khoa đơn giản hóa chúng hoặc vì kinh nghiệm hàng ngày của chúng ta bao gồm những lực như ma sát và không khí ngăn cản hành vi lý tưởng.

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).

Tại sao các luật của Newton vẫn còn cần thiết ngày nay

Khi thiết kế một cây cầu, bạn tính toán lực trên mỗi chùm tia bằng cách dùng luật Newton, lập trình một trò chơi điện tử, cơ chế vật lý thường sử dụng cơ học Newton, ngay cả các cơ quan không gian để vẽ các mô hình cho tàu vũ trụ, dù chúng có thêm những sự sửa đổi tương đối cho độ chính xác cực đoan.

Hơn nữa, luật của Newton là một cánh cửa dẫn đến vật lý sâu hơn, dẫn đến các nguyên tắc bảo tồn động lực (được tách ra từ Điều luật Thứ ba) và bảo tồn năng lượng (qua định lý năng lượng làm việc, bắt nguồn từ định luật thứ hai).

Giới hạn: Khi luật Newton không áp dụng

Dù cực kỳ mạnh mẽ, nhưng các định luật của Newton không phổ biến trong mọi tình huống, mà chỉ chia nhỏ ra trong ba chế độ chính:

  • Khi các vật thể đạt đến tốc độ ánh sáng, thuyết tương đối của Einstein cần phải có.
  • Trường hấp dẫn rất mạnh: gần lỗ đen hoặc trong toàn bộ vũ trụ trên cán cân lớn, tương đối tương đối tương đối mô tả trọng lực là cong thời gian.
  • Tại mức độ nguyên tử và nguyên tử, cơ học lượng tử chi phối hành vi.

Tuy nhiên, đối với đại đa số các hiện tượng hàng ngày xe hơi, thể thao, xây dựng, hệ thống thời tiết, và thậm chí cả quỹ đạo vệ tinh - luật của Newton là chính xác và đủ.

Tóm tắt ba điều luật

  1. Định luật đầu tiên (Intertia): đối tượng kháng lại sự thay đổi trong chuyển động.
  2. Định luật Second (Rce &amration): ) Quyền lực lưới trên một đối tượng bằng khối lượng của vật thể nhân với gia tốc (F = m). Định lượng luật này định lượng lực gây ra sự thay đổi chuyển động.
  3. [FLT: 0] Luật 3 (Action–Rection): ) Đối với mỗi lực tác động bởi đối tượng A trên đối tượng B, đối tượng B linh hoạt lực ngang và đối diện trên đối tượng A. Những lực này tác động trên cơ thể khác nhau.

Việc nắm vững ba luật này mở cửa để hiểu mọi thứ từ quả táo rơi xuống đến xe đua như thế nào, dù bạn có giải quyết được vấn đề về bài tập, thiết kế máy móc, hoặc chỉ tò mò về lý do tại sao cà phê của bạn lại đổ ra khi bạn đột nhiên, luật Newton giải thích rõ ràng và toán học.

Để đọc thêm, Trung tâm Nghiên cứu Glenn ) có một lời giải thích tuyệt vời về sự bắt đầu thân thiện, và [FLT:] cung cấp độ sâu lịch sử.