Fysiikka tieteenä, joka tutkii universumimme lakeja, käyttää vakiotutkimusmetodologiaa ja tiettyä mittayksikköjärjestelmää. Voiman yksikköä kutsutaan yleisesti nimellä N (newton). Mitä vahvuus on, miten se löydetään ja mitataan? Tutkitaan tätä asiaa tarkemmin.
Mielenkiintoista historiasta
Isaac Newton on erinomainen englantilainen 1600-luvun tiedemies, joka antoi korvaamattoman panoksen täsmällisten matemaattisten tieteiden kehitykseen. Hän on klassisen fysiikan esi-isä. Hän onnistui kuvailemaan lakeja, jotka hallitsevat sekä v altavia taivaankappaleita että pieniä tuulen kantamia hiekkajyviä. Yksi hänen tärkeimmistä löydöistään on universaalin gravitaatiolaki ja kolme mekaniikan peruslakia, jotka kuvaavat kappaleiden vuorovaikutusta luonnossa. Myöhemmin muut tiedemiehet pystyivät johtamaan kitkan, levon ja liukumisen lait vain Isaac Newtonin tieteellisten löytöjen ansiosta.
Hieman teoriaa
Fysikaalinen määrä nimettiin tiedemiehen mukaan. Newton on voiman yksikkö. Itse voiman määritelmää voidaan kuvata seuraavasti: "voima on kappaleiden välisen vuorovaikutuksen kvantitatiivinen mitta tai määrä,joka kuvaa kehon intensiteetin tai jännityksen astetta."
Voima mitataan newtoneina syystä. Tämä tiedemies loi kolme horjumatonta "voimalakia", jotka ovat merkityksellisiä tähän päivään. Tutkitaan niitä esimerkein.
Ensimmäinen laki
Ymmärtääksesi täydellisesti kysymykset: "Mikä on newton?", "Mitä mittayksikkö?" ja "Mikä on sen fysikaalinen merkitys?", kannattaa tutkia huolellisesti kolme mekaniikan peruslakia.
Ensimmäinen sanoo, että jos muut kehot eivät vaikuta kehoon, se on levossa. Ja jos keho oli liikkeessä, niin jos siihen ei tehdä mitään, se jatkaa tasaista liikettään suorassa linjassa.
Kuvittele, että tietty kirja, jolla on tietty massa, makaa tasaisella pöytäpinnalla. Ilmaisemalla kaikki siihen vaikuttavat voimat saadaan, että tämä on painovoima, joka on suunnattu pystysuunnassa alaspäin, ja tuen (tässä tapauksessa pöydän) reaktiovoima, joka on suunnattu pystysuunnassa ylöspäin. Koska molemmat voimat tasapainottavat toistensa toimintaa, resultanttivoiman suuruus on nolla. Newtonin ensimmäisen lain mukaan tämä on syy, miksi kirja on levossa.
Toinen laki
Se kuvaa kehoon vaikuttavan voiman ja sen saaman kiihtyvyyden välistä suhdetta käytetyn voiman vaikutuksesta. Tätä lakia muotoillessaan Isaac Newton käytti ensimmäisenä massan vakioarvoa kehon hitauden ja hitauden ilmentymän mittana. He kutsuvat inertiaakehon kyky tai ominaisuus säilyttää alkuperäinen asemansa, toisin sanoen vastustaa ulkoisia vaikutuksia.
Toista lakia kuvataan usein seuraavalla kaavalla: F=am; jossa F on kaikkien kehoon kohdistuvien voimien resultantti, a on kehon vastaanottama kiihtyvyys ja m on kappaleen massa. Voima ilmaistaan lopulta kgm/s2 . Tämä lauseke merkitään yleensä newtoneina.
Mikä on newton fysiikassa, mikä on kiihtyvyyden määritelmä ja miten se liittyy voimaan? Näihin kysymyksiin vastataan mekaniikan toisen lain kaavalla. On ymmärrettävä, että tämä laki toimii vain niille kappaleille, jotka liikkuvat paljon valonnopeutta pienemmillä nopeuksilla. Nopeuksilla, jotka ovat lähellä valonnopeutta, toimivat hieman erilaiset lait, joita on mukautettu suhteellisuusteoriaa käsittelevässä fysiikan erityisosassa.
Newtonin kolmas laki
Tämä on ehkä ymmärrettävin ja yksinkertaisin laki, joka kuvaa kahden kappaleen vuorovaikutusta. Hän sanoo, että kaikki voimat syntyvät pareittain, eli jos yksi kappale vaikuttaa toiseen tietyllä voimalla, niin toinen kappale puolestaan vaikuttaa ensimmäiseen samalla voimalla.
Tieteilijöiden lain sanamuoto on seuraava: "…kahden kappaleen vuorovaikutukset toisiinsa ovat samanarvoisia keskenään, mutta suuntautuvat vastakkaisiin suuntiin."
Otetaan selvää mikä newton on. Siksi fysiikassa on tapana tarkastella kaikkea tiettyjen ilmiöiden os altaTässä on joitain esimerkkejä mekaniikan laeista.
- Vesilinnut, kuten ankat, kalat tai sammakot, liikkuvat vedessä tai sen läpi juuri vuorovaikutuksessa sen kanssa. Newtonin kolmas laki sanoo, että kun yksi kappale vaikuttaa toiseen, syntyy aina vastavaikutus, joka on vahvuudeltaan yhtä suuri kuin ensimmäinen, mutta suunnattu vastakkaiseen suuntaan. Tämän perusteella voimme päätellä, että ankkojen liike johtuu siitä, että ne työntävät vettä takaisin tassuillaan ja ne itse uivat eteenpäin veden vasteen johdosta.
- Oravapyörä on loistava esimerkki Newtonin kolmannen lain todistamisesta. Kaikki varmaan tietävät, mikä oravapyörä on. Tämä on melko yksinkertainen muotoilu, joka muistuttaa sekä pyörää että rumpua. Se on asennettu häkkeihin, jotta lemmikkieläimet, kuten oravat tai koristerotat, voivat juosta ympäriinsä. Kahden kehon, pyörän ja eläimen, vuorovaikutus saa molemmat kehot liikkumaan. Lisäksi kun orava juoksee nopeasti, pyörä pyörii suurella nopeudella, ja kun se hidastuu, pyörä alkaa pyöriä hitaammin. Tämä todistaa jälleen kerran, että toiminta ja vastatoimi ovat aina samanarvoisia, vaikka ne suuntautuvatkin vastakkaisiin suuntiin.
- Kaikki, mikä liikkuu planeetallamme, liikkuu vain Maan "vastetoiminnan" ansiosta. Se voi tuntua oudolta, mutta itse asiassa kävellessä ponnistelemme vain työntääksemme maata tai muuta pintaa. Ja me menemme eteenpäin, koska maa työntää meitä vastauksena.
Mikä on newton: mittayksikkö taifyysinen määrä?
Juuri "newtonin" määritelmää voidaan kuvata seuraavasti: "se on voiman yksikkö". Mutta mikä on sen fyysinen merkitys? Newtonin toisen lain perusteella tämä on siis johdannaissuure, joka määritellään voimaksi, joka pystyy muuttamaan 1 kg painavan kappaleen nopeutta 1 m/s vain 1 sekunnissa. Osoittautuu, että newton on vektorisuure, eli sillä on oma suunta. Kun kohdistamme voimaa esineeseen, esimerkiksi työntämällä ovea, asetamme samanaikaisesti liikkeen suunnan, joka toisen lain mukaan on sama kuin voiman suunta.
Jos noudatat kaavaa, käy ilmi, että 1 Newton=1 kgm/s 2 . Kun ratkaistaan erilaisia mekaniikan ongelmia, on hyvin usein tarpeen muuntaa newtonit muihin suureisiin. Mukavuuden vuoksi tiettyjä arvoja etsiessä on suositeltavaa muistaa perusidentiteetit, jotka yhdistävät newtonit muihin yksiköihin:
- 1 H=105 dyne (dyna on mittayksikkö CGS-järjestelmässä);
- 1 N=0,1 kgf (kilo-voima on voiman yksikkö ICSS-järjestelmässä);
- 1 H=10 -3 sten kaikki kappaleet, jotka painavat 1 tonnin).
Universaalin gravitaatiolaki
Yksi planeettamme idean muuttaneen tiedemiehen tärkeimmistä löydöistä on Newtonin painovoimalaki (mitä on painovoima, lue alla). Tietenkin ennen häntä yritettiin selvittää vetovoiman mysteeriMaapallo. Esimerkiksi Johannes Kepler ehdotti ensimmäisenä, että maapallolla ei ole vetovoimaa, vaan myös kehot itse pystyvät houkuttelemaan maata.
Kuitenkin vain Newton onnistui todistamaan matemaattisesti painovoiman ja planeettojen liikelain välisen suhteen. Monien kokeiden jälkeen tiedemies tajusi, että itse asiassa ei vain Maa houkuttele esineitä itseensä, vaan kaikki kehot vetoavat toisiinsa. Hän johti painovoimalain, jonka mukaan kaikki kappaleet, mukaan lukien taivaankappaleet, vetäytyvät voimalla, joka on yhtä suuri kuin G:n (gravitaatiovakio) ja molempien kappaleiden massojen tulo m1 m 2 jaettuna R2 (kappaleiden välisen etäisyyden neliö).
Kaikki Newtonin johdattamat lait ja kaavat mahdollistivat kokonaisv altaisen matemaattisen mallin luomisen, jota käytetään edelleen tutkimuksessa paitsi Maan pinnalla, myös kaukana planeettamme ulkopuolella.
Yksikkömuunnos
Ongelmia ratkottaessa kannattaa muistaa standardi-SI-etuliitteet, joita käytetään myös "Newtonin" mittayksiköissä. Esimerkiksi avaruusobjekteja koskevissa ongelmissa, joissa kappaleiden massat ovat suuria, on hyvin usein tarpeen yksinkertaistaa suuret arvot pienemmiksi. Jos ratkaisu osoittautuu 5000 N:ksi, on helpompi kirjoittaa vastaus muodossa 5 kN (kiloNewton). Tällaisia yksiköitä on kahta tyyppiä: kerrannaisia ja osakertoja. Tässä ovat eniten käytetyt: 102 N=1 hectoNewton (hN); 103 H=1kiloNewton (kN); 106 N=1 meganewtoni (MN) ja 10-2 N=1 senttinewtoni (cN); 10-3 N=1 millinewtoni (mN); 10-9 N=1 nanonewtoni (nN).
