Fizyka jako nauka badająca prawa naszego Wszechświata, wykorzystuje standardową metodologię badawczą i pewien system jednostek miar. Jednostka siły jest powszechnie określana jako N (niuton). Czym jest siła, jak ją znaleźć i zmierzyć? Przyjrzyjmy się temu problemowi bardziej szczegółowo.
Ciekawe z historii
Isaac Newton jest wybitnym angielskim naukowcem XVII wieku, który wniósł nieoceniony wkład w rozwój ścisłych nauk matematycznych. To on jest praojcem fizyki klasycznej. Udało mu się opisać prawa rządzące zarówno ogromnymi ciałami niebieskimi, jak i małymi ziarenkami piasku unoszonymi przez wiatr. Jednym z jego głównych odkryć jest prawo powszechnego ciążenia i trzy podstawowe prawa mechaniki opisujące wzajemne oddziaływanie ciał w przyrodzie. Później inni naukowcy byli w stanie wyprowadzić prawa tarcia, odpoczynku i przesuwania się tylko dzięki odkryciom naukowym Izaaka Newtona.
Trochę teorii
Wielkość fizyczna została nazwana na cześć naukowca. Newton to jednostka siły. Samą definicję siły można opisać następująco: „siła jest ilościową miarą interakcji między ciałami lub ilością,który charakteryzuje stopień intensywności lub napięcia ciał."
Siła jest mierzona w niutonach nie bez powodu. To właśnie ten naukowiec stworzył trzy niewzruszone prawa „władzy”, które są aktualne do dziś. Przeanalizujmy je na przykładach.
Pierwsze Prawo
Dla pełnego zrozumienia pytań: „Co to jest niuton?”, „Jednostka miary czego?” i „Jakie jest jego fizyczne znaczenie?”, warto dokładnie przestudiować trzy podstawowe prawa mechaniki.
Pierwsza mówi, że jeśli na ciało nie mają wpływu inne ciała, to będzie ono w spoczynku. A jeśli ciało było w ruchu, to przy braku jakiegokolwiek działania na nie będzie kontynuowało swój jednolity ruch w linii prostej.
Wyobraź sobie, że pewna książka o określonej masie leży na płaskiej powierzchni stołu. Oznaczając wszystkie działające na nią siły, otrzymujemy, że jest to siła grawitacji, która skierowana jest pionowo w dół, oraz siła reakcji podpory (w tym przypadku stołu), skierowana pionowo w górę. Ponieważ obie siły równoważą swoje działania, wielkość siły wypadkowej wynosi zero. Zgodnie z pierwszym prawem Newtona jest to powód, dla którego książka jest w spoczynku.
Drugie prawo
Opisuje związek między siłą działającą na ciało a przyspieszeniem, jakie otrzymuje w wyniku przyłożonej siły. Izaak Newton, formułując to prawo, jako pierwszy użył stałej wartości masy jako miary przejawów bezwładności i bezwładności ciała. Nazywają bezwładnościązdolność lub właściwość ciał do utrzymania ich pierwotnej pozycji, to znaczy do opierania się wpływom zewnętrznym.
Drugie prawo jest często opisywane następującym wzorem: F=am; gdzie F jest wypadkową wszystkich sił przyłożonych do ciała, a jest przyspieszeniem otrzymywanym przez ciało, a m jest masą ciała. Siła jest ostatecznie wyrażona w kgm/s2 . To wyrażenie jest zwykle wyrażane w niutonach.
Czym jest niuton w fizyce, jaka jest definicja przyspieszenia i jaki jest jego związek z siłą? Na te pytania odpowiada formuła drugiej zasady mechaniki. Należy rozumieć, że to prawo działa tylko w przypadku tych ciał, które poruszają się z prędkością znacznie mniejszą niż prędkość światła. Przy prędkościach zbliżonych do prędkości światła działają nieco inne prawa, zaadaptowane przez specjalny dział fizyki dotyczący teorii względności.
Trzecie prawo Newtona
To chyba najbardziej zrozumiałe i proste prawo opisujące interakcję dwóch ciał. Mówi, że wszystkie siły powstają parami, to znaczy, jeśli jedno ciało działa z określoną siłą na drugie, to z kolei drugie ciało działa również na pierwsze z taką samą siłą.
Sformułowanie tego prawa przez naukowców jest następujące: "…oddziaływanie dwóch ciał na sobie są sobie równe, ale skierowane w przeciwnych kierunkach."
Zastanówmy się, czym jest niuton. Dlatego w fizyce zwyczajowo rozważa się wszystko na podstawie określonych zjawiskOto kilka przykładów opisujących prawa mechaniki.
- Ptactwo wodne, takie jak kaczki, ryby lub żaby, porusza się w wodzie lub przez nią dokładnie poprzez interakcję z nią. Trzecie prawo Newtona mówi, że gdy jedno ciało oddziałuje na drugie, zawsze powstaje przeciwdziałanie o sile równoważnej pierwszemu, ale skierowane w przeciwnym kierunku. Na tej podstawie możemy wywnioskować, że ruch kaczek jest spowodowany tym, że odpychają wodę łapami, a same płyną do przodu z powodu reakcji wody.
- Koło wiewiórki jest doskonałym przykładem udowodnienia trzeciego prawa Newtona. Chyba każdy wie, czym jest koło wiewiórki. To dość prosta konstrukcja, przypominająca zarówno koło, jak i bęben. Jest instalowany w klatkach, aby zwierzęta domowe, takie jak wiewiórki lub ozdobne szczury, mogły biegać. Interakcja dwóch ciał, koła i zwierzęcia, powoduje ruch obu tych ciał. Co więcej, gdy wiewiórka biegnie szybko, koło kręci się z dużą prędkością, a gdy zwalnia, zaczyna się wolniej kręcić. To po raz kolejny dowodzi, że akcja i przeciwdziałanie są zawsze sobie równe, chociaż skierowane są w przeciwnych kierunkach.
- Wszystko, co porusza się na naszej planecie, porusza się tylko dzięki „reakcji” Ziemi. Może się to wydawać dziwne, ale w rzeczywistości chodząc, staramy się jedynie odepchnąć ziemię lub jakąkolwiek inną powierzchnię. A my idziemy do przodu, bo w odpowiedzi ziemia nas popycha.
Co to jest niuton: jednostka miary lubilość fizyczna?
Sama definicja "niutona" może być opisana następująco: "jest to jednostka siły". Ale jakie jest jego fizyczne znaczenie? Tak więc, zgodnie z drugim prawem Newtona, jest to wielkość pochodna, którą definiuje się jako siłę zdolną do zmiany prędkości ciała o masie 1 kg o 1 m / s w ciągu zaledwie 1 sekundy. Okazuje się, że niuton jest wielkością wektorową, to znaczy ma swój własny kierunek. Kiedy przykładamy siłę do przedmiotu, na przykład pchając drzwi, jednocześnie ustalamy kierunek ruchu, który zgodnie z drugim prawem będzie taki sam jak kierunek siły.
Jeśli zastosujesz się do wzoru, okaże się, że 1 Newton=1 kgm/s 2 . Przy rozwiązywaniu różnych problemów w mechanice bardzo często konieczne jest przeliczanie niutonów na inne wielkości. Dla wygody przy wyszukiwaniu pewnych wartości zaleca się pamiętać o podstawowych tożsamościach łączących niutony z innymi jednostkami:
- 1 H=105 dyne (dyna jest jednostką miary w systemie CGS);
- 1 N=0,1 kgf (kilogram-siła jest jednostką siły w systemie ICSS);
- 1 H=10 -3 sten dowolne ciało ważące 1 tonę).
Prawo powszechnego ciążenia
Jednym z najważniejszych odkryć naukowca, które odwróciło ideę naszej planety, jest prawo grawitacji Newtona (czym jest grawitacja, czytaj poniżej). Oczywiście przed nim były próby rozwikłania tajemnicy przyciąganiaZiemia. Na przykład Johannes Kepler jako pierwszy zasugerował, że nie tylko Ziemia ma siłę przyciągania, ale także same ciała są w stanie przyciągać Ziemię.
Jednak tylko Newton zdołał matematycznie udowodnić związek między grawitacją a prawem ruchu planet. Po wielu eksperymentach naukowiec zdał sobie sprawę, że w rzeczywistości nie tylko Ziemia przyciąga do siebie obiekty, ale wszystkie ciała przyciągają się do siebie. Wyprowadził prawo grawitacji, które mówi, że wszelkie ciała, w tym ciała niebieskie, są przyciągane z siłą równą iloczynowi G (stałej grawitacji) i mas obu ciał m1 m 2 podzielone przez R2 (kwadrat odległości między ciałami).
Wszystkie prawa i wzory wyprowadzone przez Newtona umożliwiły stworzenie integralnego modelu matematycznego, który jest nadal wykorzystywany w badaniach nie tylko na powierzchni Ziemi, ale także daleko poza naszą planetą.
Konwersja jednostek
Rozwiązując problemy, należy pamiętać o standardowych przedrostkach SI, które są również używane dla „newtonowskich” jednostek miary. Na przykład w problemach dotyczących obiektów kosmicznych, gdzie masy ciał są duże, bardzo często konieczne jest uproszczenie dużych wartości na mniejsze. Jeśli rozwiązaniem okaże się 5000 N, wygodniej będzie napisać odpowiedź w postaci 5 kN (kiloniutonów). Takie jednostki są dwojakiego rodzaju: wielokrotności i podwielokrotności. Oto najczęściej używane: 102 N=1 hektoniuton (hN); 103 H=1kiloniuton (kN); 106 N=1 meganiuton (MN) i 10-2 N=1 centyniuton (cN); 10-3 N=1 miliniuton (mN); 10-9 N=1 nanoniuton (nN).
