Fizica ca știință care studiază legile Universului nostru, folosește o metodologie standard de cercetare și un anumit sistem de unități de măsură. Unitatea de forță este denumită în mod obișnuit N (newton). Ce este puterea, cum să o găsiți și să o măsurați? Să explorăm această problemă mai detaliat.
Interesant din istorie
Isaac Newton este un om de știință englez remarcabil din secolul al XVII-lea, care a adus o contribuție neprețuită la dezvoltarea științelor matematice exacte. El este cel care este strămoșul fizicii clasice. A reușit să descrie legile care guvernează atât corpurile cerești uriașe, cât și micile granule de nisip duse de vânt. Una dintre principalele sale descoperiri este legea gravitației universale și cele trei legi de bază ale mecanicii care descriu interacțiunea corpurilor în natură. Mai târziu, alți oameni de știință au putut deriva legile frecării, odihnei și alunecării numai datorită descoperirilor științifice ale lui Isaac Newton.
Un pic de teorie
O cantitate fizică a fost numită după un om de știință. Newton este o unitate de forță. Însăși definiția forței poate fi descrisă după cum urmează: „forța este o măsură cantitativă a interacțiunii dintre corpuri, sau o cantitate,care caracterizează gradul de intensitate sau tensiune al corpurilor."
Forța se măsoară în Newtoni dintr-un motiv. Acest om de știință a fost cel care a creat trei legi neclintite ale „puterii” care sunt relevante până în ziua de azi. Să le studiem cu exemple.
Prima lege
Pentru o înțelegere completă a întrebărilor: „Ce este un newton?”, „Unitatea de măsură a ce?” și „Care este sensul său fizic?”, merită să studiezi cu atenție cele trei legi de bază ale mecanicii.
Primul spune că dacă organismul nu este afectat de alte corpuri, atunci va fi în repaus. Și dacă corpul era în mișcare, atunci, în absența oricărei acțiuni asupra lui, își va continua mișcarea uniformă în linie dreaptă.
Imaginați-vă că o anumită carte cu o anumită masă se află pe o suprafață plană a mesei. Indicând toate forțele care acționează asupra acestuia, obținem că aceasta este forța gravitației, care este îndreptată vertical în jos, și forța de reacție a suportului (în acest caz, tabelul), îndreptată vertical în sus. Deoarece ambele forțe echilibrează reciproc acțiunile, mărimea forței rezultante este zero. Conform primei legi a lui Newton, acesta este motivul pentru care cartea este în repaus.
A doua lege
Descrie relația dintre forța care acționează asupra unui corp și accelerația pe care o primește din cauza forței aplicate. Isaac Newton, atunci când a formulat această lege, a fost primul care a folosit valoarea constantă a masei ca măsură a manifestării inerției și inerției unui corp. Ei numesc inerțiecapacitatea sau proprietatea corpurilor de a-și menține poziția inițială, adică de a rezista influențelor externe.
A doua lege este adesea descrisă prin următoarea formulă: F=am; unde F este rezultanta tuturor forțelor aplicate corpului, a este accelerația primită de corp și m este masa corpului. Forța este în cele din urmă exprimată în kgm/s2 . Această expresie este de obicei notă în newtoni.
Ce este un newton în fizică, care este definiția accelerației și cum este legată de forță? La aceste întrebări se răspunde prin formula celei de-a doua legi a mecanicii. Trebuie înțeles că această lege funcționează doar pentru acele corpuri care se mișcă cu viteze mult mai mici decât viteza luminii. La viteze apropiate de viteza luminii funcționează legi ușor diferite, adaptate de o secțiune specială de fizică despre teoria relativității.
A treia lege a lui Newton
Aceasta este poate cea mai înțeleasă și simplă lege care descrie interacțiunea a două corpuri. El spune că toate forțele apar în perechi, adică dacă un corp acționează asupra altuia cu o anumită forță, atunci al doilea corp, la rândul său, acționează și asupra primului cu o forță egală.
Însuși formularea legii de către oamenii de știință este următoarea: „… interacțiunile a două corpuri unul pe celăl alt sunt egale între ele, dar direcționate în direcții opuse.”
Să ne dăm seama ce este un newton. Prin urmare, în fizică, se obișnuiește să se ia în considerare totul despre fenomene specificeIată câteva exemple care descriu legile mecanicii.
- Păsările de apă precum rațele, peștii sau broaștele se deplasează în sau prin apă tocmai interacționând cu aceasta. A treia lege a lui Newton spune că atunci când un corp acționează asupra altuia, apare întotdeauna o contraacțiune, care este echivalentă ca forță cu prima, dar îndreptată în direcția opusă. Pe baza acestui fapt, putem concluziona că mișcarea rațelor are loc datorită faptului că ele împing apa înapoi cu labele, iar ele însele înoată înainte datorită răspunsului apei.
- Roata veveriței este un prim exemplu de demonstrare a celei de-a treia legi a lui Newton. Probabil că toată lumea știe ce este o roată de veveriță. Acesta este un design destul de simplu, care amintește atât de o roată, cât și de un tambur. Este instalat în cuști, astfel încât animalele de companie precum veverițele sau șobolanii decorativi să poată alerga. Interacțiunea a două corpuri, roata și animalul, face ca ambele corpuri să se miște. Mai mult, atunci când veverița aleargă repede, atunci roata se învârte cu viteză mare, iar când încetinește, roata începe să se învârtească mai încet. Acest lucru demonstrează încă o dată că acțiunea și contraacțiunea sunt întotdeauna egale între ele, deși sunt îndreptate în direcții opuse.
- Tot ceea ce se mișcă pe planeta noastră se mișcă numai datorită „acțiunii de răspuns” a Pământului. Poate părea ciudat, dar de fapt, când mergem, facem doar efort pentru a împinge pământul sau orice altă suprafață. Și mergem înainte, pentru că pământul ne împinge ca răspuns.
Ce este un newton: o unitate de măsură saucantitate fizică?
Însăși definiția lui „newton” poate fi descrisă după cum urmează: „este o unitate de forță”. Dar care este semnificația sa fizică? Deci, pe baza celei de-a doua legi a lui Newton, aceasta este o mărime derivată, care este definită ca o forță capabilă să modifice viteza unui corp cu o masă de 1 kg cu 1 m / s în doar 1 secundă. Se dovedește că newtonul este o mărime vectorială, adică are propria sa direcție. Când aplicăm o forță unui obiect, de exemplu, împingând o ușă, setăm simultan direcția de mișcare, care, conform celei de-a doua legi, va fi aceeași cu direcția forței.
Dacă urmați formula, se dovedește că 1 Newton=1 kgm/s 2 . Când se rezolvă diverse probleme din mecanică, este foarte adesea necesară convertirea newtonilor în alte cantități. Pentru comoditate, atunci când găsiți anumite valori, este recomandat să vă amintiți identitățile de bază care leagă newtonii cu alte unități:
- 1 H=105 dyne (dyna este o unitate de măsură în sistemul CGS);
- 1 N=0,1 kgf (kilogramul-forță este o unitate de forță în sistemul ICSS);
- 1 H=10 -3 sten orice corp cu o greutate de 1 tonă).
Legea gravitației universale
Una dintre cele mai importante descoperiri ale omului de știință, care a transformat ideea planetei noastre, este legea gravitației a lui Newton (ce este gravitația, citiți mai jos). Desigur, înaintea lui au existat încercări de a dezlega misterul atracțieiPământ. De exemplu, Johannes Kepler a fost primul care a sugerat că nu numai Pământul are o forță atractivă, ci și corpurile însele sunt capabile să atragă Pământul.
Cu toate acestea, doar Newton a reușit să demonstreze matematic relația dintre gravitație și legea mișcării planetare. După multe experimente, omul de știință și-a dat seama că, de fapt, nu numai Pământul atrage obiecte spre sine, ci toate corpurile sunt atrase unele de altele. El a derivat legea gravitației, care afirmă că orice corpuri, inclusiv corpurile cerești, sunt atrase cu o forță egală cu produsul lui G (constanta gravitațională) și masele ambelor corpuri m1 m 2 împărțit la R2 (pătratul distanței dintre corpuri).
Toate legile și formulele derivate de Newton au făcut posibilă crearea unui model matematic integral, care este încă folosit în cercetare nu numai pe suprafața Pământului, ci și dincolo de planeta noastră.
Conversie de unități
Când rezolvați probleme, ar trebui să vă amintiți despre prefixele SI standard, care sunt folosite și pentru unitățile de măsură „newtoniene”. De exemplu, în problemele legate de obiectele spațiale, unde masele corpurilor sunt mari, este foarte adesea necesară simplificarea valorilor mari la cele mai mici. Dacă soluția se dovedește a fi 5000 N, atunci va fi mai convenabil să scrieți răspunsul sub formă de 5 kN (kiloNewton). Astfel de unități sunt de două tipuri: multipli și submultipli. Iată cele mai folosite: 102 N=1 hectoNewton (hN); 103 H=1kiloNewton (kN); 106 N=1 megaNewton (MN) și 10-2 N=1 centiNewton (cN); 10-3 N=1 miliNewton (mN); 10-9 N=1 nanoNewton (nN).
