Με πάνω από 8 χρόνια εμπειρίας στην επιλογή προτζέκτορων γαλαξία, ρολογιών Nixie και έργων τέχνης εμπνευσμένων από την αστρονομία και τη φυσική.
Τι αναφέρουν οι νόμοι της κίνησης του Νεύτωνα;
Γνωστοί επίσης ως νευτώνεια μηχανική ή κλασική μηχανική, οι νόμοι της κίνησης του Νεύτωνα χρησιμοποιούνται συχνά στην επίλυση ασκήσεων μηχανικής. Με άλλα λόγια, είναι πολύ γνωστοί στους μαθητές του λυκείου, ιδίως σε όσους προετοιμάζονται για τις εισαγωγικές εξετάσεις μετά το απολυτήριο ή για το ίδιο το απολυτήριο. Ακολουθούν τα βασικά στοιχεία που πρέπει να γνωρίζετε για αυτούς τους περίφημους νόμους του Νεύτωνα.
Ποιοι είναι οι νόμοι του Νεύτωνα;
Οι νόμοι της κίνησης του Νεύτωνα είναι πολύ γνωστές φυσικές αρχές. Προφανώς, διατυπώθηκαν από τον Sir Isaac Newton, έναν Βρετανό μαθηματικό και φυσικό. Διατυπώθηκαν για πρώτη φορά το 1687 στο έργο του με τίτλο Philosophiae Naturalis Principia Mathematica και είναι συνολικά 3. Τι ακριβώς αναφέρουν;
Στην πραγματικότητα, πρόκειται για γενικούς κανόνες σχετικά με την κίνηση των διαφόρων αντικειμένων στο σύμπαν. Οι θεωρίες του Νεύτωνα παρουσιάζονται, λοιπόν, ως μια σαφέστερη εξήγηση της φύσης της κίνησης που περιέγραψε ο Αριστοτέλης. Πρέπει να σημειωθεί ότι ο μεγάλος Βρετανός φυσικός χρησιμοποίησε απλούς μαθηματικούς τύπους.
Οι νόμοι της κίνησης του Νεύτωνα δεν είναι απλές θεωρίες. Εφαρμόζονται στον πραγματικό κόσμο. Έχουν επιτρέψει την ανάπτυξη πολλών τεχνογνωσιών. Πράγματι, οι τεχνικές που χρησιμοποιούνται στην πλοήγηση των διαστημικών σκαφών βασίζονται, για παράδειγμα, στους περίφημους νόμους της κίνησης του Νεύτωνα. Το ίδιο ισχύει και για τις κινήσεις που εκτελούν οι παίκτες του μπιλιάρδου.
Οι τρεις νόμοι του Νεύτωνα
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ο Νεύτωνας διατύπωσε τρεις σαφώς διακριτούς νόμους. Ανακαλύψτε ποιοι είναι αυτοί.
Ο πρώτος νόμος
Σύμφωνα με την αρχική διατύπωση του πρώτου νόμου του Νεύτωνα, « Κάθε σώμα παραμένει στην κατάσταση ηρεμίας ή ομοιόμορφης κίνησης σε ευθεία γραμμή στην οποία βρίσκεται, εκτός αν κάποια δύναμη δράσει επάνω του και το αναγκάσει να αλλάξει κατάσταση ».
Πρακτικά, αυτός ο νόμος ορίζει ότι ένα σώμα ή ένα αντικείμενο παραμένει ακίνητο, εκτός αν ασκηθεί πάνω του κάποια δύναμη. Ομοίως, ένα αντικείμενο που κινείται τείνει να διατηρεί την ίδια ταχύτητα, εφόσον δεν υφίσταται τη δράση κάποιας δύναμης, όπως η τριβή ή η βαρύτητα.
Επομένως, αν ρίξετε μια μπάλα στο κενό, θα κινείται με την ίδια ταχύτητα, εκτός αν αντιμετωπίσει τη δύναμη του ανέμου ή ενός άλλου σώματος, όπως ενός δέντρου. Αυτή η θεωρία του Νεύτωνα είναι γνωστή ως νόμος της αδράνειας ή αρχή της αδράνειας.
Ο δεύτερος νόμος
Ονομάζεται θεμελιώδης αρχή της δυναμικής και εκφράζεται με τον ακόλουθο μαθηματικό τύπο: Σ F = ma. Το F αντιπροσωπεύει τη δύναμη, το m τη μάζα του αντικειμένου και την επιτάχυνση του αντικειμένου.
Μέσω αυτού του τύπου, ο Νεύτωνας εξηγεί τις αλλαγές που μπορεί να προκαλέσει μια δύναμη στην κίνηση ενός αντικειμένου. Πιο συγκεκριμένα, όταν μια δύναμη ασκείται σε ένα σώμα, αυτό προκαλεί αλλαγή στην ταχύτητα, και συγκεκριμένα επιτάχυνση.
Πρέπει να σημειωθεί ότι διάφοροι τύποι δυνάμεων μπορούν να ασκηθούν σε ένα αντικείμενο. Αυτό ισχύει για τις δυνάμεις τριβής, βαρύτητας και τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις. Λαμβάνοντας αυτά υπόψη, ο τύπος αυτός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επίλυση διαφόρων τύπων προβλημάτων. Γι’ αυτό το λόγο, η θεμελιώδης αρχή της δυναμικής θεωρείται ως ο σημαντικότερος φυσικός νόμος.
Για να το κατανοήσετε καλύτερα, ας πάρουμε το παράδειγμα δύο σφαιρικών αντικειμένων. Το ένα είναι μια μικρή μπάλα από καουτσούκ και το άλλο είναι μια μπάλα μπόουλινγκ. Για να κυλήσουν και τα δύο αντικείμενα με την ίδια ταχύτητα, πρέπει να ασκηθεί μεγαλύτερη δύναμη στην μπάλα μπόουλινγκ, καθώς έχει μεγαλύτερη μάζα. Αυτή η δύναμη κατά την ώθηση προκάλεσε, επομένως, την επιτάχυνση της ταχύτητας της μπάλας μπόουλινγκ.
Αν οι δύο μπάλες κυλήσουν σε έναν λόφο και προσκρούσουν σε έναν τοίχο, η πρόσκρουση δεν θα είναι η ίδια. Αυτή της μπάλας του μπόουλινγκ θα είναι ισχυρότερη και θα προκαλέσει μεγαλύτερη ζημιά, καθώς είναι βαρύτερη.
Ο τρίτος νόμος ή η αρχή της δράσης-αντίδρασης
Σύμφωνα με τον Ισαάκ Νεύτωνα, « Η δράση είναι πάντα ίση με την αντίδραση », δηλαδή « οι δράσεις δύο σωμάτων το ένα πάνω στο άλλο είναι πάντα ίσες και αντίθετης κατεύθυνσης ». Για να γίνει πιο σαφές, ας πάρουμε το παράδειγμα δύο αντικειμένων που αλληλεπιδρούν. Θα τα ονομάσουμε Α και Β. Εάν το σώμα Α ασκεί δύναμη στο σώμα Β, το αντίστροφο ισχύει επίσης.
Για να κατανοήσουμε καλύτερα αυτόν τον νόμο του Νεύτωνα, αρκεί να παρατηρήσουμε την ανάκρουση ενός πυροβόλου όπλου. Όταν η σφαίρα εξέρχεται από την κάννη, το όπλο μετακινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Το ίδιο φυσικό φαινόμενο συμβαίνει όταν τοποθετείτε ένα βιβλίο πάνω σε ένα τραπέζι. Το τραπέζι ασκεί δύναμη στο βιβλίο και το βιβλίο ασκεί δύναμη στο τραπέζι.
Οι νόμοι του Νεύτωνα στην πράξη
Πότε πρέπει να εφαρμόζουμε τον πρώτο, τον δεύτερο ή τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα; Γενικά, η αρχή της αδράνειας ισχύει όταν το κέντρο βάρους ενός συστήματος κινείται με ομοιόμορφη ευθύγραμμη κίνηση, όπως στο εκκρεμές του Νεύτωνα.
Ο δεύτερος νόμος, αντίθετα, εφαρμόζεται όταν η τροχιά του κέντρου βάρους ενός αντικειμένου δεν είναι ευθεία γραμμή ή όταν η ταχύτητά του δεν είναι σταθερή. Επιτρέπει να προσδιοριστεί η εξέλιξη της κίνησης ενός αντικειμένου, γνωρίζοντας τις δυνάμεις που ασκούνται πάνω του, και έτσι να προσδιοριστεί η κατεύθυνσή του. Τέλος, ο τρίτος νόμος χρησιμοποιείται για να προσδιοριστούν τα χαρακτηριστικά του διανύσματος δύναμης ενός σώματος.
Συχνές ερωτήσεις
Πώς επιλέγω ανάμεσα σε μπάλα του Νεύτωνα γραφείου και tensegrity αντικείμενο για να παρουσιάσω τους νόμους κίνησης;
Η μπάλα του Νεύτωνα δείχνει καθαρά τον τρίτο νόμο (δράση-αντίδραση) μέσα από την ανταλλαγή ορμής, ιδανική για γραφείο ή δώρο σε λάτρη της φυσικής. Το tensegrity αντικείμενο εστιάζει στην ισορροπία δυνάμεων και τη βαρύτητα, πιο κατάλληλο ως μινιμαλιστικό επιτραπέζιο γλυπτό. Αν θέλετε κίνηση και ήχο επιλέξτε τη μπάλα, αν θέλετε στατική εντύπωση το tensegrity.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ γυάλινης και μεταλλικής μπάλας του Νεύτωνα ως προς την αντοχή και την ακρίβεια της κίνησης;
Η μεταλλική μπάλα του Νεύτωνα με ατσάλινες σφαίρες προσφέρει σταθερή ταλάντωση και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, ιδανική για καθημερινή χρήση σε γραφείο. Η γυάλινη εκδοχή είναι πιο διακοσμητική και φωτεινή αλλά ευαίσθητη σε χτυπήματα, γι’ αυτό ταιριάζει καλύτερα σε βιτρίνα μακριά από παιδιά. Για ρεαλιστική επίδειξη αδράνειας προτιμήστε τη μεταλλική έκδοση.
Για ποιον είναι κατάλληλο ένα διακοσμητικό εμπνευσμένο από τους νόμους του Νεύτωνα ως δώρο φυσικής;
Ένα τέτοιο αντικείμενο ταιριάζει σε μαθητές λυκείου που μελετούν μηχανική, φοιτητές φυσικής, καθηγητές που θέλουν εποπτικό υλικό στην τάξη, αλλά και σε ενήλικες λάτρεις της επιστήμης για το γραφείο τους. Επιλέξτε μικρότερο μέγεθος για θρανίο ή γραφείο σπιτιού και μεγαλύτερο, πιο εντυπωσιακό μοντέλο για δώρο φυσικής σε καθηγητή.
Πού να τοποθετήσω μπάλα του Νεύτωνα ή γαλαξιακό προβολέα ώστε να λειτουργούν διακοσμητικά χωρίς κίνδυνο;
Τοποθετήστε τη μπάλα του Νεύτωνα σε σταθερή επίπεδη επιφάνεια μακριά από την άκρη του γραφείου ώστε να αποφύγετε πτώση κατά την ταλάντωση. Ο γαλαξιακός προβολέας διακόσμησης δωματίου αποδίδει καλύτερα σε λευκό ή σκούρο ταβάνι, σε απόσταση 1-2 μέτρων. Αποφύγετε άμεσο ηλιακό φως που ξεθωριάζει τα χρώματα και προτιμήστε χρήση το βράδυ.
