Pochopenie Newtonových pohybových zákonov

Pochopenie Newtonových pohybových zákonov.

 

Tri zákony pohybu sira Isaaca Newtona boli prvýkrát publikované v roku 1687 roku a stále uvádzam pomerne presný opis prírody (až na pár výnimiek, ako je správanie vecí vo vzdialenom vesmíre alebo vo vnútri atómov). Predstavujú niektoré z prvých veľkých úspechov ľudstva pri aplikácii jednoduchých matematických vzorcov na opísanie prírodného sveta a vytvorenie elegantnej a intuitívnej fyzikálnej teórie, čo vydláždilo cestu pre ďalší pokrok vo fyzike. Tieto zákony sa vzťahujú na objekty v skutočnom svete a umožňujú nám také veci, ako simulácia kolízií automobilov, navigácia v kozmickej lodi a veľmi dobre hrá biliard. Či už, sme si ich vedomí, alebo nie, Newtonove pohybové zákony fungujú takmer pri každej fyzickej aktivite nášho každodenného života.

Newtonovo prvé pravidlo

Hovorí prvý Newtonov zákon, že až do tela (napríklad gumená guľa, auto alebo planéta) v práci nie je sila, telo v pohybe má tendenciu zostať v pohybe, a telo v pokoji má tendenciu zostať v pokoji. Tento postulát je známy ako zákon zotrvačnosti. V praxi to znamená, že sa valivá guľa alebo iný predmet spomalí iba kvôli silám ako je gravitácia a trenie. Ešte intuitívnejšie, lopta v pokoji nesmeruje nikam, pokiaľ ju nepichnú alebo neprehodia. Vzhľadom na tento zákon, lopta hodená do vákua vesmíru by teoreticky tak dlho cestovala rovnakou rýchlosťou, ako dlho by sa mohlo vyhnúť zrážkam s nebeskými telesami a ich gravitácii!

Newtonov druhý zákon

Newtonov druhý zákon predstavuje kvantitatívny opis zmeny, akú silu môže spustiť v pohybe tela. Konštatuje sa, že keď na telo pôsobí vonkajšia sila, zrýchľuje sa (zmena rýchlosti) teleso v smere sily. Tento postulát sa najčastejšie píše ako F = ma , kde F (sila) ja a (zrýchlenie) sú vektorové veličiny, a preto majú obidve veľkosti, akým smerom, a m (čas) je trvalý. Aj keď sa to môže zdať trochu mätúce, Newtonov druhý zákon je jedným z najdôležitejších vo celej fyzike a, ako prvý, je to tiež dosť intuitívne. Myslite napríklad na malú gumenú guľu a bowlingovú guľu. Aby sa spolu váľali rovnakou rýchlosťou, to by si musel silnejšie tlačiť (použiť väčšiu silu) za väčšiu, ťažšia bowlingová guľa, pretože má väčšiu hmotnosť. Podobne, ak sa dve gule kotúľajú z kopca spolu, dá sa predvídať, že bowlingová guľa zasiahne stenu viac deštruktívnou silou ako menšia guľa. Stáva sa to, pretože jeho sila sa rovná súčinu jeho hmotnosti a zrýchlenia.

Tretí Newtonov zákon

Tretí Newtonov zákon hovorí, že keď sa dva telá vzájomne ovplyvňujú, pôsobia na seba sily, ktoré sú rovnako veľké a opačné v smere. Toto sa bežne označuje ako zákon akcie a reakcie (hovorovo povedané “každá akcia má rovnakú a opačnú reakciu”). Táto myšlienka je zreteľne zrejmá zo spätného rázu zbrane: spôsobuje výbuch projektilu opúšťajúceho hlaveň, že sa pištoľ pohybuje rýchlo opačným smerom. O niečo menej intuitívne, ale skutočnosť je tiež pravdivá, že kniha položená na stole na neho vyvíja silu smerom dole, rovná sa jeho hmotnosti, a tabuľka vyvíja na knihu rovnakú a opačnú silu. Táto sila je prítomná, pretože váha knihy spôsobuje miernu deformáciu stola, ktorá tlačí na knihu ako stočený prameň. Keby to ten stôl nedokázal, váha knihy by ju zlomila.