Шта су Невтонови закони?

Њутнови познати закони кретања су три. Ови закони су поставили темеље за Невтонову механику, иначе познату као класична механика. Невтонова механика је поље које је фокусирано на скуп закона који управљају понашањем објекта након што силе делују на тај објекат.

Њутнови закони кретања

Ова три закона су написана у различитим облицима током векова, најмање три, али се могу кратко изразити на следећи начин:

Први закон наводи да предмет или остаје статичан или ће се наставити кретати константном брзином, осим ако на њу не утиче друга сила. Овај закон претпоставља да је објекат у инертном референтном оквиру. Инерцијални референтни оквир је онај у којем силе које дјелују на тијело, било статичне или стационарне, имају нето силу од нуле. Овај оквир значи да ће ово тело остати непокретно или ће се кретати константном брзином.

Други закон такође претпоставља да је неки објекат у инертном референтном оквиру. Закон каже да је векторска сила (означена са Ф) на телу еквивалентна производу масе (означено са м) тог тела и његовим убрзањем (означено са а). Математички речено, то значи да: Ф = м * а. Друга претпоставка коју треба имати на уму је да се маса не мијења.

Трећи закон кретања је шире познат. Када један ентитет изврши силу (Ф) на другом објекту, онда ће друго тело такође потиснути назад са силом која је једнака Ф. Са сваком акцијом, постоји једнака и супротна реакција.

Историја и преглед

Три покрета закона првобитно су саставили нико други него Исак Њутн, отуда и име Њутнових закона кретања. Невтон је први пут написао правила која регулишу кретање у години 1687 у свом издању, Матхематицал Принциплес оф Натурал Пхилосопхи ( Филозофска природа Принципиа Матхематица на латинском).

Исак Њутн је покушао да објасни зашто се објекти понашају онако како то раде док су у покрету или зашто остају на начин на који то раде, тј. Сходно томе, он је користио законе заједно са другим својим законима како би објаснио кретање система као и физичких објеката.

Још једна критична ствар код Њутнових закона је да су они применљиви за објекте који се сматрају масом појединачних тачака. Овај израз значи да се облик и величина објекта игноришу, тако да фокус може бити на његовом кретању. Овај поглед је примјењив ако су објекти мали у односу на удаљености које су укључене док се анализирају. Овај начин омогућава да било који предмет, без обзира на величину, буде конципиран као честица коју треба анализирати.

Као што је раније речено, три закона нису довољна да објасне понашање покрета свих објеката. На пример, није могао да објасни Кеплерове законе о планетарном кретању све док није спојио своје законе кретања са другим законом који се зове закон универзалне гравитације. Ови закони се такође не могу користити за објашњење кретања деформабилних и крутих тела. У ствари, 1750. године Леонхард Еулер је генерализовао Невтон-ове законе о кретању тако да се могу применити на круте и деформабилне објекте који су такође претпостављени као континуум. У Еулеровим законима, који се могу извести из оригиналних Њутнових закона, претпоставља се да је објекат скуп дискретних честица које су управљане Њутновим законима. Међутим, Еулерови закони могу бити претпостављени као аксиоми који описују законе за кретање продужених ентитета, независно од структуре честица.

Као што је раније речено, Невтонови закони су применљиви само на скуп оквира који се називају инерцијални референтни оквири, који се понекад називају Невтоновим референтним оквирима. Међутим, дошло је до одређених расправа међу научницима о првом и другом закону. Једна школа мишљења тврди да први Њутнов закон оцртава шта је инерцијални референтни оквир и тако је други закон истинит ако и само ако се посматра из инертног оквира референтне тачке гледишта. Када се узму у обзир сви ови фактори, немогуће је одредити посебност ова два закона. Друга школа мисли да је први закон посљедица другог.

Други аспект ових закона који треба имати на уму је да је специјална релативност застарела Њутновим законима. То не значи да су бескорисни. Закони су погодни за приближавање понашања покретних објеката када су њихове брзине испод светлосне.

Три закона у детаљу

Први закон

Њутнов први закон каже да ће брзина објекта у покрету остати константна ако је нето сила нула. У овом случају, сила се односи на векторску сумацију свих сила које утичу на то тело. Брзина је векторска величина јер показује брзину тела као и његов правац кретања. То значи да константна брзина описује константан правац и брзину објекта.

Да би се изразио у математичкој формули, она постаје: = Ф = 0 в д в / д т = 0. У формули в представља брзину док т представља време које се узима. Формула само доказује да објекат који је непокретан остат ће на тај начин, осим ако га не захвати сила, а тијело које се креће неће промијенити своју брзину осим ако није под утјецајем силе. Ова врста кретања назива се уједначено кретање. Добар начин да се то покаже је кроз експеримент са столњаком. Јела смјештена на врх столњака остају онаква каква јесу када се столњак уклања вјешто и брзо. То није трик, већ Невтонови закони у акцији. Природна тенденција покретног објекта је да остане онаква каква јесте. Ако неко жели да промени ту тенденцију, онда се сила мора применити на тај објекат. Овај закон такође наводи референтне оквире за друга два закона.

Други закон

Други начин навођења другог закона је брзина промене момента неког објекта у директној вези са количином силе која се примењује. Такође, ова промена њеног момента настаје у истом правцу примењене силе.

Математички, може се изразити као Ф = д п / д т = д (м в ) / д т. П је производ масе ( м ) и брзине ( в ), док т представља време које је потребно. Формула је један од начина да се то изрази, али је такође могуће изразити у смислу убрзања објекта. У навођењу закона, претпоставља се да је маса константна. Према томе, није неопходно да се то укључи у формулу диференцијације. Дакле, она постаје: Ф = м (д в / д т ). Пошто брзина ( в ) подељена временом ( т ) даје убрзање, формула сада постаје Ф = м * а .

Маса коју је ентитет стекао или изгубио ће такође утицати на моментум објекта који не би био последица спољашње силе и другачија једнаџба постаје неопходна. Такође, при већим брзинама, прорачун да је производ масе објекта у мировању и његова брзина је нетачна.

Импулсе

Импулси ( Ј ) се дешавају када сила ( Ф ) делује на објекат током временског интервала (Δт), јер је његов математички израз много ближи Њутновом тексту његовог другог закона. Концепт импулса се углавном користи при анализи колизија. Математички постаје: Ј = Δп = м * Δв.

За системе променљиве масе, рецимо ракета која сагорева гориво, други закон се не може применити јер су отворени. Као таква, прављење њене масе као функције времена је нетачно.

Њутнов Трећи закон

Последњи закон кретања каже да све силе које постоје између два тела то чине са једнаком величином и супротним правцима. На пример, ако објекат 1 врши силу магнитуде Ф₁ на друго тело 2, онда Њутнов трећи закон каже да ће објекат 2 вршити силу магнитуде -Ф₁, тако да је Ф - = - Ф. Резултирајућа укупна сила је једнака нули. То је, Ф₁ + (- Ф₁) = 0.

Овај закон показује да су све генерисане силе директна посљедица интеракције између различитих тијела. Он такође показује да сила не може постојати без њеног једнаког и супротног еквивалента да је поништи. Смјер и јачину силе може одредити једна од сила. На пример, објекат 1 може да буде сила која врши силу, па се она назива "акцијска" сила са силом из објекта 2, названом "реакцијска" сила. Ова два имена су разлог зашто се трећи закон понекад назива закон “акција-реакција”. Међутим, понекад је немогуће утврдити која је од двије силе акција и која је реакција. Немогуће је да једна сила не постоји без друге. Практичан пример за то је када неко хода. Они гурају земљу, а земља се повлачи назад.