Füüsika kui teadus, mis uurib meie universumi seaduspärasusi, kasutab standardset uurimismetoodikat ja kindlat mõõtühikute süsteemi. Jõuühikut nimetatakse tavaliselt N (newton). Mis on tugevus, kuidas seda leida ja mõõta? Uurime seda probleemi üksikasjalikum alt.
Huvitav ajaloost
Isaac Newton on 17. sajandi silmapaistev inglise teadlane, kes andis hindamatu panuse täppismatemaatikateaduste arengusse. Just tema on klassikalise füüsika esiisa. Tal õnnestus kirjeldada seaduspärasusi, mis valitsevad nii tohutuid taevakehi kui ka tuule poolt kaasa kantud väikseid liivaterasid. Üks tema peamisi avastusi on universaalse gravitatsiooni seadus ja kolm mehaanika põhiseadust, mis kirjeldavad kehade vastasmõju looduses. Hiljem suutsid teised teadlased tuletada hõõrde-, puhke- ja libisemisseadused ainult tänu Isaac Newtoni teaduslikele avastustele.
Natuke teooriat
Füüsikaline suurus sai nime teadlase järgi. Newton on jõu ühik. Jõu määratlust saab kirjeldada järgmiselt: "jõud on kehadevahelise vastasmõju kvantitatiivne mõõt või suurus,mis iseloomustab kehade intensiivsuse või pinge astet."
Jõudu mõõdetakse njuutonites põhjusel. Just see teadlane lõi kolm kõigutamatut "jõu"seadust, mis on aktuaalsed tänapäevani. Uurime neid näidete varal.
Esimene seadus
Küsimuste täielikuks mõistmiseks: "Mis on njuuton?", "Mille mõõtühik?" ja "Mis on selle füüsikaline tähendus?", tasub hoolik alt uurida mehaanika kolme põhiseadust.
Esimene ütleb, et kui keha ei mõjuta teised kehad, siis ta on puhkeolekus. Ja kui keha oli liikumises, jätkab see ühtlast liikumist sirgjooneliselt, kui sellele ei tehta mingeid toiminguid.
Kujutage ette, et teatud kindla massiga raamat asub tasasel lauapinnal. Tähistades kõiki sellele mõjuvaid jõude, saame, et see on raskusjõud, mis on suunatud vertikaalselt allapoole, ja toe (antud juhul laua) reaktsioonijõud, mis on suunatud vertikaalselt ülespoole. Kuna mõlemad jõud tasakaalustavad teineteise tegevust, on resultantjõu suurus null. Newtoni esimese seaduse kohaselt on see põhjus, miks raamat on puhkeseisundis.
Teine seadus
See kirjeldab seost kehale mõjuva jõu ja sellele rakendatava jõu tõttu saadava kiirenduse vahel. Isaac Newton oli selle seaduse sõnastamisel esimene, kes kasutas massi konstantset väärtust keha inertsi ja inertsi avaldumise mõõdikuna. Nad kutsuvad inertsustkehade võime või omadus säilitada oma algne asend, st seista vastu välismõjudele.
Teist seadust kirjeldatakse sageli järgmise valemiga: F=am; kus F on kõigi kehale rakendatavate jõudude resultant, a on keha poolt vastuvõetav kiirendus ja m on keha mass. Jõudu väljendatakse lõpuks kgm/s2 . Seda avaldist tähistatakse tavaliselt njuutonites.
Mis on njuuton füüsikas, mis on kiirenduse definitsioon ja kuidas see on seotud jõuga? Nendele küsimustele annab vastuse mehaanika teise seaduse valem. Tuleb mõista, et see seadus kehtib ainult nende kehade puhul, mis liiguvad valguse kiirusest palju väiksema kiirusega. Valguse kiirusele lähedasel kiirusel toimivad veidi teistsugused seadused, mida kohandab relatiivsusteooriat käsitlev füüsika eriosa.
Newtoni kolmas seadus
See on ehk kõige arusaadavam ja lihtsam seadus, mis kirjeldab kahe keha vastastikmõju. Ta ütleb, et kõik jõud tekivad paarikaupa ehk kui üks keha mõjub teisele teatud jõuga, siis teine keha omakorda mõjub ka esimesele võrdse jõuga.
Seaduse sõnastus teadlaste poolt on järgmine: "…kahe keha vastastikmõjud on üksteisega võrdsed, kuid on suunatud vastassuunas."
Mõtleme välja, mis on njuuton. Seetõttu on füüsikas tavaks käsitleda kõike konkreetsete nähtuste kohtaSiin on mõned näited, mis kirjeldavad mehaanika seadusi.
- Veelinnud nagu pardid, kalad või konnad liiguvad vees või läbi vee just sellega suheldes. Newtoni kolmas seadus ütleb, et kui üks keha toimib teisele, tekib alati vastutegevus, mis on tugevuselt samaväärne esimesega, kuid on suunatud vastupidises suunas. Selle põhjal võime järeldada, et pardide liikumine toimub tänu sellele, et nad suruvad käppadega vett tagasi ja nad ise ujuvad vee reaktsiooni tõttu edasi.
- Oravaratas on Newtoni kolmanda seaduse tõestamise suurepärane näide. Kõik teavad ilmselt, mis on oravaratas. See on üsna lihtne disain, mis meenutab nii ratast kui ka trumli. See on paigaldatud puuridesse, et lemmikloomad, nagu oravad või dekoratiivrotid, saaksid ringi joosta. Kahe keha, ratta ja looma koosmõju paneb mõlemad kehad liikuma. Veelgi enam, kui orav jookseb kiiresti, siis ratas pöörleb suurel kiirusel ja kui see aeglustub, hakkab ratas aeglasem alt. See tõestab veel kord, et tegevus ja vastutegevus on alati võrdsed, kuigi need on suunatud vastassuunas.
- Kõik, mis meie planeedil liigub, liigub ainult tänu Maa "reageerimistegevusele". See võib tunduda kummaline, kuid tegelikult pingutame kõndides ainult maapinna või mõne muu pinna lükkamise nimel. Ja me liigume edasi, sest maa surub meid vastuseks.
Mis on njuuton: mõõtühik võifüüsiline suurus?
Seda "newtoni" määratlust võib kirjeldada järgmiselt: "see on jõu ühik". Aga mis on selle füüsiline tähendus? Niisiis, Newtoni teise seaduse alusel on see tuletissuurus, mis on defineeritud kui jõud, mis on võimeline muutma 1 kg massiga keha kiirust 1 m / s võrra vaid 1 sekundiga. Selgub, et njuuton on vektorsuurus, see tähendab, et sellel on oma suund. Kui rakendame objektile jõudu, näiteks lükkame ust, määrame samaaegselt liikumissuuna, mis vastav alt teisele seadusele on sama, mis jõu suund.
Kui järgida valemit, siis selgub, et 1 njuuton=1 kgm/s 2 . Mehaanika erinevate ülesannete lahendamisel on väga sageli vaja njuutoneid teisendada muudeks suurusteks. Mugavuse huvides on teatud väärtuste leidmisel soovitatav meeles pidada põhiidentiteete, mis ühendavad njuutoneid teiste ühikutega:
- 1 H=105 dyne (düna on CGS-süsteemis mõõtühik);
- 1 N=0,1 kgf (kilogramm-jõud on jõu ühik ICSS-süsteemis);
- 1 H=10 -3 sten üks tahes keha, mis kaalub 1 tonni).
Universaalse gravitatsiooni seadus
Teadlase üks olulisemaid avastusi, mis muutis meie planeedi idee, on Newtoni gravitatsiooniseadus (mis on gravitatsioon, loe allpool). Muidugi üritati enne teda külgetõmbe saladust lahti harutadaMaa. Näiteks Johannes Kepler väitis esimesena, et mitte ainult Maal pole külgetõmbejõudu, vaid ka kehad ise on võimelised Maad ligi tõmbama.
Kuid ainult Newton suutis matemaatiliselt tõestada seost gravitatsiooni ja planeetide liikumise seaduse vahel. Pärast paljusid katseid mõistis teadlane, et tegelikult ei tõmba mitte ainult Maa objekte enda poole, vaid kõik kehad tõmbavad üksteist. Ta tuletas gravitatsiooniseaduse, mis ütleb, et kõik kehad, sealhulgas taevakehad, tõmbuvad külge jõuga, mis on võrdne G (gravitatsioonikonstandi) ja mõlema keha massi m1 korrutisega. m 2 jagatud R2 (kehade vahelise kauguse ruut).
Kõik Newtoni tuletatud seadused ja valemid võimaldasid luua tervikliku matemaatilise mudeli, mida kasutatakse siiani teadusuuringutes mitte ainult Maa pinnal, vaid ka kaugel meie planeedist väljaspool.
Ühiku teisendus
Ülesannete lahendamisel tuleks meeles pidada standardseid SI eesliiteid, mida kasutatakse ka "Newtoni" mõõtühikute puhul. Näiteks kosmoseobjektide probleemide korral, kus kehade massid on suured, on väga sageli vaja lihtsustada suured väärtused väiksemateks. Kui lahendus osutub 5000 N, siis on mugavam kirjutada vastus kujul 5 kN (kiloNewton). Selliseid ühikuid on kahte tüüpi: kordsed ja alamkordsed. Siin on enimkasutatud: 102 N=1 hektonewton (hN); 103 H=1kiloNewton (kN); 106 N=1 meganewton (MN) ja 10-2 N=1 sentinewton (cN); 10-3 N=1 millinjuuton (mN); 10-9 N=1 nanonewton (nN).
