Fizikia kama sayansi inayosoma sheria za Ulimwengu wetu, hutumia mbinu ya kawaida ya utafiti na mfumo fulani wa vipimo vya vipimo. Kitengo cha nguvu kinajulikana kama N (newton). Nguvu ni nini, jinsi ya kuipata na kuipima? Hebu tuchunguze suala hili kwa undani zaidi.
Inavutia kutoka kwa historia
Isaac Newton ni mwanasayansi bora wa Kiingereza wa karne ya 17 ambaye alitoa mchango mkubwa katika ukuzaji wa sayansi kamili ya hisabati. Ni yeye ambaye ni babu wa fizikia ya classical. Alifaulu kueleza sheria zinazotawala miili mikubwa ya anga na chembe ndogo za mchanga zilizochukuliwa na upepo. Moja ya uvumbuzi wake kuu ni sheria ya uvutano wa ulimwengu wote na sheria tatu za msingi za mechanics zinazoelezea mwingiliano wa miili katika maumbile. Baadaye, wanasayansi wengine waliweza kupata sheria za msuguano, kupumzika na kuteleza kutokana na uvumbuzi wa kisayansi wa Isaac Newton.
Nadharia kidogo
Kiasi halisi kilipewa jina la mwanasayansi. Newton ni kitengo cha nguvu. Ufafanuzi wenyewe wa nguvu unaweza kuelezewa kama ifuatavyo: "nguvu ni kipimo cha mwingiliano kati ya miili, au wingi,ambayo hubainisha kiwango cha ukali au mvutano wa miili."
Nguvu hupimwa kwa Newtons kwa sababu fulani. Ilikuwa mwanasayansi huyu ambaye aliunda sheria tatu za "nguvu" zisizoweza kutetereka ambazo zinafaa hadi leo. Hebu tuzisome kwa mifano.
Sheria ya Kwanza
Kwa ufahamu kamili wa maswali: "Newton ni nini?", "Kipimo cha kipimo cha nini?" na "Maana yake ya kimwili ni nini?", inafaa kujifunza kwa makini sheria tatu za msingi za ufundi.
Ya kwanza inasema ikiwa mwili hauathiriwi na miili mingine, basi utakuwa umepumzika. Na ikiwa mwili ulikuwa katika mwendo, basi kwa kukosekana kwa kitendo chochote juu yake, utaendelea harakati zake sawa kwa mstari ulionyooka.
Fikiria kuwa kitabu fulani chenye wingi fulani kimelazwa kwenye uso wa meza tambarare. Kuashiria nguvu zote zinazofanya juu yake, tunapata kwamba hii ni nguvu ya mvuto, ambayo inaelekezwa kwa wima chini, na nguvu ya majibu ya usaidizi (katika kesi hii, meza), iliyoongozwa kwa wima juu. Kwa kuwa nguvu zote mbili zinasawazisha vitendo vya kila mmoja, ukubwa wa nguvu ya matokeo ni sifuri. Kulingana na sheria ya kwanza ya Newton, hii ndiyo sababu kitabu kimepumzika.
Sheria ya Pili
Inaeleza uhusiano kati ya nguvu inayofanya kazi kwenye mwili na kasi inayopokea kutokana na nguvu inayotumika. Isaac Newton, wakati wa kuunda sheria hii, alikuwa wa kwanza kutumia thamani ya mara kwa mara ya misa kama kipimo cha udhihirisho wa hali na hali ya mwili. Wanaita inertiauwezo au mali ya miili kudumisha msimamo wao wa asili, yaani, kupinga ushawishi wa nje.
Sheria ya pili mara nyingi hufafanuliwa kwa fomula ifuatayo: F=am; ambapo F ni matokeo ya nguvu zote zinazotumika kwa mwili, a ni kuongeza kasi inayopokelewa na mwili, na m ni wingi wa mwili. Nguvu hatimaye inaonyeshwa kwa kgm/s2 . Usemi huu kwa kawaida huashiriwa katika newtons.
Newton ni nini katika fizikia, ni nini ufafanuzi wa kuongeza kasi na inahusiana vipi na nguvu? Maswali haya yanajibiwa na formula ya sheria ya pili ya mechanics. Inapaswa kueleweka kuwa sheria hii inafanya kazi tu kwa miili hiyo inayotembea kwa kasi ndogo sana kuliko kasi ya mwanga. Kwa kasi zinazokaribia kasi ya mwanga, sheria tofauti kidogo hufanya kazi, ikichukuliwa na sehemu maalum ya fizikia kuhusu nadharia ya uhusiano.
Sheria ya tatu ya Newton
Huenda hii ndiyo sheria inayoeleweka zaidi na rahisi inayoelezea mwingiliano wa miili miwili. Anasema nguvu zote hujitokeza kwa jozi, yaani, ikiwa mwili mmoja hutenda kwa nguvu fulani, basi mwili wa pili nao hufanya kazi kwa kwanza kwa nguvu sawa.
Maneno yenyewe ya sheria na wanasayansi ni kama ifuatavyo: "… mwingiliano wa miili miwili kwa kila mmoja ni sawa, lakini unaelekezwa pande tofauti."
Hebu tujue newton ni nini. Katika fizikia, ni kawaida kuzingatia kila kitu juu ya matukio maalumHii hapa baadhi ya mifano inayoelezea sheria za ufundi mechanics.
- Ndege wa majini kama bata, samaki au vyura husogea ndani au kupitia maji kwa usahihi kwa kuingiliana nao. Sheria ya tatu ya Newton inasema kwamba wakati mwili mmoja unafanya kazi kwa mwingine, kupinga daima hutokea, ambayo ni sawa na nguvu ya kwanza, lakini inaelekezwa kinyume chake. Kwa kuzingatia hili, tunaweza kuhitimisha kwamba harakati za bata hutokea kutokana na ukweli kwamba wanasukuma maji nyuma kwa paws zao, na wao wenyewe wanaogelea mbele kutokana na mwitikio wa maji.
- Gurudumu la squirrel ni mfano mkuu wa kuthibitisha sheria ya tatu ya Newton. Labda kila mtu anajua gurudumu la squirrel ni. Huu ni muundo rahisi, unaowakumbusha wote gurudumu na ngoma. Imewekwa kwenye mabwawa ili wanyama wa kipenzi kama squirrels au panya za mapambo wanaweza kukimbia. Mwingiliano wa miili miwili, gurudumu na mnyama, husababisha miili hii yote miwili kusonga mbele. Zaidi ya hayo, wakati squirrel inakimbia haraka, basi gurudumu huzunguka kwa kasi ya juu, na inapopungua, gurudumu huanza kuzunguka polepole zaidi. Hii kwa mara nyingine inathibitisha kwamba hatua na ukabilianaji daima ni sawa, ingawa zinaelekezwa pande tofauti.
- Kila kitu kinachotembea kwenye sayari yetu kinasonga tu kutokana na "kitendo cha kukabiliana" na Dunia. Inaweza kuonekana kuwa ya ajabu, lakini kwa kweli, tunapotembea, tunajitahidi tu kusukuma ardhi au uso mwingine wowote. Na sisi tunasonga mbele, kwa sababu ardhi inatusukuma kwa kuitikia.
Newton ni nini: kipimo cha kipimo auwingi wa kimwili?
Fasili yenyewe ya "newton" inaweza kuelezewa kama ifuatavyo: "ni kitengo cha nguvu". Lakini maana yake ya kimwili ni nini? Kwa hivyo, kwa kuzingatia sheria ya pili ya Newton, hii ni idadi ya derivative, ambayo inafafanuliwa kama nguvu inayoweza kubadilisha kasi ya mwili na uzito wa kilo 1 kwa 1 m / s kwa sekunde 1 tu. Inatokea kwamba newton ni wingi wa vector, yaani, ina mwelekeo wake mwenyewe. Tunapotumia nguvu kwa kitu, kwa mfano, kusukuma mlango, tunaweka wakati huo huo mwelekeo wa harakati, ambayo, kwa mujibu wa sheria ya pili, itakuwa sawa na mwelekeo wa nguvu.
Ukifuata fomula, itabainika kuwa Newton 1=1 kgm/s 2 . Wakati wa kutatua matatizo mbalimbali katika mechanics, mara nyingi ni muhimu kubadili newtons kwa kiasi kingine. Kwa urahisi, unapopata thamani fulani, inashauriwa kukumbuka vitambulisho vya msingi vinavyounganisha newtons na vitengo vingine:
- 1 H=105 dyne (dyna ni kipimo katika mfumo wa CGS);
- 1 N=0.1 kgf (nguvu ya kilo ni kitengo cha nguvu katika mfumo wa ICSS);
- 1 H=10 -3 kunuka mwili wowote wenye uzito wa tani 1).
Sheria ya uvutano wa ulimwengu wote
Moja ya uvumbuzi muhimu zaidi wa mwanasayansi, ambao uligeuza wazo la sayari yetu, ni sheria ya Newton ya uvutano (nini ni mvuto, soma hapa chini). Bila shaka, kabla yake kulikuwa na majaribio ya kufunua siri ya kivutioDunia. Kwa mfano, Johannes Kepler alikuwa wa kwanza kupendekeza kwamba sio tu Dunia ina nguvu ya kuvutia, lakini pia miili yenyewe inaweza kuvutia Dunia.
Hata hivyo, ni Newton pekee aliweza kuthibitisha kihisabati uhusiano kati ya mvuto na sheria ya mwendo wa sayari. Baada ya majaribio mengi, mwanasayansi aligundua kwamba kwa kweli, si tu Dunia huvutia vitu yenyewe, lakini miili yote inavutiwa kwa kila mmoja. Alipata sheria ya uvutano, ambayo inasema kwamba miili yoyote, ikiwa ni pamoja na miili ya mbinguni, huvutwa kwa nguvu sawa na bidhaa ya G (gravitational constant) na wingi wa miili yote miwili m1 m 2 imegawanywa na R2 (mraba wa umbali kati ya miili).
Sheria na fomula zote zilizotolewa na Newton zilifanya iwezekane kuunda modeli muhimu ya hisabati, ambayo bado inatumika katika utafiti sio tu juu ya uso wa Dunia, lakini pia mbali zaidi ya sayari yetu.
Ubadilishaji wa kitengo
Unaposuluhisha matatizo, unapaswa kukumbuka kuhusu viambishi awali vya SI, ambavyo pia hutumika kwa vipimo vya "Newtonian". Kwa mfano, katika shida kuhusu vitu vya nafasi, ambapo wingi wa miili ni kubwa, mara nyingi ni muhimu kurahisisha maadili makubwa kwa ndogo. Ikiwa suluhisho linageuka kuwa 5000 N, basi itakuwa rahisi zaidi kuandika jibu kwa namna ya 5 kN (kiloNewton). Vitengo hivyo ni vya aina mbili: vingi na vidogo. Hizi ndizo zinazotumika zaidi: 102 N=1 hectoNewton (hN); 103 H=1kiloNewton (kN); 106 N=1 megaNewton (MN) na 10-2 N=1 centiNewton (cN); 10-3 N=1 milliNewton (mN); 10-9 N=1 nanoNewton (nN).
