Sheria ya pili ya Newton labda ndiyo sheria maarufu zaidi kati ya sheria tatu za ufundi za kitamaduni ambazo mwanasayansi wa Kiingereza alikadiria katikati ya karne ya 17. Hakika, wakati wa kutatua shida katika fizikia kwa harakati na usawa wa miili, kila mtu anajua nini maana ya bidhaa ya misa na kuongeza kasi. Hebu tuangalie kwa undani vipengele vya sheria hii katika kifungu hiki.
Mahali pa sheria ya pili ya Newton katika ufundi wa kitambo
Mitambo ya asili inategemea nguzo tatu - sheria tatu za Isaac Newton. Wa kwanza wao anaelezea tabia ya mwili ikiwa nguvu za nje hazifanyi kazi juu yake, pili inaelezea tabia hii wakati nguvu hizo zinatokea, na hatimaye, sheria ya tatu ni sheria ya mwingiliano wa miili. Sheria ya pili inachukua nafasi kuu kwa sababu nzuri, kwa kuwa inaunganisha itikadi ya kwanza na ya tatu katika nadharia moja na ya upatanifu - mechanics ya kitambo.
Kipengele kingine muhimu cha sheria ya pili ni kwamba inatoachombo cha hisabati kuhesabu mwingiliano ni bidhaa ya wingi na kuongeza kasi. Sheria ya kwanza na ya tatu hutumia sheria ya pili kupata taarifa za kiasi kuhusu mchakato wa nguvu.
Msukumo wa nguvu
Zaidi katika makala, fomula ya sheria ya pili ya Newton, inayoonekana katika vitabu vyote vya kisasa vya kiada vya fizikia, itawasilishwa. Hata hivyo, mwanzoni aliyeunda fomula hii mwenyewe aliitoa katika umbo tofauti kidogo.
Wakati wa kuwasilisha sheria ya pili, Newton alianza kutoka ya kwanza. Inaweza kuandikwa kihisabati kulingana na kiasi cha kasi p¯. Ni sawa na:
p¯=mv¯.
Kiasi cha mwendo ni wingi wa vekta, ambao unahusiana na sifa zisizo na usawa za mwili. Mwisho hubainishwa na wingi wa m, ambao katika fomula iliyo hapo juu ni mgawo unaohusiana na kasi v¯ na kasi p¯. Kumbuka kuwa sifa mbili za mwisho ni idadi ya vekta. Zinaelekeza upande mmoja.
Nini kitatokea ikiwa nguvu fulani ya nje F¯ itaanza kutenda kwa mwili kwa kasi p¯? Hiyo ni kweli, kasi itabadilika kwa kiasi cha dp¯. Zaidi ya hayo, thamani hii itakuwa kubwa zaidi katika thamani kamili, kadri nguvu F¯ inavyofanya kazi kwenye mwili. Ukweli huu uliothibitishwa kwa majaribio unaturuhusu kuandika usawa ufuatao:
F¯dt=dp¯.
Mfumo huu ni sheria ya 2 ya Newton, iliyotolewa na mwanasayansi mwenyewe katika kazi zake. Hitimisho muhimu linafuata kutoka kwake: vectormabadiliko ya kasi daima yanaelekezwa kwa mwelekeo sawa na vector ya nguvu iliyosababisha mabadiliko haya. Katika usemi huu, upande wa kushoto unaitwa msukumo wa nguvu. Jina hili limesababisha ukweli kwamba kiasi cha kasi yenyewe mara nyingi huitwa kasi.
Lazimisha, wingi na kuongeza kasi
Sasa tunapata fomula inayokubalika kwa ujumla ya sheria inayozingatiwa ya ufundi wa kitamaduni. Ili kufanya hivyo, tunabadilisha thamani dp+ kwenye usemi katika aya iliyotangulia na kugawanya pande zote mbili za mlinganyo kwa saa dt. Tuna:
F¯dt=mdv¯=>
F¯=mdv¯/dt.
Njia ya wakati wa kasi ni kuongeza kasi ya mstari a¯. Kwa hivyo, usawa wa mwisho unaweza kuandikwa upya kama:
F¯=ma¯.
Kwa hivyo, nguvu ya nje F¯ inayofanya kazi kwenye mwili unaozingatiwa husababisha kuongeza kasi ya mstari a¯. Katika kesi hiyo, vectors ya kiasi hiki cha kimwili huelekezwa kwa mwelekeo mmoja. Usawa huu unaweza kusomeka kinyume: uzito kwa kila uongezaji kasi ni sawa na nguvu inayofanya kazi kwenye mwili.
Kutatua Matatizo
Hebu tuonyeshe kwa mfano wa tatizo la kimwili jinsi ya kutumia sheria inayozingatiwa.
Likianguka chini, jiwe liliongeza kasi yake kwa 1.62 m/s kila sekunde. Inahitajika kuamua nguvu inayofanya kazi kwenye jiwe ikiwa uzito wake ni kilo 0.3.
Kulingana na ufafanuzi, kuongeza kasi ni kasi ambayo kasi hubadilika. Katika hali hii, moduli yake ni:
a=v/t=1.62/1=1.62 m/s2.
Kwa sababu bidhaa ya molekuli bykuongeza kasi itatupa nguvu inayotakiwa, kisha tutapata:
F=ma=0.31.62=0.486 N.
Kumbuka kwamba miili yote inayoangukia Mwezi karibu na uso wake ina mchapuko unaozingatiwa. Hii ina maana kwamba nguvu tuliyoipata inalingana na nguvu ya uvutano ya mwezi.
