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웰컴

1687년, 아인슈타인 뉴턴이 책을 출간해 세상이 바뀌었습니다.

그것은 Principia Mathematica로, 그는 움직임을 설명하는 세 가지 간단한 법칙을 제시했습니다: 굴러가는 공에서 지상 출발 로켓까지.

뉴턴은 헤드에 사과가 떨어져 중력을 발견한 것이 아니었습니다. 그 실제로 한 것은 훨씬 더 놀라운 것이었습니다: 그는 모든 사람이 보는 것만 봤습니다. 물체가 떨어지는 것과 그 이유를 물었습니다.

이 강의를 마치면, 당신은 우주에서 모든 밀어주기, 당겨주기, 충돌 및 궤도에 적용되는 세 가지 법칙을 이해할 것입니다.

워밍업

시작하기 전에

우리가 할 일은 일상 생활 중 매일 경험한 것을 시작하는 것입니다.

물체는 왜 아래로 떨어진다? 공을 떨어뜨릴 때, 그것이 지면으로 향하는 것을 움직이는 것은 무엇 때문인가? 측면으로 날아가는 것 대신?

물체는 변화에 저항합니다

뉴턴의 첫째 법칙

뉴턴의 첫째 법칙: 이니어티아 두 가지 시나리오

물체는 움직이지 않고 있는 경우 계속 움직이지 않고, 일정한 속도로 일정한 방향으로 움직인다: 비대칭력으로 인해 작동하지 않은 경우를 제외하고.

이 속성은 이니어티아입니다. 우주에 있는 모든 것이 움직임을 변경하는 것을 저항합니다.

책상 위에 놓인 책은 영원히 그곳에 머무르게 됩니다. 마찰이 없는 얼음 위에서 슬라이딩하는 아이스 하키 푹은 직선으로 영원히 움직일 것입니다. 비대칭력으로 멈추지 않습니다.

이것은 혁신적이었습니다. 뉴턴 이전에 사람들은 물체가 자연스럽게 속도가 줄어드는 것을 생각했습니다. 뉴턴은 속도가 줄어드는 것이 자연스럽지 않다는 것을 깨달았습니다. 그만큼 마찰과 공기 저항과 같은 힘이 있을 때만 발생합니다.

일상 생활에서의 이니어티아

일상에서 이니어티아를 경험합니다

안전띠는 인ер시아 때문에 존재합니다. 자동차가 갑자기 멈추면, 당신은 자동차와 함께 멈추지 않습니다: 당신의 몸은 자동차의 원래 속도로 계속 앞으로 움직입니다. 안전띠는 당신을 멈추는 불균형한 힘이 됩니다.

테이블커튼 트릭은 인어르샤 때문에 작동합니다. 접시들은 휴식 중이며 움직임을 저항합니다. 당신이 커튼을 빠르게 뽑으면, 마찰력이 시간을 갖지 않고 접시를 가속화하지 않으며, 그들은 그대로 있습니다.

지면에 있는 축구공은 누가 차를 때릴 때까지 완벽하게 움직이지 않습니다. 그것은 움직이기를 원하지 않으며, 움직임을 갖기 위한 경향이 없습니다. 그것은 완전히 무관합니다.

자동차에 타고 있을 때 운전자에게 브레이크를 급하게 밟게 되면, 뉴턴의 첫째 법칙과 '이니어티아'라는 단어를 사용하여 당신의 몸이 어떻게 되는지 설명해보세요. 그리고 왜 그런지.

힘은 질량을 곱한 가속도

뉴턴의 두 번째 법칙

뉴턴의 두 번째 법칙: F=ma와 질량 비교 및 자유 체계도

힘은 질량을 곱한 가속도: F = ma

물리학에서 가장 유용한 방정식입니다. 동시에 세 가지 것을告诉합니다:

1. 적용된 이 많을수록 물체는 가속도를 더 빠르게 합니다(속도가 빨리 늘어남, 느려지거나, 방향이 바뀌게 됩니다).

2. 물체의 질량이 많을수록 같은 힘에 대해 가속도가 적습니다.

3. 힘, 질량, 또는 가속도를 아는 두 가지 값이 있다면, 세 번째 값을 계산할 수 있습니다.


질량은 물체가 포함하는 물질의 양입니다. 킬로그램으로 측정됩니다.

가속도는 속도의 변화 속도입니다. m/s²(메터 당 초의 제곱수)로 측정됩니다.

은 뉴턴(N)으로 측정됩니다: 그 단위는 그의 이름을 따서 명명되었습니다.

F = ma를 적용하다

쇼핑카트 밀기

이 상황을 생각해 보세요: 당신은 슈퍼마켓에서 있습니다. 당신은 비어 있는 쇼핑카트를 밀고 쉽게 굴러갑니다. 그런 다음 당신은 무거운 가게를 가득 채우고 같은 힘으로 밀어줍니다.

뉴턴의 두 번째 법칙(F = ma)을 사용하여, 비어 있는 쇼핑카트를 밀 때와 가득 찬 쇼핑카트를 밀 때 왜 가득 찬 쇼핑카트를 밀기가 더 어려운지 설명하세요. 변경된 것은 힘, 질량, 또는 가속도입니까?

모든 작용에는 반대 방향의 동등한 반작용이 있다

뉴턴의 제3법

작용-반작용 힘 쌍: 로켓과 벽 예제

모든 작용에는 동등한 반대 방향의 반작용이 있다.

이것은 힘이 항상 쌍으로 나타나는 것을 의미합니다. 밀어주기만 하면 안 됩니다.

당신이 걷는 경우, 발이 땅에 뒤로 밀어주고, 땅이 당신에게 앞으로 밀어줍니다. 그것이 당신을 앞으로 움직이는 것입니다.

로켓이 발사될 때, 그것은 땅이나 공기와 밀어주기를 하지 않습니다. 그것은 엄청난 속도로 아래로 가스를 방출하고, 가스가 로켓에 대해 동등한 힘으로 위로 밀어주며: 위로.

당신이 수영할 때, 당신의 손이 물을 뒤로 밀어주고, 물이 당신을 앞으로 밀어줍니다.

힘은 항상 같은 크기이고, 반대 방향입니다. 항상.

地球에 뛰어오르기

놀라운 질문

당신이 뛰면, 다리의 힘으로 땅을 아래로 밀어주고, 뉴턴의 제3법에 따라 땅이 당신에게 위로 힘을 가하여 동등한 힘으로 밀어주어 당신이 공중으로 날아오르는 원인이 됩니다.

하지만 여기 있는 이상한 부분은, 당신이 땅에 아래로 밀어주고, 땅이 당신에게 위로 밀어주면, 두 힘이 동등하다는 것입니다. 당신이 위로 날아오르기 때문에 땅이 아래로 움직여야 합니다.

당신이 뛰면, 당신이 받는 것과 동일한 힘으로地球을 밀어주고, 그래서 왜地球이 움직이지 않는가요?

유니버스 중력

뉴턴의 유니버스 중력 법칙

Universal gravitation inverse square law and orbital mechanics diagram

뉴턴은 달에 있는 사과가 땅으로 떨어지는 것과 같은 힘으로 지구가 달을 도는 것임을 깨달았다.

질량이 있는 모든 물체는 질량이 있는 다른 물체를 끌어든다. 그 힘의 강도는 두 가지 것에 달려 있다:

1. 질량: 더 무거운 물체는 더 힘차게 끌어든다.

2. 거리: 물체가 멀리 떨어져 있을수록 힘은 약해진다. 힘은 거리의 제곱에 비례하므로, 두 배로 떨어져 있을 때는 1/4만큼의 힘을 느낀다.


무게 vs. 질량

질량은 당신의 물질의 양을 나타낸다. 어디서든 질량은 변하지 않는다.

무게는 당신의 질량에 중력력이 작용하는 힘이다. 어디서든 무게는 변한다.

달에 있는 경우, 질량은 동일하지만 무게는 일곱째로 줄어든다, 왜냐하면 달의 중력력이 약하기 때문이다.


달이 왜 떨어지지 않는가?

달은 떨어지고 있다: 끊임없이. 그러나 그것이 약간 떨어지는 동안 지구 표면이 아래로 곡예를 치게 된다. 그것이 계속 떨어지고 계속 그 지면을 빗나간다. 그게 궤도이다: 떨어지며 지면을 빗나가기 위해 영원히.

무중력하지만 중력 없는 것은 아니다

우주 정거장謎

국제우주정거장은 지구 위에 약 400km 떨어져 있으며, 여전히 지구 표면에서의 중력력이 90%나 남아 있다. 아스트로노츠는 물질을 뭉쳐있는 것처럼 부딪히지 않고 떠 있다.

이것이 놀라운 사실이다: ISS는 지구 표면에서의 90%의 중력력을 유지하고 있다.

중력력이 여전히 ISS에서 90% 강하다면, 왜 아스트로노츠가 부딪히지 않고 떠 있는 것처럼 보이는가?

뉴턴의 법칙을 실제 세계에서 사용하는 방법

힘의 공학 및 스포츠 적용

모든 구조물, 차량 및 스포츠 đều 뉴턴의 법칙을 따릅니다.


교량은 첫 번째 법칙에 따라 모든 힘을 균형을 유지해야 합니다. 공인들은 교통량의 무게를 계산(두 번째 법칙)하고, 모든 지지대가 반대 방향으로 동일한 힘으로 밀어내는 것을 보장해야 합니다(세 번째 법칙).


로켓은 세 번째 법칙에 따라 완전히 작동합니다. 한쪽 방향으로 질량을 던지면 다른 방향으로 가속도가 발생합니다. 우주 공간에서는 공기와 대치할 수 없습니다. 배출 가스는 아래로 가고 로켓은 위로 가게됩니다.


스포츠는 적용 물리학입니다. 베이스볼 배트는 힘을 공에 전달(두 번째 법칙)합니다. 스피드 선수는 출발대에 후진력을 가하고 출발대가 그들을 전진시키는 반작용(세 번째 법칙)을 적용합니다. 아이스 위에 굴러가는 하키 퍽은 최소 마찰로 첫 번째 법칙을 보여줍니다.


공학자가 차량, 교량 또는 우주선의 설계를 할 때마다 그들은 뉴턴의 방정식을 풀어냅니다.

좋아하는 스포츠의 물리학

당신의 차례

이제 배운 것을 적용하세요.

어떤 스포츠를 좋아하거나 알면 알려주세요. 그 스포츠에서 뉴턴의 세 법칙 중 가장 중요한 것은 무엇이며, 그것이 적용되는 구체적인 예를 설명해 주세요. 우리가 다룬 물리학 용어를 사용하세요: 힘, 질량, 가속도, 인진성, 작용/반작용.