Об'єкти чинять опір змінам

Перший закон Ньютона

Об'єкт, який перебуває в спокої, залишається в спокої, і об'єкт у русі залишається в русі з тією ж швидкістю та в тому ж напрямку — якщо на нього не діє невирівнована сила.

Ця властивість називається інерція. Усе у всесвіті чинить опір змінам свого руху.

Книга, яка лежить на столі, буде лежати там вічно, якщо щось її не штовхне. Льодяна шайба, що ковзає по льоду без тертя, ковзала б вічно прямою лінією, якщо б щось її не зупинило.

Це було революційно. До Ньютона люди припускали, що об'єкти природно сповільнюються. Ньютон зрозумів, що сповільнення — це не природне — це трапляється тільки через силу тертя та опір повітря.

Інерція в повсякденному житті

Ви кожен день переживаєте інерцію

Ремені безпеки існують завдяки інерції. Коли автомобіль раптово зупиняється, ви не зупиняєтеся разом з автомобілем — ваше тіло продовжує рухатися вперед з початковою швидкістю автомобіля. Ремінь безпеки — це невирівнована сила, яка вас зупиняє.

Трюк зі скатертиною працює завдяки інерції. Тарілки перебувають у спокої та чинять опір переміщенню. Якщо ви витягнете скатертину достатньо швидко, тертя не матиме часу прискорити тарілки, і вони залишаться на місці.

М'яч для футзалу на землі залишається абсолютно нерухомим, доки хтось його не кине. Йому не хочеться рухатися, немає тенденції рухатися. Йому це абсолютно байдуже.

Сила дорівнює масі, помноженій на прискорення

Другий закон Ньютона

Сила дорівнює масі, помноженій на прискорення: F = ma

Це найбільш корисне рівняння у всій фізиці. Воно розповідає вам три речі одночасно:

1. Що більше сили ви прикладаєте до об'єкта, то більше він прискорюється (прискорюється, сповільнюється або змінює напрямок).

2. Що більше маса об'єкта, то менше він прискорюється за тієї ж сили.

3. Якщо ви знаєте будь-які два з трьох значень — силу, масу або прискорення — ви можете розрахувати третього.

Маса — це кількість матеріалу в об'єкті. Вона вимірюється в кілограмах.

Прискорення — це те, як швидко змінюється швидкість. Вимірюється в метрах на секунду в квадраті (м/с²).

Сила вимірюється в Ньютонах (Н) — так, одиниця названа на його честь.

Застосування F = ma

Штовхання візків

Уявіть цей сценарій: ви в продуктовому магазині. Ви штовхаєте порожній кошик для покупок, і він легко котиться. Потім ви наповнюєте кошик важкими продуктами й штовхаєте його з тією ж силою.

На кожну дію припадає рівна протилежна реакція

Третій закон Ньютона

На кожну дію припадає рівна та протилежна реакція.

Це означає, що сили завжди з'являються парами. Ви не можете штовхати без того, щоб на вас щось не штовхало.

Коли ви ходите, ваша нога штовхає землю назад, а земля штовхає вас вперед. Цей передній штовх — це те, що вас рухає.

Коли ракета запускається, вона не штовхається від землі чи повітря. Вона викидає гарячий газ вниз величезної швидкості, і газ штовхає ракету з рівною силою — вгору.

Коли ви плаваєте, ваші руки штовхають воду назад, а вода штовхає вас вперед.

Сили завжди рівні за розміром та протилежні за напрямком. Завжди.

Стрибання на Землю

Питання, яке приголомшує розум

Коли ви стрибаєте, ваші ноги штовхають Землю вниз. За Третім законом Ньютона, Земля штовхає вас вгору з рівною силою — саме це вас запускає у повітря.

Але ось дивна частина: якщо ви штовхаєте Землю з тією ж силою, з якою Земля штовхає вас, то сили рівні. Ви летите вгору. Тоді Земля повинна рухатися вниз.

Універсальна гравітація

Закон універсальної гравітації Ньютона

Ньютон зрозумів, що та ж сила, яка змушує яблуко падати з дерева, — це та ж сила, яка утримує Місяць на орбіті Землі.

Кожен об'єкт з масою притягує кожен інший об'єкт з масою. Сила притягання залежить від двох речей:

1. Маса: більш масивні об'єкти притягають сильніше.

2. Відстань: об'єкти, які знаходяться далі один від одного, притягають слабше. Сила падає зі квадратом відстані — в два рази далі означає в чотири рази слабшу силу.

Вага проти маси

Маса — це кількість матерії у вас. Вона не змінюється, де б ви не були.

Вага — це сила гравітації, яка діє на вашу масу. Вона змінюється залежно від того, де ви.

На Місяці у вас та ж маса, але вага в одну шосту, тому що гравітація Місяця слабша.

Чому Місяць не падає?

Він падає — постійно. Але він також рухається вбік настільки швидко, що коли він трохи падає, поверхня Землі закривається під ним. Він продовжує падати й продовжує пропускати землю. Це те, що таке орбіта: падання й пропускання землі вічно.

Невагомість, але не вільна від гравітації

Загадка космічної станції

Космонавти на Міжнародній космічній станції плавають, ніби вони невагомі. Ви, мабуть, бачили відео — вони обертаються, вода утворює плаваючі краплі, і ніщо не падає.

Ось дивна річ: МКС орбітує приблизно 400 км над Землею. На цій висоті гравітація все ще приблизно 90% такою, як на поверхні.

Закони Ньютона в реальному світі

Сили в інженерії та спорті

Кожна конструкція, транспортний засіб та спорт на Землі підпорядковуються законам Ньютона.

Мости повинні збалансувати всі сили, щоб залишатися нерухомими (Перший закон). Інженери розраховують вагу трафіку (Другий закон) і забезпечують, щоб кожна опора штовхала назад з рівною силою (Третій закон).

Ракети працюють суто на основі Третього закону — викидаючи масу в одному напрямку, щоб прискоритись в іншому. На космосі немає повітря, на яке можна штовхатися. Видихи йдуть вниз; ракета йде вгору.

Спорти — це прикладна фізика. Бейсбольна биця передає силу до кулі (Другий закон). Спринтер штовхає назад на стартові блоки, і блоки штовхають його вперед (Третій закон). Льодяна шайба ковзає по льоду з мінімальним тертям, демонструючи Перший закон.

Кожного разу, коли інженер проектує автомобіль, міст або космічний корабель, вони розв'язують рівняння Ньютона.

Фізика у вашому улюбленому спорті

Ваша чергаBrought To You By

Тепер застосуйте те, що ви дізналися.