Natuurkunde als wetenschap die de wetten van ons heelal bestudeert, gebruikt een standaard onderzoeksmethodologie en een bepaald systeem van meeteenheden. De eenheid van kracht wordt gewoonlijk N (newton) genoemd. Wat is kracht, hoe kun je het vinden en meten? Laten we dit probleem nader bekijken.
Interessant uit de geschiedenis
Isaac Newton is een uitstekende Engelse wetenschapper uit de 17e eeuw die een onschatbare bijdrage heeft geleverd aan de ontwikkeling van de exacte wiskundige wetenschappen. Hij is de voorvader van de klassieke natuurkunde. Hij slaagde erin de wetten te beschrijven die gelden voor zowel enorme hemellichamen als kleine zandkorrels die door de wind worden meegevoerd. Een van zijn belangrijkste ontdekkingen is de wet van universele zwaartekracht en de drie basiswetten van de mechanica die de interactie van lichamen in de natuur beschrijven. Later konden andere wetenschappers de wetten van wrijving, rust en glijden alleen afleiden dankzij de wetenschappelijke ontdekkingen van Isaac Newton.
Een beetje theorie
Een fysieke hoeveelheid is vernoemd naar een wetenschapper. Newton is een eenheid van kracht. De definitie van kracht kan als volgt worden beschreven: "kracht is een kwantitatieve maat voor de interactie tussen lichamen, of een hoeveelheid,die de mate van intensiteit of spanning van lichamen kenmerkt."
Kracht wordt niet voor niets gemeten in Newton. Het was deze wetenschapper die drie onwrikbare "machtswetten" creëerde die tot op de dag van vandaag relevant zijn. Laten we ze bestuderen met voorbeelden.
Eerste Wet
Voor een volledig begrip van de vragen: "Wat is een newton?", "De meeteenheid van wat?" en "Wat is de fysieke betekenis?", is het de moeite waard om de drie basiswetten van de mechanica zorgvuldig te bestuderen.
De eerste zegt dat als het lichaam niet wordt beïnvloed door andere lichamen, het in rust zal zijn. En als het lichaam in beweging was, zal het zijn uniforme beweging in een rechte lijn voortzetten als er geen actie op is ondernomen.
Stel je voor dat een bepaald boek met een bepaalde massa op een plat tafelblad ligt. Door alle krachten aan te duiden die erop inwerken, krijgen we dat dit de zwaartekracht is, die verticaal naar beneden is gericht, en de reactiekracht van de steun (in dit geval de tafel), verticaal naar boven gericht. Omdat beide krachten elkaars acties in evenwicht houden, is de grootte van de resulterende kracht nul. Volgens de eerste wet van Newton is dit de reden waarom het boek in rust is.
Tweede Wet
Het beschrijft de relatie tussen de kracht die op een lichaam inwerkt en de versnelling die het ontvangt als gevolg van de uitgeoefende kracht. Isaac Newton was bij het formuleren van deze wet de eerste die de constante waarde van massa gebruikte als een maat voor de manifestatie van traagheid en traagheid van een lichaam. Ze noemen traagheidhet vermogen of de eigenschap van lichamen om hun oorspronkelijke positie te behouden, dat wil zeggen, om externe invloeden te weerstaan.
De tweede wet wordt vaak beschreven door de volgende formule: F=am; waarbij F de resultante is van alle krachten die op het lichaam worden uitgeoefend, a de door het lichaam ontvangen versnelling is en m de massa van het lichaam. Kracht wordt uiteindelijk uitgedrukt in kgm/s2 . Deze uitdrukking wordt meestal aangegeven in newtons.
Wat is een newton in de natuurkunde, wat is de definitie van versnelling en hoe is het gerelateerd aan kracht? Deze vragen worden beantwoord door de formule van de tweede wet van de mechanica. Het moet duidelijk zijn dat deze wet alleen werkt voor die lichamen die bewegen met snelheden die veel lager zijn dan de snelheid van het licht. Bij snelheden die dicht bij de lichtsnelheid liggen, werken iets andere wetten, aangepast door een speciale sectie natuurkunde over de relativiteitstheorie.
De derde wet van Newton
Dit is misschien wel de meest begrijpelijke en eenvoudige wet die de interactie van twee lichamen beschrijft. Hij zegt dat alle krachten in paren ontstaan, dat wil zeggen dat als het ene lichaam met een bepaalde kracht op het andere inwerkt, het tweede lichaam op zijn beurt ook met een gelijke kracht op het eerste inwerkt.
De bewoording van de wet door wetenschappers is als volgt: "… de interacties van twee lichamen op elkaar zijn gelijk aan elkaar, maar in tegengestelde richtingen gericht."
Laten we uitzoeken wat een newton is. In de natuurkunde is het daarom gebruikelijk om alles over specifieke fenomenen te bekijkenHier zijn enkele voorbeelden die de wetten van de mechanica beschrijven.
- Watervogels zoals eenden, vissen of kikkers bewegen zich in of door water, juist door ermee te communiceren. De derde wet van Newton zegt dat wanneer het ene lichaam op het andere inwerkt, er altijd een tegenactie ontstaat, die even sterk is als de eerste, maar in de tegenovergestelde richting is gericht. Op basis hiervan kunnen we concluderen dat de beweging van eenden plaatsvindt doordat ze het water met hun poten terugduwen, en dat ze zelf naar voren zwemmen door de reactie van het water.
- Het eekhoornwiel is een goed voorbeeld van het bewijzen van de derde wet van Newton. Iedereen weet waarschijnlijk wat een eekhoornwiel is. Dit is een vrij eenvoudig ontwerp, dat doet denken aan zowel een wiel als een trommel. Het wordt in kooien geïnstalleerd, zodat huisdieren zoals eekhoorns of decoratieve ratten kunnen rondrennen. De interactie van twee lichamen, het wiel en het dier, zorgt ervoor dat beide lichamen bewegen. Bovendien, wanneer de eekhoorn snel rent, draait het wiel met hoge snelheid, en wanneer het vertraagt, begint het wiel langzamer te draaien. Dit bewijst nogmaals dat actie en tegenactie altijd gelijk aan elkaar zijn, hoewel ze in tegengestelde richtingen zijn gericht.
- Alles wat beweegt op onze planeet beweegt alleen vanwege de "reactie-actie" van de aarde. Het lijkt misschien vreemd, maar in feite doen we tijdens het lopen alleen maar moeite om de grond of een ander oppervlak te duwen. En we gaan vooruit, want de aarde duwt ons als reactie daarop.
Wat is een newton: een maateenheid offysieke hoeveelheid?
De definitie van "newton" kan als volgt worden omschreven: "het is een eenheid van kracht". Maar wat is de fysieke betekenis ervan? Dus, gebaseerd op de tweede wet van Newton, is dit een afgeleide grootheid, die wordt gedefinieerd als een kracht die in staat is om de snelheid van een lichaam met een massa van 1 kg met 1 m / s in slechts 1 seconde te veranderen. Het blijkt dat de newton een vectorgrootheid is, dat wil zeggen dat hij zijn eigen richting heeft. Wanneer we een kracht uitoefenen op een voorwerp, bijvoorbeeld door een deur te duwen, stellen we tegelijkertijd de bewegingsrichting in, die volgens de tweede wet hetzelfde zal zijn als de richting van de kracht.
Als je de formule volgt, blijkt dat 1 Newton=1 kgm/s 2 . Bij het oplossen van verschillende problemen in de mechanica is het heel vaak nodig om Newton om te rekenen naar andere grootheden. Voor het gemak wordt aanbevolen om bij het vinden van bepaalde waarden de basisidentiteiten te onthouden die newtons verbinden met andere eenheden:
- 1 H=105 dyne (dyna is een maateenheid in het CGS-systeem);
- 1 N=0,1 kgf (kilogram-kracht is een eenheid van kracht in het ICSS-systeem);
- 1 H=10 -3 sten elk lichaam met een gewicht van 1 ton).
De wet van universele zwaartekracht
Een van de belangrijkste ontdekkingen van de wetenschapper, die het idee van onze planeet veranderde, is de zwaartekrachtwet van Newton (wat is zwaartekracht, lees hieronder). Natuurlijk waren er vóór hem pogingen om het mysterie van aantrekking te ontrafelenAarde. Johannes Kepler was bijvoorbeeld de eerste die suggereerde dat niet alleen de aarde een aantrekkingskracht heeft, maar dat ook de lichamen zelf de aarde kunnen aantrekken.
Alleen Newton slaagde er echter in om de relatie tussen zwaartekracht en de wet van planetaire beweging wiskundig te bewijzen. Na vele experimenten realiseerde de wetenschapper zich dat in feite niet alleen de aarde objecten naar zich toe trekt, maar dat alle lichamen tot elkaar worden aangetrokken. Hij leidde de wet van de zwaartekracht af, die stelt dat alle lichamen, inclusief hemellichamen, worden aangetrokken met een kracht die gelijk is aan het product van G (zwaartekrachtconstante) en de massa's van beide lichamen m1 m 2 gedeeld door R2 (het kwadraat van de afstand tussen de lichamen).
Alle wetten en formules die door Newton zijn afgeleid, maakten het mogelijk om een integraal wiskundig model te creëren, dat nog steeds wordt gebruikt in onderzoek, niet alleen op het aardoppervlak, maar ook ver buiten onze planeet.
Eenheidsconversie
Bij het oplossen van problemen moet u rekening houden met de standaard SI-voorvoegsels, die ook worden gebruikt voor "Newtoniaanse" meeteenheden. Bij problemen met ruimtevoorwerpen, waar de massa's van lichamen groot zijn, is het bijvoorbeeld heel vaak nodig om grote waarden te vereenvoudigen tot kleinere. Als de oplossing 5000 N blijkt te zijn, is het handiger om het antwoord in de vorm van 5 kN (kiloNewton) te schrijven. Dergelijke eenheden zijn van twee soorten: veelvouden en subveelvouden. Dit zijn de meest gebruikte: 102 N=1 hectoNewton (hN); 103 H=1kiloNewton (kN); 106 N=1 megaNewton (MN) en 10-2 N=1 centiNewton (cN); 10-3 N=1 milliNewton (mN); 10-9 N=1 nanoNewton (nN).
