Categories: FAQ

Ньютоновские законы движения

Мощность и ускорение

Теперь, когда мы изучили различные типы движения в кинематике, давайте посмотрим на причину движения или изменения движения:

Причина для изменения движения (= ускорение ) всегда является силой .

Свойство всех тел поддерживать свое состояние движения без силы называется Инерцией .

Основы классической механики основаны на от Исаака Ньютона сформулировал законы движения в 1687, также известный как Ньютоновские Аксиомы известны ( аксиомой является то, как основной оператор).

1. Аксиома Ньютона (закон инерции)

Тело остается в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, если оно не заставлено действующими силами изменить состояние движения.

Повседневный опыт может привести к заблуждениям

Согласно закону инерции, тело должно было бы двигаться с неизменной скоростью, пока на него не действует сила, которая замедляет его. Это, очевидно, противоречит нашему повседневному опыту, потому что для того, чтобы продолжать движение с постоянной скоростью, например, на машине или велосипеде, мы должны ускоряться или продолжать крутить педали. Без собственного влечения все тела на земле в какой-то момент замирают.

Там почти всегда трение

Однако причина этого не в том, что никакая сила не работает, а в том, что практически всегда действует другая сила, а именно сила трения. Это гарантирует, в большинстве случаев, что каждый организм замедляется.

Чтобы тело двигалось плавно, необходимо преодолеть силу трения, что в конечном итоге требует движущей силы.

Там нет трения или это незначительно ( примеры : автомобиль едет на воздушной подушке полотна или космический корабль парит в пространстве), однако, для движения нет нет необходимого привода.

Тот факт, что в повседневной жизни практически всегда возникают трения, часто приводит к неправильным представлениям о связи между силой и движением, а именно о том, что не будет никакого движения без силы, и что причиной движения является сила.

Идея о том, что тело обладает силой, которая была дана телу и медленно потреблялась с течением времени, уже была в Средние века (→ теория импульса ).

Эта идея неверна!

Он может действовать на тело только через силы взаимодействия. Однако тело не « обладает » какой-либо силой, а только энергией и импульсом, в зависимости от состояния движения.

Право это:

    Движущееся тело остается в (равномерном) движении, пока на нем нет силы.
    Тело, которое находится в покое, остается в мире, пока на него не действует сила.
    Сила может вызвать изменение движения, то есть ускорение.

Каждое тело вялое

Это каждый орган будет стремиться сохранить свое состояние движения, вы понимаете, к примеру, при попытке нажать на автомобиль, чтобы остановить тяжелый предмет, или если вы тянете скатерть быстро со стола — предметы на столе не двигается в потолке, но остается есть, потому что они ленивы.

Инерции и, следовательно, усилие, необходимое для ускорения тела зависит от его массы от — Чем больше масса тела, тем больше его инерционность .

Если ускорение постоянное, сила и масса пропорциональны друг другу:

Чем больше сила, действующая на тело, тем больше ускорение тела. При постоянной массе сила и ускорение пропорциональны друг другу:

Вместе существует пропорциональность между силой и произведением массы и ускорения:

Коэффициент пропорциональности в этом случае равен «1», поэтому мы можем написать: Это не совпадение, но основано на определении единицы силы:

Единство власти

Единство власти называется » Ньютон «. Определение таково:

1 Ньютон (Н) — это сила, необходимая для ускорения массы 1 кг массы от покоя за одну секунду до скорости 1 м / с.

Это синоним формулировки:

1 Ньютон (Н) — это сила, необходимая для ускорения массы тела на 1 кг 1 м / с 2.

Утверждение о пропорциональности между силой и произведением массы и ускорения называется второй ньютоновской аксиомой. (Первоначально, однако, сила была определена как изменение импульса за время в форме).

2. Аксиома Ньютона (→ основное уравнение механики)

Изменение движения (= ускорение) пропорционально приложенной силе и имеет то же направление, что и приложенная сила.

Примечание: коэффициент пропорциональности — это масса — при постоянном ускорении сила и масса пропорциональны друг другу.

Это приводит к

Основное уравнение механики:

Уравнение называется фундаментальным уравнением механики, потому что оно является основой для многих законов движения в механике. Вы никогда не должны забывать их снова!

Из основного уравнения механики, а также из определения силы, соотношение между единицей Ньютона и базовыми единицами получается:

Единица 1Ньютон также может быть выражена таким образом с помощью основных единиц.

Из второй ньютоновской аксиомы вытекает тот факт, что ускорение всегда имеет силу как причину и что ускорение имеет то же направление, что и действующая сила.

И сила, и ускорение являются векторными величинами.

Векторное обозначение основного уравнения механики:

Примеры и приложения

С помощью основного уравнения механики сила, необходимая для определенного ускорения, может быть рассчитана для всех тел известной массы:

Чтобы разогнать тело массой m = 60 кг на 1 м / с 2, нужна сила

Таким же образом можно рассчитать ускорение, вызванное заданной силой для известной массы:

Если тело с массой m = 60 кг имеет силу 100 Н, то тело будет ускоряться

Требуемая сила больше или ускорение меньше, если трением нельзя пренебречь.

Какая сила должна действовать на тело, чтобы разогнаться до 9,81 м / с 2?

Упомянутое ускорение — это ускорение силы тяжести, то есть ускорение, с которым ускоряется каждое свободно падающее тело (на земле).

Если мы вставим это ускорение в основное уравнение механики, мы получим:

Мы получаем вес тела — потому что это сила, которая ускоряет каждое тело в свободном падении.

Вес тела является

Вы уже знаете эту формулу из средней школы — однако, ускорение падения было описано как локальный фактор.

На тело двойной массы таким образом влияет двойной вес. Ускорение остается постоянным.

Из этого контекста немедленно возникает понимание того, что все тела падают одинаково быстро!

Ускорение, испытываемое всеми свободно падающими телами, называется Гравитационным ускорением g .

Ускорение зависит от местоположения и находится на Земле (или вблизи Земли).

Поэтому это ускорение также называется гравитационным ускорением.

Таким образом, вес тела зависит от местоположения, в то время как масса не зависит от местоположения.

Сила веса и, следовательно, ускорение силы тяжести g, которое испытывает тело, зависит от массы небесного тела.

Поскольку масса Луны намного меньше массы Земли, гравитация и, следовательно, ускорение гравитации на Луне намного меньше, чем на Земле. Это о.

Информация: Закон гравитации

В 1687 году Ньютон ввел закон, который позволял рассчитывать гравитационную силу между двумя телами масс и разносить их.

Закон Гравитации :

Здесь Расстояние центра масс и Гравитационная постоянная .

Гравитационная постоянная имеет значение.

Из закона гравитации следует: удваивая расстояние между двумя массами, сила притяжения между массами уменьшается в 4 раза.

Если ввести закон гравитации для массы Земли и радиуса радиуса Земли (расстояние до центра Земли), то для массы получится гравитационная сила, то есть сила веса массы около Земли.

На высоте 6378 км (над поверхностью Земли) тело испытывает только 1/4 своего веса на земле, потому что расстояние от центра Земли вдвое больше.

На Земле ускорение из-за колеблющейся гравитации не везде одинаково. Частично благодаря уплощению на полюсах ускорение силы тяжести на полюсах больше, чем на экваторе.

Ускорение силы тяжести в разных местах на земле:

Принцип взаимодействия

Вес влияет на каждое тело на земле в любое время.

Однако тот факт, что сила веса, за исключением свободного падения, не приводит к одинаковому ускорению всех тел, объясняется тем, что действуют одна или несколько дополнительных сил.

Если тело стоит или лежит на земле или на столе, то есть еще одна сила, которая так же велика, как вес, но это противоположно. Эта сила применяется от пола, от стола и т. Д. И приводит к тому, что сумма тела, воздействующего на тело, равна 0, в результате чего состояние движения не изменяется.

Эту силу можно назвать силой реакции — пол или стол реагируют на вес тела с той же величиной противодействующей силы. Например, если стол не может применить соответствующую силу реакции, он рухнет.

Для тела невозможно приложить силу ко второму телу, если оно не будет одинаково прикладывать силу к первому телу.

Это отношение также называют третьей ньютоновской аксиомой, принципом взаимодействия или законом действий и реактивов.

3. Аксиома Ньютона (принцип взаимодействия)

Силы всегда появляются парами. Если тело A оказывает силу на тело B ( actio ), то тело B оказывает равную, но противоположную силу на тело A ( реакции ).

Кто кого привлекает?

Принцип взаимодействия распространяется на все виды сил.

Когда спрошено, привлечено ли нас землей или землей нас, ответ:

Мы притягиваем Землю с той же силой, с которой нас притягивают к Земле. Это Взаимное влечение .

Тот факт, что мы падаем в направлении Земли, а не наоборот, связан только с гораздо большей массой Земли и связанной с ней инерцией.

То же относится и к магнитным силам притяжения или отталкивания. Подобно тому, как магнит притягивает кусок железа, кусок железа притягивает магнит — с той же силой!

Большие ускорения требуют больших сил

Если тело должно быть ускорено как можно быстрее (например, при запуске автомобиля), должны быть созданы соответствующие большие силы.

При запуске автомобиля шины оказывают давление на дорогу. Соответствующая сила реакции дороги на шинах ускоряет автомобиль. Однако эта сила не может быть больше силы трения между шиной и дорогой.

То же самое верно при торможении.

Поскольку сила трения обычно не может быть больше, чем нормальная сила (это соответствует силе веса на наклонной поверхности дороги ), ускорение во время ускорения и торможения не может быть больше ускорения g.

С ускорением a = g идеальным результатом является ускорение от 0 до 100 км / ч за 2,83 с и минимальный тормозной путь 100 км / ч с 39,33 м.

Тот факт, что некоторые из этих значений даже превышаются в реальных случаях, объясняется тем, что в дополнение к силе трения, дополнительные эффекты могут играть роль, которая может увеличить силу реакции.

Опасность получения травмы при аварии

В случае аварии транспортные средства тормозятся в течение очень короткого времени от высокой скорости до остановки. Это возможно только при очень больших силах, действующих как на автомобиль, так и на пассажиров.

Чем больше изменение скорости за раз (т. е. чем больше ускорение торможения), тем больше возникают силы. Ускорение торможения и, следовательно, сила, действующая на водителя, зависят от скорости и тормозного пути. Применяется следующее: чем меньше тормозной путь и чем выше скорость, тем выше силы.

Если автомобиль едет на неподвижном объекте, тормозной путь такой же большой, как автомобиль может быть деформирован. Эта область также называется «зона смятия».

Поэтому в случае аварии нежелательно, чтобы автомобиль был поврежден как можно меньше, потому что силы были бы еще больше. Напротив, предпринимаются усилия, чтобы деформировать как можно большую площадь, в результате чего последствия аварии должны быть сведены к обитателям.

Расчет сил, действующих на пассажиров автомобиля при аварии:

Предположим, что автомобиль едет со скоростью 40 км / ч по прямой от препятствия. Мятая зона составляет 80см.

Расчет ускорения:

Из законов движения возникает ускорение

Где s — путь ускорения, поэтому здесь зона смятия

Это дает вам

Таким образом, ускорение торможения составляет -77,16 м / с 2. Это соответствует 7,9-кратному ускорению под действием силы тяжести, то есть чуть меньше 8g.

Сила

Поскольку сила применяется, сила, которая действует на пассажиров, Примерно в восемь раз превышает их вес .

Это уже может привести к серьезным травмам, особенно если вы не пристегнуты ремнями безопасности!

Что важно, так это осознание того, что ускорение и сила, действующая на пассажиров в случае аварии увеличивается с квадратным скоростью. В два раза быстрее (то есть 80км / ч) ускорение и сила будет поэтому в четыре раза больше и соответствует примерно 31g!

Сколько человек выдерживает?

На этот вопрос нельзя ответить в общем виде, поскольку, с одной стороны, важную роль играют направление возникающих ускоряющих сил ( вдоль или поперек оси тела), а также продолжительность.

Люди, которые подвергаются воздействию особенно высоких ускоряющих сил, таких как летчики-истребители, астронавты или гонщики, должны пройти специальную подготовку. Не все люди подходят.

В течение короткого времени (ниже 0,5 с) около 20 г может быть преодолено вдоль оси тела без каких-либо косвенных повреждений.

Вы можете выдержать около 30 г по всему телу. В течение нескольких секунд ограничение составляет около 15 г.

Для подстаканников предел разрешенного составляет 6 г, астронавты должны выдержать запуск до 5 г — но потом на несколько минут!

Таким образом, ускорение торможения составляет -77,16 м / с 2. Это соответствует 7,9-кратному ускорению под действием силы тяжести, то есть чуть меньше 8g. Physikunterricht-online. de Подробнее…

29.08.2020 13:18:05

Исходный текст

Предложить лучший вариант перевода

antfiksa

Share
Published by
antfiksa

Recent Posts

БЕЛАЯ ДИЕТА, ИЛИ ЧТО НУЖНО ЕСТЬ ПОСЛЕ ОТБЕЛИВАНИЯ ЗУБОВ?

БЕЛАЯ ДИЕТА, ИЛИ ЧТО НУЖНО ЕСТЬ ПОСЛЕ ОТБЕЛИВАНИЯ ЗУБОВ? Благодаря возможностям современной эстетической стоматологии мечта…

5 дней ago

ЧТО ТАКОЕ ФТОРИРОВАНИЕ ЗУБОВ?

ЧТО ТАКОЕ ФТОРИРОВАНИЕ ЗУБОВ? 2020-12-01 Кариес и повышенная чувствительность зубов - самые частые стоматологические проблемы,…

5 дней ago

ПЕРИОСТИТ ЗУБА — ПРИЧИНЫ, СИМПТОМЫ, ЛЕЧЕНИЕ!

ПЕРИОСТИТ ЗУБА - ПРИЧИНЫ, СИМПТОМЫ, ЛЕЧЕНИЕ! Когда воспалительный процесс пульпы, вызванный кариесом, распространяется по направлению…

5 дней ago

КАК КУРЕНИЕ СИГАРЕТ ВЛИЯЕТ НА ЗУБЫ?

КАК КУРЕНИЕ СИГАРЕТ ВЛИЯЕТ НА ЗУБЫ? Помимо отрицательного воздействия на дыхательные пути, особенно на легкие…

5 дней ago

ЧТО ТАКОЕ ЯЗВЫ ВО РТУ? СИМПТОМЫ, ПРИЧИНЫ И ЛЕЧЕНИЕ.

ЧТО ТАКОЕ ЯЗВЫ ВО РТУ? СИМПТОМЫ, ПРИЧИНЫ И ЛЕЧЕНИЕ. Незначительные ранки во рту - это неприятный…

5 дней ago

ПОЧЕМУ БЫ ВАМ НЕ ОТБЕЛИТЬ ЗУБЫ ПИЩЕВОЙ СОДОЙ? ФАКТЫ И МИФЫ О ДОМАШНЕМ ОТБЕЛИВАНИИ ЗУБОВ!

ПОЧЕМУ БЫ ВАМ НЕ ОТБЕЛИТЬ ЗУБЫ ПИЩЕВОЙ СОДОЙ? ФАКТЫ И МИФЫ О ДОМАШНЕМ ОТБЕЛИВАНИИ ЗУБОВ! Сон…

5 дней ago