Newtons erste Rechtsformeln, Experimente und Übungen

Der Newtons erstes Gesetz, auch bekannt als die Inercia -Gesetz, Es wurde zuerst von Isaac Newton, Physikalisch, Mathematiker, Philosoph, Theologe, Erfinder und Alchemisten vorgeschlagen. Dieses Gesetz legt Folgendes fest: "Wenn ein Objekt keine Kraft ausgesetzt ist oder die Kräfte, die darauf einwirken."

In dieser Aussage ist das Schlüsselwort Fortsetzung folgt. Wenn die Räumlichkeiten des Gesetzes erfüllt sind, wird das Objekt seine Bewegung so fortsetzen, wie es getan hat. Es sei denn, eine unausgeglichene Kraft erscheint und verändert den Bewegungszustand.

Erklärung des ersten Gesetzes von Newton. Quelle: Selbst gemacht.

Dies bedeutet, dass, wenn das Objekt in Ruhe ist. Es bedeutet auch, dass sich ein Objekt mit einer festen Geschwindigkeit in einer geraden Richtung bewegt, es sich weiterhin auf diese Weise bewegt. Wird sich nur ändern, wenn ein externer Agent eine Kraft auf ihn ausübt und seine Geschwindigkeit ändert.

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Hintergrund des Gesetzes

Isaac Newton wurde am 4. Januar 1643 in Woolshorpe Manor (Vereinigtes Königreich) geboren und starb 1727 in London.

Das genaue Datum, an dem Sir Isaac Newton seine drei Dynamikgesetze entdeckt hat, ist mit Sicherheit nicht bekannt, einschließlich des ersten Gesetzes. Aber es ist bekannt, dass es lange vor der Veröffentlichung des berühmten Buches dauerte Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie, 5. Juli 1687.

Das Wörterbuch der königlichen spanischen Akademie definiert das Wort Trägheit wie folgt:

"Im Besitz der Körper, ihren Ruhestatus oder ihre Bewegung aufrechtzuerhalten, wenn nicht die Wirkung einer Kraft ist".

Dieser Begriff wird auch verwendet, um zu bestätigen, dass eine Situation unverändert bleibt, da keine Anstrengungen unternommen wurden, um dies zu erreichen.

Die vor Newtonschen Vision

Vor Newton waren die vorherrschenden Ideen die des großen griechischen Philosophen Aristoteles, der behauptete, dass es notwendig ist, dass ein Objekt in Bewegung bleibt, dass eine Kraft darauf handelt. Wenn die Kraft aufhört, wird die Bewegung dies auch tun. Nicht so, aber auch heute denken viele so.

Galileo Galilei, ein brillanter italienischer Astronom und Physiker, der zwischen 1564 und 1642 lebte, erlebte und analysierte die Bewegung der Körper.

Eine von Galileos Beobachtungen bestand darin.

Es ist offensichtlich, dass Galileo die Idee der Trägheit verwaltet hat, aber keine so präzise Aussage wie Newton formulierte.

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Hier sind einige einfache Experimente, die der Leser die Ergebnisse durchführen und bestätigen kann. Beobachtungen werden auch nach aristotelischer Sicht auf die Newtonsche Bewegung und Vision analysiert.

Experimente über Trägheit

Experiment 1

Eine Schachtel wird auf dem Boden befördert und dann wird die treibende Kraft aufgehängt. Wir beobachten, dass die Schachtel eine kleine Reise bewegt, bis sie aufhört.

Interpretieren wir das vorherige Experiment und sein Ergebnis im Rahmen der Theorien vor Newton und dann nach dem ersten Gesetz.

In der aristotelischen Sicht war die Erklärung sehr klar: Die Schachtel hörte auf, weil die Kraft, die sie bewegte, suspendiert wurde.

In der Newtonschen Sicht kann die Schachtel auf dem Boden/Boden nicht mit der Geschwindigkeit bewegen, die sie zu dem Zeitpunkt hatte, als die Kraft aufgehängt wurde, da zwischen dem Boden und der Schachtel eine nicht ausgeglichene Kraft vorliegt, was die Geschwindigkeit abnimmt, bis die Box stoppt. Dies ist die Reibungskraft.

In diesem Experiment sind die Räumlichkeiten des ersten Gesetzes von Newton nicht erfüllt, sodass die Schachtel gestoppt wurde.

Experiment 2 

Wieder ist es die Schachtel auf dem Boden/Boden. Bei dieser Gelegenheit wird die Stärke auf der Schachtel aufrechterhalten, so dass die Reibungskraft kompensiert oder ausgeglichen ist. Dies geschieht, wenn wir die Box dazu bringen, ständig und in eine geraden Richtung fortzufahren.

Dieses Experiment widerspricht nicht der aristotelischen Vision der Bewegung: Die Box bewegt sich ständig, weil eine Kraft darauf ausgeübt wird.

Es widerspricht auch nicht Newtons Ansatz, da alle auf den Kasten wirkenden Kräfte ausgeglichen sind. Mal sehen:

• In horizontaler Richtung ist die auf der Box ausgeübte Kraft gleich und der Richtung gegen die Reibungskraft zwischen der Box und dem Boden entgegengesetzt.
• Dann ist die Nettokraft in horizontaler Richtung Null, deshalb behält die Box seine Geschwindigkeit und Richtung bei.

Auch in vertikaler Richtung sind die Kräfte ausgeglichen, da das Gewicht der Kiste, die eine Kraft ist, die vertikal nach unten zeigt.

Übrigens ist das Gewicht der Box auf die Gravitationsanziehung der Erde zurückzuführen.

Experiment 3

Wir fahren mit der Schachtel fort, die auf dem Boden getragen wird. In vertikaler Richtung sind die Kräfte ausgeglichen, das heißt, dass die vertikale Nettokraft Null ist. Es wäre sicherlich sehr überraschend, wenn sich die Schachtel nach oben bewegt.  Aber in horizontaler Richtung gibt es Reibungskraft.

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Damit die Prämisse von Newtons erstem Gesetz erfüllt werden soll, müssen wir die Reibung auf den Mindestausdruck verringern. Dies kann ziemlich ungefähr erreicht werden, wenn wir nach einer sehr glatten Oberfläche suchen, auf die wir Silikonöl besprühten.

Wenn Silikonöl die Reibung fast auf Null reduziert.

Es ist das gleiche Phänomen, das mit einem Skater auf einer Eisspur oder mit der Eishockeyscheibe auftritt, wenn sie angetrieben werden, und lassen.

In den beschriebenen Situationen, in denen das Rubb.

In der aristotelischen Vision konnte dies nicht passieren, da nach dieser naiven Theorie die Bewegung nur dann auftritt.

Die Eisoberfläche kann mit sehr wenig Reibung berücksichtigt werden. Quelle: Pixabay.

Erklärung des ersten Gesetzes von Newton

Trägheit und Masse

Die Masse ist eine physische Menge, die die Menge an Materie angibt, die einen Körper oder Objekt enthält.

Die Masse ist dann eine intrinsische Eigenschaft der Materie. Aber Materie besteht aus Atomen, die eine Masse haben. Die Masse des Atoms ist im Kern konzentriert. Es sind die Protonen und Neutronen des Kerns, die die Masse des Atoms und der Materie praktisch definieren.

Die Masse wird im Allgemeinen in Kilogramm (kg) gemessen, sie ist die Grundeinheit des internationalen Einheiten -Systems (SI).

Der Prototyp oder die Referenz von KG ist ein Platin- und Iridium -Zylinder, der im Internationalen Büro von Gewichten und Maßnahmen in Sèvres in Frankreich gespeichert ist, obwohl er 2018 mit der Planck -Konstante in Verbindung gebracht wurde und die neue Definition ab dem 20. Mai 2019 in Kraft tritt.

Nun, es kommt vor, dass Trägheit und Teig verwandt sind. Eine größere Masse, größere Trägheit hat ein Objekt. Es ist viel schwieriger oder teuerer in Bezug auf die Energie, den Bewegungszustand einer massiveren als ein anderer weniger massive zu verändern.

Beispiel

Zum Beispiel sind viel mehr Kraft und viel mehr Arbeit erforderlich, um eine Schachtel mit einer Tonne (1000 kg) aus der Ruhe zu nehmen als eine andere Kilogramm (1 kg). Deshalb wird normalerweise gesagt, dass der erste mehr Trägheit hat als der zweite.

Aufgrund der Beziehung zwischen Trägheit und Masse erkannte Newton, dass Geschwindigkeit nicht repräsentativ für den Zustand der Bewegung ist. Deshalb definierte er eine Menge bekannt als Bewegung entweder Schwung Das ist mit den Texten gekennzeichnet P Und es ist das Produkt der Masse M Für Geschwindigkeit v:

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 P = M v

Der Fettdruck in der P und in der v Sie weisen darauf hin, dass dies physikalische Größen vektorische Mengen sind, dh sie sind Größen mit Größe, Richtung und Bedeutung.

Stattdessen die Masse M Es ist eine Skalarmenge, der eine Zahl zugeordnet ist, die möglicherweise größer oder gleich Null ist, aber niemals negativ. Bis in der Gegenwart wurde in dem bekannten Universum ein Objekt negativer Masse nicht gefunden.

Newton brachte seine Fantasie und Abstraktion auf das Äußerste und definierte den Anruf Freies Teilchen. Ein Teilchen ist ein Materialpunkt. Das heißt, es ist wie ein mathematischer Punkt, aber mit Messe:

Ein freies Teilchen ist das Teilchen, das so isoliert ist, so weit von einem anderen Objekt im Universum, dass nichts etwas Wechselwirkung oder Festigkeit darüber ausüben kann.

Später definierte Newton die Trägheitsreferenzsysteme, in denen ihre drei Gesetze angewendet werden. Hier sind die Definitionen nach diesen Konzepten:

Trägheitsreferenzsystem

Jedes Koordinatensystem, das mit einem freien Teilchen verbunden ist oder das mit konstanter Geschwindigkeit in Bezug auf das freie Teilchen übertragen wird, ist ein Trägheitsreferenzsystem.

Newtons erstes Gesetz (Trägheitsgesetz)

Wenn ein Teilchen frei ist, hat es eine konstante Menge an Bewegung in Bezug auf ein Trägheitsreferenzsystem.

Newtons erstes Gesetz und die Menge an Bewegung. Quelle: Selbst gemacht.

Gelöste Übungen

Übung 1

Ein Hockeyalbum ist 160 Gramm auf der Eisbahn bei 3 km/h. Finden Sie Ihre Bewegung.

Lösung

Die Masse des Albums in Kilogramm ist: M = 0.160 kg.

Die Geschwindigkeit in Messgeräten über dem Sekunde: V = (3/3.6) m/s = 0.8333 m/s

Die Menge an Bewegung oder Impuls P wird wie folgt berechnet: p = m*v = 0.1333 kg* m/s,

Übung 2

Die Reibung auf dem vorherigen Album gilt als nichtig, so. Es ist jedoch bekannt, dass zwei Kräfte auf das Album wirken: das Gewicht der CD und die Kontaktkraft oder normal, dass der Boden darauf ausübt.

Berechnen Sie den Wert der Normalkraft in Newtons und seiner Richtung.

Lösung

Da die Impuls erhalten bleibt, muss die resultierende Kraft auf das Hockeyalbum Null sein. Die Gewichtspunkte vertikal nach unten und OK: p = m *g = 0.16 kg * 9.81 m/s²

Die Normalkraft muss notwendigerweise dem Gewicht entgegenwirken, daher muss sie sich vertikal anmelden und ihre Größe ist 1.57 n.

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Newtons Gesetze Beispiele im wirklichen Leben.

Verweise

1. Alonso m., Finn e. Physik Band I: Mechanik. 1970. Inter -American Educational Fund s s.ZU.
2. Hewitt, p. Konzeptionelle Physik. FÜNFTE AUSGABE. Pearson. 67-74.
3. Junge, Hugh. Universitätsphysik mit moderner Physik. 14. ed. Pearson. 105 - 107.