Fizika kā zinātne, kas pēta mūsu Visuma likumus, izmanto standarta pētījumu metodoloģiju un noteiktu mērvienību sistēmu. Spēka vienību parasti sauc par N (ņūtonu). Kas ir spēks, kā to atrast un izmērīt? Izpētīsim šo problēmu sīkāk.
Interesanti no vēstures
Īzaks Ņūtons ir izcils 17. gadsimta angļu zinātnieks, kurš ir devis nenovērtējamu ieguldījumu eksakto matemātikas zinātņu attīstībā. Tieši viņš ir klasiskās fizikas priekštecis. Viņam izdevās aprakstīt likumus, kas pārvalda gan milzīgus debess ķermeņus, gan nelielus smilšu graudiņus, ko aiznesis vējš. Viens no viņa galvenajiem atklājumiem ir universālās gravitācijas likums un trīs mehānikas pamatlikumi, kas apraksta ķermeņu mijiedarbību dabā. Vēlāk citi zinātnieki varēja atvasināt berzes, atpūtas un slīdēšanas likumus, tikai pateicoties Īzaka Ņūtona zinātniskajiem atklājumiem.
Mazliet teorijas
Fizikāls lielums tika nosaukts zinātnieka vārdā. Ņūtons ir spēka vienība. Spēka definīciju var raksturot šādi: "spēks ir kvantitatīvs ķermeņu mijiedarbības mērs vai daudzums,kas raksturo ķermeņu intensitātes vai spriedzes pakāpi."
Spēku mēra ņūtonos kāda iemesla dēļ. Tieši šis zinātnieks radīja trīs nesatricināmus "varas" likumus, kas ir aktuāli līdz mūsdienām. Izpētīsim tos ar piemēriem.
Pirmais likums
Lai pilnībā izprastu jautājumus: "Kas ir ņūtons?", "Ko mērvienība?" un "Kāda ir tā fiziskā nozīme?", ir vērts rūpīgi izpētīt trīs mehānikas pamatlikumus.
Pirmais saka, ka, ja ķermeni neietekmē citi ķermeņi, tad tas būs miera stāvoklī. Un, ja ķermenis bija kustībā, tad, ja uz to netiks veiktas nekādas darbības, tas turpinās vienmērīgu kustību taisnā līnijā.
Iedomājieties, ka noteikta grāmata ar noteiktu masu atrodas uz līdzenas galda virsmas. Apzīmējot visus spēkus, kas uz to iedarbojas, iegūstam, ka tas ir gravitācijas spēks, kas vērsts vertikāli uz leju, un balsta (šajā gadījumā galda) reakcijas spēks, kas vērsts vertikāli uz augšu. Tā kā abi spēki līdzsvaro viens otra darbības, rezultējošā spēka lielums ir nulle. Saskaņā ar pirmo Ņūtona likumu, tas ir iemesls, kāpēc grāmata ir miera stāvoklī.
Otrais likums
Tas apraksta saistību starp spēku, kas iedarbojas uz ķermeni, un paātrinājumu, ko tas saņem pieliktā spēka dēļ. Īzaks Ņūtons, formulējot šo likumu, bija pirmais, kurš izmantoja konstanto masas vērtību kā ķermeņa inerces un inerces izpausmes mēru. Viņi sauc inerciķermeņu spēja vai īpašība saglabāt savu sākotnējo stāvokli, tas ir, pretoties ārējām ietekmēm.
Otro likumu bieži apraksta ar šādu formulu: F=am; kur F ir visu ķermenim pielikto spēku rezultants, a ir ķermeņa saņemtais paātrinājums, un m ir ķermeņa masa. Spēku galu galā izsaka kgm/s2 . Šo izteiksmi parasti apzīmē ņūtonos.
Kas ir ņūtons fizikā, kāda ir paātrinājuma definīcija un kā tas ir saistīts ar spēku? Uz šiem jautājumiem atbild otrā mehānikas likuma formula. Jāsaprot, ka šis likums darbojas tikai tiem ķermeņiem, kuri pārvietojas ar ātrumu, kas ir daudz mazāks par gaismas ātrumu. Pie ātruma, kas ir tuvu gaismas ātrumam, darbojas nedaudz atšķirīgi likumi, kurus adaptējusi īpaša fizikas sadaļa par relativitātes teoriju.
Ņūtona trešais likums
Šis, iespējams, ir saprotamākais un vienkāršākais likums, kas apraksta divu ķermeņu mijiedarbību. Viņš saka, ka visi spēki rodas pa pāriem, tas ir, ja viens ķermenis iedarbojas uz otru ar noteiktu spēku, tad otrs, savukārt, arī iedarbojas uz pirmo ar vienādu spēku.
Pats zinātnieku likuma formulējums ir šāds: "… divu ķermeņu savstarpējā mijiedarbība ir vienāda viena ar otru, bet vērsta pretējos virzienos."
Noskaidrosim, kas ir ņūtons. Tāpēc fizikā ir pieņemts visu apsvērt par konkrētām parādībāmŠeit ir daži piemēri, kas apraksta mehānikas likumus.
- Ūdensputni, piemēram, pīles, zivis vai vardes, pārvietojas ūdenī vai pa to, tieši mijiedarbojoties ar to. Trešais Ņūtona likums saka, ka, vienam ķermenim iedarbojoties uz otru, vienmēr rodas pretdarbība, kas pēc spēka ir līdzvērtīga pirmajam, bet vērsta pretējā virzienā. Pamatojoties uz to, mēs varam secināt, ka pīļu kustība notiek tāpēc, ka tās ar ķepām atgrūž ūdeni atpakaļ, bet pašas peld uz priekšu, pateicoties ūdens reakcijai.
- Vāveres ritenis ir lielisks piemērs Ņūtona trešā likuma pierādīšanai. Ikviens droši vien zina, kas ir vāveres ritenis. Šis ir diezgan vienkāršs dizains, kas atgādina gan riteni, gan bungu. Tas ir uzstādīts būros, lai mājdzīvnieki, piemēram, vāveres vai dekoratīvās žurkas, varētu skraidīt apkārt. Divu ķermeņu, riteņa un dzīvnieka, mijiedarbība izraisa abu šo ķermeņu kustību. Turklāt, kad vāvere skrien ātri, ritenis griežas lielā ātrumā, un, palēninot ātrumu, ritenis sāk griezties lēnāk. Tas vēlreiz pierāda, ka darbība un pretdarbība vienmēr ir līdzvērtīgas viena otrai, lai gan tās ir vērstas pretējos virzienos.
- Viss, kas kustas uz mūsu planētas, pārvietojas tikai pateicoties Zemes "atbildes darbībai". Var šķist dīvaini, bet patiesībā, ejot, mēs tikai pieliekam pūles, lai nospiestu zemi vai jebkuru citu virsmu. Un mēs virzāmies uz priekšu, jo zeme mūs dzen kā atbildi.
Kas ir ņūtons: mērvienība vaifiziskais daudzums?
Pati "ņūtona" definīcija var tikt raksturota šādi: "tā ir spēka vienība". Bet kāda ir tā fiziskā nozīme? Tātad, pamatojoties uz Ņūtona otro likumu, tas ir atvasināts lielums, kas tiek definēts kā spēks, kas spēj mainīt ķermeņa ar masu 1 kg ātrumu par 1 m / s tikai 1 sekundē. Izrādās, ka ņūtons ir vektora lielums, tas ir, tam ir savs virziens. Kad mēs pieliekam spēku objektam, piemēram, spiežot durvis, mēs vienlaikus uzstādām kustības virzienu, kas saskaņā ar otro likumu būs tāds pats kā spēka virziens.
Ja ievēro formulu, sanāk, ka 1 ņūtons=1 kgm/s 2 . Risinot dažādas problēmas mehānikā, ļoti bieži ir nepieciešams ņūtonus pārvērst citos lielumos. Ērtības labad, atrodot noteiktas vērtības, ieteicams atcerēties pamata identitātes, kas savieno ņūtonus ar citām mērvienībām:
- 1 H=105 dyne (dina ir mērvienība CGS sistēmā);
- 1 N=0,1 kgf (kilograms-spēks ir spēka vienība ICSS sistēmā);
- 1 H=10 -3 sten jebkurš korpuss, kas sver 1 tonnu).
Universālās gravitācijas likums
Viens no svarīgākajiem zinātnieka atklājumiem, kas pārvērta ideju par mūsu planētu, ir Ņūtona gravitācijas likums (kas ir gravitācija, lasiet tālāk). Protams, pirms viņa bija mēģinājumi atšķetināt pievilcības noslēpumuZeme. Piemēram, Johanness Keplers pirmais ierosināja, ka ne tikai Zemei ir pievilcīgs spēks, bet arī paši ķermeņi spēj piesaistīt Zemi.
Tomēr tikai Ņūtonam izdevās matemātiski pierādīt gravitācijas saistību ar planētu kustības likumu. Pēc daudziem eksperimentiem zinātnieks saprata, ka patiesībā ne tikai Zeme pievelk objektus sev, bet visi ķermeņi pievelkas viens pie otra. Viņš atvasināja gravitācijas likumu, kas nosaka, ka jebkuri ķermeņi, tostarp debess ķermeņi, tiek piesaistīti ar spēku, kas vienāds ar G (gravitācijas konstante) un abu ķermeņu masu reizinājumu m1 m 2 dalīts ar R2 (attāluma kvadrāts starp ķermeņiem).
Visi Ņūtona atvasinātie likumi un formulas ļāva izveidot integrālu matemātisko modeli, kas joprojām tiek izmantots pētījumos ne tikai uz Zemes virsmas, bet arī tālu aiz mūsu planētas.
Vienību pārvēršana
Risinot uzdevumus, jāatceras par standarta SI prefiksiem, kas tiek lietoti arī "Ņūtona" mērvienībām. Piemēram, problēmās par kosmosa objektiem, kur ķermeņu masas ir lielas, ļoti bieži ir nepieciešams vienkāršot lielas vērtības uz mazākām. Ja risinājums izrādīsies 5000 N, tad ērtāk būs rakstīt atbildi 5 kN (kiloņūtonu) formā. Šādas vienības ir divu veidu: reizinātas un apakšreizes. Šeit ir visbiežāk lietotie: 102 N=1 hektoņūtons (hN); 103 H=1kiloņūtons (kN); 106 N=1 megaņūtons (MN) un 10-2 N=1 centiņūtons (cN); 10-3 N=1 miliņūtons (mN); 10-9 N=1 nanoņūtons (nN).
