תוֹכֶן
- TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
- החוק הראשון של ניוטון: כוחות ותנועה לא מאוזנים
- החוק השני של ניוטון: מהו כוח?
אייזק ניוטון נתן את התיאור הטוב ביותר של הקשרים בין כוח לתנועה בשלושת החוקים המפורסמים שלו, ולמידה עליהם היא חלק מכריע בלימוד הפיזיקה. הם מספרים לך מה קורה כאשר כוח מוחל על מסה, וגם מגדירים את מושג הכוח. אם אתה רוצה להבין את הקשר בין כוח לתנועה, שני החוקים הראשונים של ניוטון הם החשובים ביותר שיש לקחת בחשבון, וקל להם להתמודד איתם. הם מסבירים כי כל שינוי ממעבר לאי נע או להפך דורש כוח לא מאוזן, וכי כמות התנועה פרופורציונאלית לגודל הכוח ויחס הפוך למסת האובייקט.
TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
אם אין כוח, או אם הכוחות היחידים מאוזנים בצורה מושלמת, אובייקט ישאר בשקט או ימשיך לנוע באותה המהירות. רק כוחות לא מאוזנים גורמים לשינויים במהירות של אובייקט, כולל שינוי המהירות שלו מאפס (כלומר נייח) ליותר מאפס (נע).
החוק הראשון של ניוטון: כוחות ותנועה לא מאוזנים
החוק הראשון של ניוטון אומר שאובייקט יישאר במנוחה (לא בתנועה) או בתנועה באותה המהירות ובאותה כיוון בדיוק, אלא אם כן יפעל על ידי כוח "לא מאוזן". במונחים פשוטים יותר הוא אומר שמשהו זז רק אם משהו אחר דוחף אותו, ושהדברים רק עוצרים, משנים כיוון או מתחילים לנוע מהר יותר אם משהו דוחף אותו.
הבנת המשמעות של "כוח לא מאוזן" מבהירה חוק זה. אם שני כוחות פועלים על עצם, האחד דוחף אותו שמאלה והשני דוחף אותו ימינה, הוא ינוע רק אם אחד הכוחות גדול יותר מהשני. אם יש להם כוח זהה בדיוק, האובייקט פשוט יישאר במקומו.
אחת הדרכים לדמיין זאת היא לחשוב על מערכת קשקשים, עם משקולות משני צדיה. המשקולות מושכות על ידי כוח הכובד, והדבר היחיד שמשפיע על כמה כוח הכבידה מושך אותם הוא כמה מסה יש. אם יש לך אותה כמות של מסה משני הצדדים, הסולם נשאר דומם. הסקאלה נעה רק אם אתה פשוט עושה את זה לא מאוזן מבחינת המסה. ההבדל בהמוני פירושו שהכוחות הפועלים משני צידי הסולם אינם מאוזנים, וכך הסולם נע.
לדמיין תנועה קבועה באותה מהירות קשה יותר מכיוון שאתה לא נתקל בזה בחיי היום יום. חשבו מה היה קורה אם הייתה לכם מכונית צעצוע שיושבת על משטח חלק לחלוטין (ללא חיכוך) ולא היה אוויר בחדר. המכונית תישאר בשקט אלא אם תידחף, כמתואר לעיל. אבל מה קורה אחרי הדחיפה? אין חיכוך עם פני השטח כדי להאט אותו ואין אוויר להאט אותו. המשטח מאזן את כוח הכובד (על ידי משהו שנקרא "התגובה הנורמלית", הקשורה לחוק השלישי של ניוטון), ואין כוחות הפועלים עליו מצד שמאל או ימין. במצב זה המכונית הייתה ממשיכה לנסוע באותה מהירות לאורך השטח. אם המשטח היה ארוך עד אינסוף, המכונית הייתה ממשיכה לנוע במהירות זו לנצח.
החוק השני של ניוטון: מהו כוח?
החוק השני של ניוטון מגדיר את מושג הכוח. הוא קובע כי הכוח המופעל על חפץ שווה למסה שלו כפול בתאוצה שהכוח גורם. בסמלים זהו:
F = ma
יחידת הכוח היא הניוטון - להכיר באדם שהגדיר אותו - וזו דרך קצרה לומר קילוגרם מטר לשנייה בריבוע (ק"ג מ"ש)2). אם יש לך מסה של 1 ק"ג, ואתה רוצה להאיץ אותה ב- 1 מ"ש בכל שנייה, עליך להפעיל כוח של 1 N.
כתיבת החוק של ניוטון באופן הבא עוזרת להבהיר את הקשר בין כוח לתנועה:
a = F ÷ m
האצה, משמאל, מספרת לנו עד כמה משהו זז. הצד הימני מראה שכוח גדול יותר מביא לתנועה רבה יותר, אם מסת האובייקט זהה. אם מופעל כוח ספציפי, משוואה זו מראה גם שכמות התאוצה תלויה במסה שאתה מנסה להזיז. עצם גדול וכבד יותר נע פחות מחפץ קטן וקל יותר הנתון לדחיפה בגודל זהה. אם תבעט בכדור כדורגל, הוא ינוע הרבה יותר מאשר אם תבעט בכדור באולינג באותו כוח.