Newton törvényeinek Isaac Newton angol fizikus négy, tömeggel rendelkező mozgó testek viselkedését leíró törvényét nevezzük. Ezek a törvények alkotják a klasszikus mechanika alapját.
Newton I. – a tehetetlenség törvénye
Minden test nyugalomban marad, vagy egyenletes mozgást végez addig, míg ezt az állapotot egy másik test vagy mező meg nem változtatja.
Azt a vonatkoztatási rendszert, amelyhez viszonyítva egy test mozgására érvényes ez a törvény, inerciarendszernek nevezzük. Az inerciarendszer maga is nyugalomban van, vagy egyenes vonalú egyenletes mozgást végez, és bármely hozzá viszonyított tökéletesen magára hagyott test mozgására érvényes a tehetetlenség törvénye.
A tapasztalat szerint egy test gyorsulása arányos a rá ható erők összegével, és a gyorsulás iránya megegyezik ennek az erőnek az irányával.
a ~ F
Az erő és a gyorsulás hányadosa az adott testre jellemző mennyiség, amely kifejezi a tehetetlenségét; ez a hányados a test tehetetlen tömege ([m]=kg).
ma=F
Annak a testnek nagyobb a tehetetlensége, amelyiknek nehezebb megváltoztatni a sebességét.
Newton III. – a hatás-ellenhatás törvénye
Két test kölcsönhatása során mindkét testre azonos nagyságú, egymással ellentétes irányú erő hat.
A törvény következménye, hogy egy adott test ugyanakkora erővel hat a másikra, mint az az elsőre. A második törvény értelmében párkölcsönhatásban a testek gyorsulása fordítottan arányos a testek tömegével.
ma = -ma
ma+ma=0
mdv/dt+mdv/dt=0
d(mv+mv)/dt=0
Ebből következik, hogy mv +mv = állandó
A tömeg és sebességvektor szorzatát lendületnek nevezzük. Általában I-vel vagy p-vel szokás jelölni. [p]=kgm/s
p= mv
Newton második törvénye a lendület felhasználásával:
F=dp/dt
A súrlódás két érintkező felület között fellépő erő, vagy az az erő, mellyel egy közeg fékezi a benne mozgó tárgyat (például egy láda eltolásához szükséges erő.) Szükséges megjegyezni, hogy a súrlódás mindig az elmozdulás ellen dolgozik.
- hasznos: ha nem ébredne súrlódás, nem lehetne tárgyakat letenni sima felületekre, hacsak nem ideálisan vízszintesek, anélkül, hogy el ne mozdulnának. Az átfagyott kezünket megmelegíthetjük, ha összedörzsöljük őket. Az autó kanyarodásakor a súrlódási erő tartja a járművet a kanyarban.
- káros: a száraz és a folyadéksúrlódás az egyik oka annak, hogy gépeink rossz hatásfokkal dolgoznak. Ha nem lenne súrlódás, olyan örökmozgót lehetne készíteni, amely ugyan energiát nem termelne, de örökké mozogna.
A súrlódási erő irány mindig ellentétes a mozgás irányával.
A súrlódási erő függ:
- az érintkező felületek anyagi minőségétől, ezt a súrlódási tényezővel (µ) szoktuk jelölni
- a felületre merőleges nyomóerőtől [F]=N
De nem függ:
- az érintkező felületek nagyságától
- a test sebességétől
Fs=µmg
A súrlódás fajtái:
- tapadási súrlódás: egymáshoz képest nem mozgó felületek között lép fel. Például, ha a szekrény áll.
- csúszási súrlódás: egymáshoz képest mozgó felületek között lép fel. Például, ha szekrényt toljuk.
- gördülési ellenállás: Egymáson elgördülő felületek között lép fel. Például a kerekeken gördülő szekrény.
A háromféle súrlódás közül a tapadási súrlódás a legnagyobb, a gördülési ellenállás a legkisebb.
Közegellenállás lép fel például a levegőben vagy a vízben. A közegellenállás lehet hasznos vagy káros.
- hasznos: A Föld légkörébe érkező meteorok elégnek a légtérbe, az ejtőernyősöket a közegellenállás fékezi le, ha kinyitják az ernyőjüket, a vitorlás hajók vitorlájába a szél belekap, szélmalom.
- káros: a közegellenállás miatt a bicikliversenyzők ruhája sima, sisakjuk alakja olyan, hogy kisebb legyen a légellenállás, illetve a repülőgépek szárnyprofilja csepp alakú.
A közegellenállási erő iránya mindig ellentétes a közeg és a test viszonylagos sebességének irányával.
A közegellenállási erő függ:
- a közeg anyagi minőségétől (vízben nehezebb futni, mint levegőben)
- a közeg és a test viszonylagos sebességétől (motorozás, szélcsatorna)
- a test alakjától (c)
- az áramlási irányra merőleges keresztmetszettől⇒homlokfelület (sas)
- a test felületének simaságától (új úszóruha)
- a test méretétől (Trabant, kamion)
F=0.5*c*A*ρ v^2
A rugós erőmérő készítésekor kihasználjuk azt a tényt, hogy kis erőhatásokra a rugó megnyúlása és a feszítő erő között egyenes arányosság lép fel. Ez azt jelenti, hogyha az erőmérőre kettő vagy három ugyanolyan nehezéket rakunk, akkor a rugó megnyúlása is kétszer vagy háromszor nagyobb lesz, mint egy nehezék esetén. Ez az oka annak, hogy az erőmérők skálabeosztása egyenletes (lineáris).
Azt a fizikai mennyiséget, amely megmutatja, hogy mekkora erő szükséges egy rugó egységnyi megnyújtásához, rugóállandónak (D) nevezzük. [D]=N/m
A rugó megnyújtásakor fellépő rugóerő a rugóállandó és a hosszváltozás szorzatával egyenlő nagyságú és ellentétes irányú:
F= -Ddl
A nyugvó folyadék és gáz a benne lévő testre felfelé irányuló erővel hat. Ezt az erőt felhajtóerőnek nevezzük. A felhajtóerő felfelé mutató irányú és hatásvonala a folyadékba merülő test függőleges súlyvonalába esik.
A felhajtóerő függ
- a test térfogatától (V);
- a folyadék sűrűségétől(ρ).
A felhajtóerő nagysága nem függ a test anyagától. Megállapítható, hogy a felhajtóerő nem csak a folyadékba, hanem a gázba merülő testre is hat.
Minden folyadékba vagy gázba merülő testre felhajtóerő hat. A felhajtóerő egyenlő nagyságú a test által kiszorított folyadék vagy gáz súlyával. Ez Arkhimédész törvénye.
Ff=gρV
Mérlegekkel általában nem tömeget, hanem súlyt szoktunk mérni. A testek súlyát a tömegvonzás, a gravitáció okozza. Ugyanannak a testnek (pl. egy liter víznek) a súlya más-más nagyságú lehet a Világegyetem különböző helyein.
- kétkarú mérleg segítségével (forgatónyomaték);
- folyadékba helyezzük az adott testet (felhajtóerő);
- rugós erőmérő segítségével (rugalmas erő);
- részecskefizikában tömegmérést legegyszerűbben például a bomlástermékek energia- és impulzusmérésével hajthatunk végre.
Sir Isaac Newton (1642. december 25. –1727.) angol fizikus, matematikus, csillagász, filozófus és alkimista; a modern történelem egyik kiemelkedő tudósa.
Korszakalkotó műve a Principia, melyben leírja az egyetemes tömegvonzás törvényét, valamint az általa lefektetett axiómák révén megalapozta a klasszikus mechanika tudományát. Ő volt az első, aki megmutatta, hogy az égitestek és a Földön lévő tárgyak mozgását ugyanazon természeti törvények határozzák meg. Matematikai magyarázattal alátámasztotta Kepler bolygómozgási törvényeit, kiegészítve azzal, hogy a különböző égitestek nem csak elliptikus, de akár hiperbola- vagy parabolapályán is mozoghatnak.
Mindemellett optikai kutatásokat is végzett. Ő fedezte fel azt is, hogy a prizmán megfigyelhető színek valójában az áthaladó fehér fény alkotóelemei.
Newton, csakúgy, mint Leibniz, az analízis (differenciálszámítás és integrálszámítás), vagy más néven az infinitezimális kalkulus egyik megalkotója. Nevéhez fűződik a binomiális tétel bizonyítása és tetszőleges komplex kitevőre történő általánosítása.
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése