Fyzika jako věda, která studuje zákonitosti našeho vesmíru, používá standardní metodologii výzkumu a určitý systém jednotek měření. Jednotka síly se běžně označuje jako N (newton). Co je to síla, jak ji najít a změřit? Pojďme tento problém prozkoumat podrobněji.
Zajímavost z historie
Isaac Newton je vynikající anglický vědec 17. století, který neocenitelně přispěl k rozvoji exaktních matematických věd. Je to on, kdo je praotcem klasické fyziky. Podařilo se mu popsat zákony, kterými se řídí jak obrovská nebeská tělesa, tak malá zrnka písku unášená větrem. Jedním z jeho hlavních objevů je zákon univerzální gravitace a tři základní zákony mechaniky, které popisují interakci těles v přírodě. Později byli další vědci schopni odvodit zákony tření, klidu a klouzání pouze díky vědeckým objevům Isaaca Newtona.
Trocha teorie
Fyzikální veličina byla pojmenována po vědci. Newton je jednotka síly. Samotnou definici síly lze popsat takto: „síla je kvantitativní míra interakce mezi tělesy nebo veličina,který charakterizuje stupeň intenzity nebo napětí těles."
Síla se z nějakého důvodu měří v Newtonech. Právě tento vědec vytvořil tři neotřesitelné „mocenské“zákony, které jsou aktuální dodnes. Pojďme si je prostudovat na příkladech.
První zákon
Pro úplné pochopení otázek: "Co je to newton?", "Měrná jednotka čeho?" a "Jaký je jeho fyzikální význam?", stojí za to pečlivě prostudovat tři základní zákony mechaniky.
První říká, že pokud tělo není ovlivněno jinými těly, bude v klidu. A pokud bylo těleso v pohybu, pak při absenci jakékoli akce na něj bude pokračovat ve svém rovnoměrném pohybu po přímce.
Představte si, že určitá kniha o určité hmotnosti leží na rovném povrchu stolu. Označením všech sil, které na něj působí, dostaneme, že se jedná o gravitační sílu, která směřuje svisle dolů, a reakční sílu podpěry (v tomto případě stolu), směřující svisle nahoru. Protože obě síly vzájemně vyrovnávají své působení, velikost výsledné síly je nulová. Podle prvního Newtonova zákona je toto důvod, proč je kniha v klidu.
Druhý zákon
Popisuje vztah mezi silou působící na těleso a zrychlením, které obdrží v důsledku působící síly. Isaac Newton při formulaci tohoto zákona jako první použil konstantní hodnotu hmotnosti jako míru projevu setrvačnosti a setrvačnosti tělesa. Říká se jim setrvačnostschopnost nebo vlastnost těles udržet si svou původní polohu, to znamená odolávat vnějším vlivům.
Druhý zákon je často popsán následujícím vzorcem: F=am; kde F je výslednice všech sil působících na těleso, a je zrychlení přijaté tělesem a m je hmotnost tělesa. Síla je nakonec vyjádřena v kgm/s2 . Tento výraz se obvykle označuje v newtonech.
Co je to newton ve fyzice, jaká je definice zrychlení a jak souvisí se silou? Na tyto otázky odpovídá vzorec druhého zákona mechaniky. Je třeba si uvědomit, že tento zákon funguje pouze pro tělesa, která se pohybují rychlostí mnohem nižší, než je rychlost světla. Při rychlostech blízkých rychlosti světla fungují trochu jiné zákony, upravené speciální sekcí fyziky o teorii relativity.
Třetí Newtonův zákon
Toto je možná nejsrozumitelnější a nejjednodušší zákon, který popisuje interakci dvou těles. Říká, že všechny síly vznikají ve dvojicích, to znamená, že pokud jedno těleso působí na druhé určitou silou, pak druhé těleso zase také působí na první stejnou silou.
Samotné znění zákona vědci je následující: „…vzájemné interakce dvou těles jsou si navzájem rovné, ale směřují opačnými směry.“
Pojďme zjistit, co je to newton. Ve fyzice je tedy zvykem uvažovat vše o konkrétních jevechZde je několik příkladů popisujících zákony mechaniky.
- Vodní ptáci jako kachny, ryby nebo žáby se pohybují ve vodě nebo skrz ni přesně díky interakci s ní. Třetí Newtonův zákon říká, že když jedno těleso působí na druhé, vždy vzniká protiakce, která je svou silou ekvivalentní té první, ale směřuje opačným směrem. Na základě toho můžeme usoudit, že k pohybu kachen dochází díky tomu, že tlapami tlačí vodu zpět a sami plavou vpřed díky reakci vody.
- Veverčí kolo je ukázkovým příkladem dokazování třetího Newtonova zákona. Každý asi ví, co je to veverčí kolo. Jedná se o poměrně jednoduchý design, připomínající jak kolo, tak buben. Instaluje se do klecí, aby se tam mohli prohánět domácí mazlíčci, jako jsou veverky nebo dekorativní krysy. Interakce dvou těles, kola a zvířete, způsobuje, že se obě tato tělesa pohybují. Navíc, když veverka běží rychle, kolo se točí vysokou rychlostí a když zpomaluje, kolo se začne točit pomaleji. To opět dokazuje, že akce a protiakce jsou vždy stejné, i když jsou nasměrovány opačným směrem.
- Vše, co se hýbe na naší planetě, se pohybuje pouze díky „akci odezvy“Země. Může se to zdát zvláštní, ale ve skutečnosti se při chůzi snažíme pouze tlačit na zem nebo jakýkoli jiný povrch. A my jdeme vpřed, protože Země nás v reakci tlačí.
Co je newton: jednotka měření nebofyzické množství?
Samotnou definici „newtonu“lze popsat následovně: „je to jednotka síly“. Ale jaký je jeho fyzický význam? Na základě druhého Newtonova zákona se tedy jedná o derivační veličinu, která je definována jako síla schopná změnit rychlost tělesa o hmotnosti 1 kg o 1 m/s za pouhou 1 sekundu. Ukazuje se, že newton je vektorová veličina, to znamená, že má svůj vlastní směr. Když na předmět působíme silou, například tlačíme na dveře, současně nastavujeme směr pohybu, který bude podle druhého zákona stejný jako směr působení síly.
Pokud budete postupovat podle vzorce, ukáže se, že 1 Newton=1 kgm/s 2 . Při řešení různých úloh v mechanice je velmi často nutné převádět newtony na jiné veličiny. Pro usnadnění se při hledání určitých hodnot doporučuje zapamatovat si základní identity, které spojují newtony s jinými jednotkami:
- 1 H=105 dyne (dyna je měrná jednotka v systému ČGS);
- 1 N=0,1 kgf (kilogram-síla je jednotka síly v systému ICSS);
- 1 H=10 -3 sten jakékoli tělo o hmotnosti 1 tuny).
Zákon univerzální gravitace
Jedním z nejdůležitějších objevů vědce, který změnil myšlenku naší planety, je Newtonův gravitační zákon (co je gravitace, čtěte níže). Samozřejmě před ním byly pokusy rozluštit záhadu přitažlivostiZemě. Například Johannes Kepler byl první, kdo navrhl, že nejen Země má přitažlivou sílu, ale i samotná tělesa jsou schopna Zemi přitahovat.
Jedině Newtonovi se však podařilo matematicky dokázat vztah mezi gravitací a zákonem pohybu planet. Po mnoha experimentech si vědec uvědomil, že ve skutečnosti nejen Země přitahuje předměty k sobě, ale všechna těla se přitahují navzájem. Odvodil zákon gravitace, který říká, že jakákoli tělesa, včetně nebeských, jsou přitahována silou rovnou součinu G (gravitační konstanta) a hmotností obou těles m1 m 2 děleno R2 (čtverec vzdálenosti mezi těly).
Všechny zákony a vzorce odvozené od Newtona umožnily vytvořit integrální matematický model, který se dodnes používá při výzkumu nejen na povrchu Země, ale i daleko za hranicemi naší planety.
Převod jednotek
Při řešení problémů byste měli pamatovat na standardní předpony SI, které se také používají pro „newtonské“jednotky měření. Například v problémech s vesmírnými objekty, kde jsou hmotnosti těles velké, je velmi často nutné zjednodušit velké hodnoty na menší. Pokud se ukáže, že řešení je 5000 N, pak bude vhodnější napsat odpověď ve tvaru 5 kN (kiloNewton). Takové jednotky jsou dvou typů: násobky a dílčí násobky. Zde jsou nejpoužívanější: 102 N=1 hektoNewton (hN); 103 H=1kiloNewton (kN); 106 N=1 megaNewton (MN) a 10-2 N=1 centiNewton (cN); 10-3 N=1 miliNewton (mN); 10-9 N=1 nanoNewton (nN).
