Apakah undang-undang Newton?

Undang-undang gerakan Newton yang terkenal adalah tiga angka. Undang-undang ini meletakkan asas mekanik Newton, atau dikenali sebagai mekanik klasik. Mekanika Newton adalah bidang yang memberi tumpuan kepada himpunan undang-undang yang mengawal tingkah laku objek selepas daya bertindak pada objek itu.

Undang-undang Gerakan Newton

Ketiga-tiga undang-undang ini telah ditulis dalam banyak bentuk yang berlainan selama berabad-abad, sekurang-kurangnya tiga, tetapi dapat diungkapkan secara ringkas seperti berikut:

Undang-undang pertama menyatakan bahawa objek sama ada tetap statik atau akan terus bergerak pada kelajuan malar kecuali dipengaruhi oleh gaya lain. Undang-undang ini menganggap bahawa objek berada dalam kerangka rujukan inersia. Rangka keratan rujukan inersia adalah satu di mana daya yang bertindak ke atas badan, sama ada statik atau pegun, mempunyai kekuatan bersih sifar. Bingkai ini bermaksud bahawa badan ini akan tetap bergerak atau bergerak pada halaju yang tetap.

Undang-undang kedua juga menganggap bahawa objek berada dalam kerangka rujukan inersia. Undang-undang menyatakan bahawa jumlah vektor kekuatan (dilambangkan oleh F) pada badan adalah bersamaan dengan hasil jisim (dilambangkan oleh m) badan itu dan pecutannya (dilambangkan oleh a). Secara matematik, ini bermakna: F = m * a. Andaian lain yang perlu diingat adalah bahawa jisim tidak berubah.

Undang-undang gerakan ketiga lebih dikenali secara luas. Apabila satu entiti mengerahkan daya (F) pada objek lain, maka badan kedua juga akan menolak dengan kekuatan yang sama dengan F. Dengan setiap tindakan, terdapat tindak balas yang sama dan bertentangan.

Sejarah dan Gambaran Keseluruhan

Gerakan tiga undang-undang pada mulanya disatukan oleh Isaac Newton, oleh itu nama Undang-undang Gerakan Newton. Newton mula menulis peraturan yang mengatur pergerakan pada tahun 1687 dalam pembebasannya, Prinsip Matematik Falsafah Semulajadi ( Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica dalam bahasa Latin).

Isaac Newton berusaha untuk menjelaskan mengapa objek bertindak seperti yang mereka lakukan ketika bergerak atau mengapa mereka tetap seperti yang mereka lakukan, iaitu, tanpa bergerak. Akibatnya, dia menggunakan undang-undang itu bersama-sama dengan undang-undang lain untuk menjelaskan gerakan sistem serta objek fizikal.

Satu lagi perkara kritikal mengenai undang-undang Newton ialah mereka terpakai bagi objek yang dianggap sebagai massa tunggal. Istilah ini bermakna bahawa bentuk dan saiz objek diabaikan supaya tumpuan dapat bergerak. Pandangan ini terpakai jika objek kecil berbanding dengan jarak yang terlibat semasa ia dianalisis. Cara ini membolehkan objek apa pun, tanpa mengira saiz, dikonsepkan sebagai zarah yang akan dianalisis.

Seperti yang telah dinyatakan sebelum ini, ketiga-tiga undang-undang tidak mencukupi untuk menjelaskan perilaku gerakan semua objek. Contohnya, dia tidak dapat menjelaskan undang-undang gerakan planet Kepler sehingga dia menggabungkan undang-undang gerakannya dengan undang-undang lain yang disebut hukum graviti universal. Undang-undang ini juga tidak boleh digunakan untuk menjelaskan pergerakan badan yang cacat dan tegar. Malah, pada tahun 1750 Leonhard Euler melipatgandakan undang-undang gerakan Newton supaya mereka boleh digunakan untuk objek yang tegar dan cacat yang dianggap sebagai kontinum. Dalam undang-undang Euler, yang boleh diperolehi daripada undang-undang Newton asal, objek dianggap sebagai kumpulan zarah diskret yang masing-masing ditadbir oleh undang-undang Newton. Walau bagaimanapun, undang-undang Euler boleh dianggap sebagai aksiom yang menggambarkan undang-undang gerakan untuk entiti lanjutan, bebas dari struktur zarah.

Seperti yang dinyatakan sebelum ini, undang-undang Newton hanya terpakai kepada satu set bingkai yang disebut bingkai rujukan inersia, yang kadang-kadang dipanggil bingkai Newtonian rujukan. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa perbahasan di kalangan para ulama mengenai undang-undang pertama dan kedua. Satu sekolah pemikiran berpendapat bahawa undang-undang Newton pertama menggariskan apa kerangka rujukan inersia dan maka undang-undang kedua adalah benar jika, dan hanya jika, diperhatikan dari bingkai inersia titik rujukan. Apabila semua faktor ini dipertimbangkan, adalah mustahil untuk menentukan khas kedua-dua undang-undang. Sekolah pemikiran lain berpendapat bahawa undang-undang pertama adalah akibat dari yang kedua.

Satu lagi aspek undang-undang ini perlu diingat adalah bahawa relativiti khas telah melampaui undang-undang Newtonian. Ini bukan bermakna mereka tidak berguna. Undang-undang ini sesuai untuk menghampiri tingkah laku objek bergerak apabila kelajuannya berada di bawah cahaya.

The Three Laws in Detail

Undang-undang Pertama

Undang-undang pertama Newton menyatakan bahawa halaju objek yang bergerak akan tetap malar jika daya bersih adalah sifar. Dalam kes ini, kuasa merujuk kepada penjujukan vektor semua kuasa yang mempengaruhi badan itu. Velocity adalah kuantiti vektor kerana ia menunjukkan kelajuan badan serta arah gerakannya. Ini bermakna bahawa halaju malar menerangkan arah dan kelajuan yang berterusan objek.

Untuk memasukkannya dari segi formula matematik, ia menjadi: ΣF = 0 ↔ d v / d t = 0. Dalam formula, v mewakili halaju manakala t mewakili masa diambil. Formula hanya membuktikan bahawa objek yang tidak bergerak akan tetap seperti itu kecuali terjejas oleh daya, dan badan yang bergerak tidak akan mengubah halajunya melainkan dipengaruhi oleh daya. Usul jenis ini dipanggil usul seragam. Cara yang baik untuk menunjukkan ini adalah melalui percubaan kain meja. Hidangan yang diletakkan di atas alas meja akan kekal seperti ketika taplak meja dikeluarkan dengan pantas dan cepat. Ia bukan tipuan tetapi undang-undang Newton dalam tindakan. Kecenderungan semulajadi objek bergerak adalah untuk kekal seperti itu. Jika seseorang ingin mengubah kecenderungan ini, maka daya mesti diterapkan pada objek itu. Undang-undang ini juga menetapkan bingkai rujukan untuk dua undang-undang yang lain.

Undang-undang Kedua

Cara yang berbeza untuk menyatakan undang-undang kedua ialah kadar perubahan momentum objek dalam hubungan langsung dengan jumlah daya yang digunakan. Juga, perubahan momentumnya berlaku dalam arah yang sama daya yang digunakan.

Matematik, ia boleh dinyatakan sebagai F = d p / d t = d (m v ) / d t. P adalah hasil daripada massa ( m ) dan halaju ( v ) manakala t mewakili masa yang diambil. Formula adalah satu cara untuk menyatakan ini, namun ia juga mungkin untuk menyatakannya dari segi percepatan objek. Dalam menyatakan undang-undang, ia diandaikan bahawa jisim adalah malar. Oleh itu, tidak perlu memasukkannya dalam formula pembezaan. Oleh itu, ia menjadi: F = m (d v / d t ). Oleh kerana halaju ( v ) dibahagikan dengan masa ( t ) memberikan pecutan, formula kini menjadi F = m * a .

Massa yang diperoleh atau hilang oleh entiti juga akan mempengaruhi momentum objek yang tidak akan menjadi akibat dari kekuatan luar dan persamaan yang berbeza menjadi perlu. Juga, pada kelajuan yang lebih tinggi, pengiraan bahawa produk jisim objek pada rehat dan kelajuannya tidak tepat.

Impuls

Impuls ( J ) berlaku apabila suatu daya ( F ) bertindak pada suatu objek sepanjang selang waktu (Δt) kerana ungkapan matematiknya lebih dekat dengan kata-kata Newton tentang undang-undang kedua. Konsep dorongan kebanyakannya digunakan semasa menganalisis perlanggaran. Matematik ia menjadi: J = Δ p = m * Δ v .

Bagi sistem jisim berubah-ubah, katakan roket yang membakar bahan api, undang-undang kedua tidak boleh digunakan kerana ia terbuka. Oleh itu, menjadikan jisimnya suatu fungsi masa adalah salah.

Undang-undang Ketiga Newton

Undang-undang gerakan terakhir menyatakan bahawa semua kuasa yang wujud di antara dua badan berbuat demikian dengan magnitud yang sama dan bertentangan arah. Contohnya, jika objek 1 menimbulkan daya magnitud F₁ pada badan yang lain 2, undang-undang ketiga Newton menyatakan bahawa objek 2 akan menggunakan kekuatan magnitud -F₁, seperti F1 = - F₁. Jumlah kuasa yang dihasilkan bersamaan dengan sifar. Itulah, F₁ + (- F₁) = 0.

Undang-undang ini menunjukkan bahawa semua kuasa yang dihasilkan adalah akibat langsung daripada interaksi antara badan yang berlainan. Ia juga menunjukkan bahawa daya tidak boleh wujud tanpa bersamaan dan bersamaan dengan membatalkannya. Arah dan magnitud daya boleh ditentukan oleh salah satu daya. Sebagai contoh, objek 1 boleh menjadi satu kekuatan yang memaksa dan oleh itu dipanggil "aksi" dengan kuasa dari objek 2 yang dikenali sebagai "tindak balas". Kedua-dua nama ini adalah mengapa undang-undang ketiga kadang-kadang dipanggil undang-undang "tindak balas tindakan". Walau bagaimanapun, kadang-kadang mustahil untuk memastikan yang salah satu daripada kedua-dua tentera adalah tindakan dan yang mana satu reaksi. Tidak mustahil satu daya wujud tanpa yang lain. Contoh praktikal ini adalah ketika seseorang berjalan. Mereka menolak ke bumi, dan bumi menolak.