آشنایی با قوانین حرکت نیوتن
قوانین حرکت نیوتن سه گزاره است که روابط بین نیروهای وارد بر یک جسم و حرکت جسم را توصیف می کند، اولین بار توسط فیزیکدان و ریاضیدان انگلیسی اسحاق نیوتن، که پایه و اساس مکانیک کلاسیک است ابداع گردید. برای مطالعه کامل مقاله آشنایی با قوانین حرکت نیوتن تا انتها با مجله عملی آندرومدا مگ همراه باشید.
قانون اول نیوتن: قانون اینرسی
قانون اول نیوتن می گوید اگر جسمی در حالت سکون باشد یا با سرعت ثابت در یک خط مستقیم حرکت کند، در حالت سکون باقی می ماند یا در یک خط مستقیم با سرعت ثابت به حرکت خود ادامه می دهد مگر اینکه تحت تأثیر نیرویی قرار گیرد. در واقع، در مکانیک کلاسیک نیوتنی، هیچ تفاوت مهمی بین سکون و حرکت یکنواخت در یک خط مستقیم وجود ندارد. آنها ممکن است به عنوان حالت حرکت یکسانی که توسط ناظران مختلف دیده می شود در نظر گرفته شوند، یکی با سرعت یکسان ذره حرکت می کند و دیگری با سرعت ثابت نسبت به ذره حرکت می کند. این اصل به عنوان قانون اینرسی شناخته می شود.
قانون اینرسی ابتدا توسط گالیلئو گالیله برای حرکت افقی روی زمین ابداع گردید و بعدها توسط رنه دکارت تعمیم یافت. اگرچه اصل اینرسی نقطه شروع و فرض اساسی مکانیک کلاسیک است، اما به طور شهودی بدیهی به نظر نمی رسد. در مکانیک ارسطویی و در تجارب معمولیمان، اجسامی که تحت فشار قرار نمی گیرند تمایل به سکون دارند. قانون اینرسی توسط گالیله از آزمایش های او با توپ هایی که به سمت سطوح شیب دار پرتاب می شدند، بدست آمد.
از نظر گالیله اصل اینرسی یک بخش مهم در کارهای علمی او به حساب می آمد او مجبور بود توضیح دهد که چگونه ممکن است اگر زمین واقعاً بر محور خود می چرخد و به دور خورشید می چرخد ، ما این حرکت را حس نمی کنیم. اصل اینرسی به ارائه این پاسخ کمک می کند: از آنجا که ما همراه با زمین در حرکت هستیم و تمایل طبیعی ما برای حفظ این حرکت است، به نظر می رسد زمین در حال سکون است. بنابراین ، اصل اینرسی، به دور از بیان یک امر بدیهی زمانی موضوعی مهم در بحث های علمی به حساب می آمد هنگامی که نیوتن همه جزئیات را مرتب کرده بود، می توان انحرافات کوچکی از این تصویر را به دلیل این واقعیت که حرکت سطح زمین حرکت یکنواخت در یک خط مستقیم نیست را به طور دقیق محاسبه کرد . در فرمول نیوتن ، مشاهده رایج اینکه اجسامی که تحت فشار قرار نمی گیرند تمایل به سکون دارند ، به این دلیل نسبت داده می شود که دارای نیروهای نامتعادل هستند ، مانند اصطکاک و مقاومت هوا که در این امر دخیل می باشند.
قانون دوم نیوتن: F = ma
قانون دوم نیوتن توصیف کمی تغییراتی است که نیرویی می تواند بر حرکت یک جسم ایجاد کند. در آن بیان می شود که درجه تغییر زمان حرکت یک جسم از نظر اندازه و جهت برابر نیروی وارد شده بر آن است. حرکت یک جسم برابر با حاصلضرب جرم و سرعت آن است. حرکت ، مانند سرعت ، یک مقدار برداری است که هم اندازه و هم جهت دارد. نیرویی که بر جسم وارد می شود می تواند اندازه حرکت یا جهت آن یا هر دو را تغییر دهد. قانون دوم نیوتن یکی از مهمترین قوانین در تمام فیزیک است. برای جسمی که جرم m آن ثابت است ، می توان آن را به صورت F = ma نوشت که در آن F (نیرو) و a (شتاب) هر دو کمیت برداری هستند. اگر جسمی دارای نیروی خالص بر روی آن باشد ، مطابق با معادله شتاب می گیرد. برعکس ، اگر جسمی شتاب نگیرد ، نیروی خالصی بر آن وارد نمی شود.
قانون سوم نیوتن: قانون عمل و عکس العمل
در قانون سوم نیوتن آمده است که وقتی دو جسم برهم کنش می کنند ، نیروهایی را بر یکدیگر اعمال می کنند که از نظر اندازه برابر ودارای جهت مخالف هستند. قانون سوم به قانون عمل و عکس العمل نیز معروف است. این قانون در تجزیه و تحلیل مشکلات تعادل ایستا ، که در آن همه نیروها متعادل هستند کاربرد دارد ، اما در مورد اجسام در حرکت یکنواخت یا شتابدهنده نیز صدق می کند. نیروهایی که در این قانون توصیف می شودنیروهای واقعی هستند. به عنوان مثال ، کتابی که روی میز قرار دارد ، نیروی نزولی برابر با وزن آن نیز به میز اعمال می شود. طبق قانون سوم ، نیرویی برابر ولی مخالف حرکت بر جسم وارد می شود. این نیرو به این دلیل ایجاد می شود که وزن کتاب باعث تغییر شکل کمی در میز می شود به طوری که مانند یک حرکت چرخشی به کتاب نیرو وارد می شود.
اگر جسمی دارای نیروی خالصی باشد ، مطابق قانون دوم حرکت سریعی دارد. اگر نیرویی خالص بر جسمی وارد نشود ، یا به این دلیل که نیروها اصلاً وجود ندارند یا به این دلیل که تمام نیروها دقیقاً توسط نیروهای متضاد متعادل شده اند ، جسم شتاب نمی گیرد و ممکن است گفته شود در حالت تعادل است. برعکس اگر جسمی شتاب نگیرد نیرویی نیز به جسم وارد نمی شود.