فیزیک به عنوان علمی که قوانین جهان ما را مطالعه می کند، از یک روش تحقیق استاندارد و سیستم خاصی از واحدهای اندازه گیری استفاده می کند. واحد نیرو معمولاً N (نیوتن) نامیده می شود. قدرت چیست، چگونه آن را پیدا و اندازه گیری کنیم؟ بیایید این موضوع را با جزئیات بیشتری بررسی کنیم.
جالب از تاریخ
ایزاک نیوتن دانشمند برجسته انگلیسی قرن هفدهم است که سهم ارزشمندی در توسعه علوم دقیق ریاضی داشت. این اوست که پدر فیزیک کلاسیک است. او موفق شد قوانینی را توصیف کند که هم بر اجرام عظیم آسمانی و هم دانه های کوچک شنی که توسط باد منتقل می شود، حاکم است. یکی از اکتشافات اصلی او قانون گرانش جهانی و سه قانون اساسی مکانیک است که تعامل اجسام در طبیعت را توصیف می کند. بعدها، دانشمندان دیگر تنها به لطف اکتشافات علمی اسحاق نیوتن توانستند قوانین اصطکاک، استراحت و لغزش را استخراج کنند.
کمی تئوری
یک کمیت فیزیکی به نام یک دانشمند نامگذاری شد. نیوتن یک واحد نیرو است. تعریف نیرو را می توان اینگونه توصیف کرد: "نیرو یک اندازه گیری کمی از اندرکنش بین اجسام یا یک کمیت است.که مشخص کننده درجه شدت یا کشش اجسام است."
نیرو به دلیلی بر حسب نیوتن اندازه گیری می شود. این دانشمند بود که سه قانون تزلزل ناپذیر "قدرت" را ایجاد کرد که به امروز مربوط است. بیایید آنها را با مثال مطالعه کنیم.
قانون اول
برای درک کامل سؤالات: "نیوتن چیست؟"، "واحد اندازه گیری چیست؟" و "معنای فیزیکی آن چیست؟"، ارزش مطالعه دقیق سه قانون اساسی مکانیک را دارد.
اول می گوید اگر بدن تحت تأثیر اجسام دیگر قرار نگیرد، در حالت استراحت است. و اگر بدن در حال حرکت بود، در صورت عدم عمل بر روی آن، حرکت یکنواخت خود را در یک خط مستقیم ادامه می دهد.
تصور کنید که یک کتاب خاص با جرم خاصی روی یک سطح میز صاف قرار دارد. با نشان دادن تمام نیروهای وارد بر آن، دریافتیم که این نیروی گرانش است که به صورت عمودی به سمت پایین هدایت می شود و نیروی واکنش تکیه گاه (در این مورد، جدول) است که به صورت عمودی به سمت بالا هدایت می شود. از آنجایی که هر دو نیرو اعمال یکدیگر را متعادل می کنند، بزرگی نیروی حاصل صفر است. طبق قانون اول نیوتن، این دلیلی است که کتاب در حال استراحت است.
قانون دوم
رابطه بین نیروی وارد بر جسم و شتابی که در اثر نیروی اعمال شده دریافت می کند را توصیف می کند. اسحاق نیوتن، هنگام تدوین این قانون، اولین کسی بود که از مقدار ثابت جرم به عنوان معیار تجلی اینرسی و اینرسی یک جسم استفاده کرد. به اینرسی می گویندتوانایی یا خاصیت اجسام برای حفظ موقعیت اصلی خود، یعنی مقاومت در برابر تأثیرات خارجی.
قانون دوم اغلب با فرمول زیر توصیف می شود: F=am; که در آن F حاصل تمام نیروهای وارد شده به جسم است، a شتاب دریافتی بدن و m جرم جسم است. نیرو در نهایت بر حسب kgm/s2 بیان می شود. این عبارت معمولاً با نیوتن نشان داده می شود.
نیوتن در فیزیک چیست، تعریف شتاب چیست و چه ارتباطی با نیرو دارد؟ این سوالات با فرمول قانون دوم مکانیک پاسخ داده می شود. باید درک کرد که این قانون فقط برای آن دسته از اجسامی کار می کند که با سرعت بسیار کمتر از سرعت نور حرکت می کنند. در سرعت‌های نزدیک به سرعت نور، قوانین کمی متفاوت عمل می‌کنند که توسط بخش خاصی از فیزیک در مورد نظریه نسبیت اقتباس شده است.
قانون سوم نیوتن
این شاید قابل فهم ترین و ساده ترین قانونی باشد که تعامل دو جسم را توصیف می کند. او می گوید که همه نیروها به صورت جفت به وجود می آیند، یعنی اگر جسمی با نیروی معینی بر جسم دیگر وارد شود، جسم دوم نیز به نوبه خود با نیرویی مساوی بر جسم اول وارد می شود.
کلام بندی قانون توسط دانشمندان به شرح زیر است: "… فعل و انفعالات دو جسم بر روی یکدیگر برابر هستند، اما در جهت مخالف هستند."
بیایید بفهمیم نیوتن چیست. بنابراین، در فیزیک، مرسوم است که همه چیز را در مورد پدیده های خاص در نظر بگیریمدر اینجا چند مثال برای توصیف قوانین مکانیک آورده شده است.
- پرندگان آبزی مانند اردک، ماهی یا قورباغه دقیقاً با تعامل با آب در داخل یا از طریق آب حرکت می کنند. قانون سوم نیوتن می گوید که وقتی یک جسم بر روی بدن دیگر عمل می کند، همیشه یک واکنش متقابل ایجاد می شود که از نظر قدرت برابر با اولی است، اما در جهت مخالف هدایت می شود. بر این اساس می‌توان نتیجه گرفت که حرکت اردک‌ها به این دلیل است که آب را با پنجه‌هایشان به عقب می‌برند و خودشان در اثر پاسخ آب به جلو شنا می‌کنند.
- چرخ سنجاب نمونه بارز اثبات قانون سوم نیوتن است. احتمالاً همه می دانند چرخ سنجاب چیست. این یک طراحی نسبتاً ساده است که یادآور چرخ و درام است. در قفس نصب می شود تا حیوانات خانگی مانند سنجاب یا موش های تزئینی بتوانند در اطراف بدوند. برهم کنش دو جسم چرخ و حیوان باعث حرکت هر دوی این اجسام می شود. علاوه بر این، هنگامی که سنجاب سریع می دود، چرخ با سرعت بالایی می چرخد و زمانی که سرعت آن کاهش می یابد، چرخ شروع به چرخش کندتر می کند. این یک بار دیگر ثابت می کند که عمل و کنش متقابل همیشه با یکدیگر برابر هستند، اگرچه در جهت مخالف هستند.
- هر چیزی که در سیاره ما حرکت می کند تنها به دلیل "عمل واکنشی" زمین حرکت می کند. ممکن است عجیب به نظر برسد، اما در واقع، هنگام راه رفتن، فقط تلاش می کنیم تا زمین یا هر سطح دیگری را فشار دهیم. و ما به جلو می رویم، زیرا زمین در پاسخ ما را هل می دهد.
نیوتن چیست: واحد اندازه گیری یاکمیت فیزیکی؟
تعریف "نیوتن" را می توان اینگونه توصیف کرد: "یک واحد نیرو است". اما معنای فیزیکی آن چیست؟ بنابراین، بر اساس قانون دوم نیوتن، این یک کمیت مشتق است، که به عنوان نیرویی تعریف می شود که می تواند سرعت جسمی با جرم 1 کیلوگرم را در 1 متر بر ثانیه تنها در 1 ثانیه تغییر دهد. معلوم می شود که نیوتن یک کمیت برداری است، یعنی جهت خاص خود را دارد. وقتی به جسمی نیرو وارد می کنیم، مثلاً دری را هل می دهیم، به طور همزمان جهت حرکت را تعیین می کنیم که طبق قانون دوم، همان جهت نیرو خواهد بود.
اگر از فرمول پیروی کنید، معلوم می شود که 1 نیوتن=1 کیلوگرم متر بر ثانیه 2 . هنگام حل مسائل مختلف در مکانیک، اغلب لازم است که نیوتن ها به مقادیر دیگر تبدیل شوند. برای راحتی، هنگام یافتن مقادیر خاص، توصیه می‌شود هویت‌های اصلی را که نیوتن‌ها را با واحدهای دیگر متصل می‌کنند به خاطر بسپارید:
- 1 H=105 dyne (dyna یک واحد اندازه گیری در سیستم CGS است)؛
- 1 N=0.1 kgf (کیلوگرم نیرو یک واحد نیرو در سیستم ICSS است)؛
- 1 H=10 -3 استن هر بدن با وزن ۱ تن).
قانون گرانش جهانی
یکی از مهمترین اکتشافات این دانشمند که ایده سیاره ما را تغییر داد، قانون گرانش نیوتن است (جاذبه چیست، در ادامه بخوانید). البته قبل از او تلاش هایی برای کشف رمز و راز جذابیت وجود داشتزمین. برای مثال، یوهانس کپلر اولین کسی بود که پیشنهاد کرد نه تنها زمین نیروی جاذبه دارد، بلکه خود اجسام نیز قادر به جذب زمین هستند.
با این حال، فقط نیوتن توانست رابطه بین گرانش و قانون حرکت سیارات را از نظر ریاضی اثبات کند. پس از آزمایش های فراوان، دانشمند متوجه شد که در واقع، نه تنها زمین اجسام را به سمت خود جذب می کند، بلکه همه اجسام جذب یکدیگر می شوند. او قانون گرانش را استخراج کرد که می گوید هر اجرامی از جمله اجرام آسمانی با نیرویی برابر با حاصل ضرب G (ثابت گرانشی) و جرم هر دو جرم m
1 جذب می شوند. m 2 تقسیم بر R2 (مربع فاصله بین اجسام).
همه قوانین و فرمول های مشتق شده توسط نیوتن امکان ایجاد یک مدل ریاضی یکپارچه را فراهم آورد که هنوز در تحقیقات نه تنها در سطح زمین، بلکه در خارج از سیاره ما نیز استفاده می شود.
تبدیل واحد
هنگام حل مسائل، باید پیشوندهای استاندارد SI را به خاطر بسپارید که برای واحدهای اندازه گیری "نیوتنی" نیز استفاده می شوند. به عنوان مثال، در مسائل مربوط به اجسام فضایی، جایی که جرم اجسام بزرگ است، اغلب لازم است مقادیر بزرگ را به مقادیر کوچکتر ساده کنیم. اگر محلول 5000 نیوتن باشد، نوشتن پاسخ به شکل 5 کیلو نیوتن (کیلو نیوتن) راحت تر خواهد بود. این واحدها بر دو نوع هستند: مضرب و فرعی. در اینجا پرکاربردترین آنها آمده است: 102 N=1 هکتونی نیوتن (hN); 103 H=1کیلونیوتن (kN)؛ 106 N=1 مگا نیوتن (MN) و 10-2 N=1 سانتی نیوتن (cN); 10-3 N=1 میلی نیوتن (mN); 10-9 N=1 نانونیوتن (nN).
