Fizikte uzayda farklı cisimlerin hareketi özel bir bölüm olan mekanik tarafından incelenir. İkincisi, sırayla, kinematik ve dinamiğe bölünmüştür. Bu yazıda, cisimlerin öteleme ve dönme hareketinin dinamiklerine odaklanarak fizikteki mekanik yasalarını ele alacağız.
Tarihsel arka plan
Vücutların nasıl ve neden hareket ettiği, eski zamanlardan beri filozofların ve bilim adamlarının ilgisini çekmiştir. Bu nedenle Aristoteles, nesnelerin uzayda yalnızca üzerlerinde bir dış etki olduğu için hareket ettiğine inanıyordu. Bu etki durdurulursa, vücut hemen duracaktır. Birçok antik Yunan filozofu, tüm vücutların doğal halinin dinlenme olduğuna inanıyordu.
Yeni Çağ'ın gelişiyle birlikte birçok bilim insanı mekanikteki hareket yasalarını incelemeye başladı. Huygens, Hooke ve Galileo gibi isimlere dikkat edilmelidir. İkincisi, doğal fenomenlerin incelenmesine bilimsel bir yaklaşım geliştirdi ve aslında, ancak soyadını taşımayan mekaniğin birinci yasasını keşfetti.
1687'de, yazar tarafından yazılan bilimsel bir yayın yayınlandı. İngiliz Isaac Newton. Bilimsel çalışmasında, evrensel yerçekimi yasasıyla birlikte, yalnızca mekaniğin değil, tüm modern klasik fiziğin temelini oluşturan uzaydaki cisimlerin temel hareket yasalarını açıkça formüle etti.
Newton yasaları hakkında
Klasik mekaniğin yasaları olarak da adlandırılırlar, postülaları 20. yüzyılın başlarında Albert Einstein tarafından ortaya konan göreliliğin aksine. İlkinde, tüm fizik dalının dayandığı yalnızca üç ana yasa vardır. Bunlar şöyle denir:
- Atalet yasası.
- Kuvvet ve ivme arasındaki ilişkinin yasası.
- Etki ve tepki yasası.
Neden bu üç yasa ana yasalardır? Çok basit, herhangi bir mekanik formülü onlardan türetilebilir, ancak hiçbir teorik ilke bunlardan hiçbirine yol açmaz. Bu yasalar, yalnızca çok sayıda gözlem ve deneyden kaynaklanmaktadır. Geçerlilikleri, pratikte çeşitli problemlerin çözümünde onların yardımıyla elde edilen tahminlerin güvenilirliği ile doğrulanır.
Atalet yasası
Newton'un mekanikteki ilk yasası, herhangi bir cismin, üzerinde herhangi bir dış etki olmadığında, herhangi bir eylemsiz referans çerçevesinde bir dinlenme veya doğrusal hareket durumunu sürdüreceğini söyler.
Bu yasayı anlamak için, raporlama sistemini anlamak gerekir. Yalnızca belirtilen yasayı karşılıyorsa atalet olarak adlandırılır. Başka bir deyişle, atalet sisteminde hiçbir şey yoktur.gözlemciler tarafından hissedilecek olan hayali güçler var. Örneğin, düzgün ve düz bir çizgide hareket eden bir sistem eylemsiz olarak kabul edilebilir. Öte yandan, bir eksen etrafında düzgün olarak dönen bir sistem, içinde hayali merkezkaç kuvvetinin varlığından dolayı eylemsizdir.
Atalet yasası, hareketin doğasının değişmesinin nedenini belirler. Bu sebep, bir dış kuvvetin varlığıdır. Vücuda birkaç kuvvetin etki edebileceğini unutmayın. Bu durumda, vektörler kuralına göre eklenmeleri gerekir, ortaya çıkan kuvvet sıfıra eşitse, vücut düzgün hareketine devam edecektir. Klasik mekanikte bir cismin düzgün hareketi ile durgun hali arasında hiçbir fark olmadığını anlamak da önemlidir.
Newton'un İkinci Yasası
Cismin uzaydaki hareketinin doğasının değişmesinin sebebinin, kendisine uygulanan sıfır olmayan bir dış kuvvetin varlığı olduğunu söylüyor. Aslında bu kanun bir öncekinin devamı niteliğindedir. Matematiksel gösterimi aşağıdaki gibidir:
F¯=ma¯.
Burada, a¯ miktarı hız vektörünün değişim oranını tanımlayan ivmedir, m cismin eylemsiz kütlesidir. m her zaman sıfırdan büyük olduğundan, kuvvet ve ivme vektörleri aynı yönü gösterir.
Değerlendirilen yasa, mekanikteki çok sayıda fenomen için geçerlidir, örneğin, serbest düşme sürecinin tanımına, bir arabanın hızlanmasıyla hareket, eğimli bir düzlem boyunca bir çubuğun kayması, salınım bir sarkacın,yaylı terazilerin gerginliği vb. Bunun dinamiğin ana yasası olduğunu söylemek güvenlidir.
Momentum ve Momentum
Doğrudan Newton'un bilimsel çalışmasına dönerseniz, bilim adamının mekaniğin ikinci yasasını biraz farklı formüle ettiğini görebilirsiniz:
Fdt=dp, burada p=mv.
p değerine momentum denir. Birçoğu yanlışlıkla buna vücudun dürtüsü diyor. Hareket miktarı, vücudun kütlesi ile hızının çarpımına eşit bir eylemsizlik-enerji özelliğidir.
Momentumu bir dp değeri kadar değiştirmek, yalnızca dt zaman aralığı boyunca vücuda etki eden bir F dış kuvveti tarafından yapılabilir. Bir kuvvetin ürününe ve etkisinin süresine, kuvvetin itkisi veya basitçe itki denir.
İki cisim çarpıştığında, aralarında her cismin momentumunu değiştiren bir çarpışma kuvveti etki eder, ancak bu kuvvet incelenen iki cismin sistemine göre içsel olduğundan, bir değişikliğe yol açmaz sistemin toplam momentumunda. Bu gerçeğe momentumun korunumu yasası denir.
Hızlanma ile döndür
Newton tarafından formüle edilen mekanik yasası dönme hareketine uygulanırsa, aşağıdaki ifade elde edilir:
M=Iα.
Burada M - açısal momentum - bu, kuvvetin sistemde bir dönüş yapma yeteneğini gösteren bir değerdir. Kuvvet momenti, vektör kuvveti ile eksenden yönlendirilen yarıçap vektörünün çarpımı olarak hesaplanır.uygulama noktası. I niceliği eylemsizlik momentidir. Kuvvet momenti gibi, dönen sistemin parametrelerine, özellikle vücut kütlesinin eksene göre geometrik dağılımına bağlıdır. Son olarak, α değeri, açısal hızın saniyede kaç radyan değiştiğini belirlemenizi sağlayan açısal ivmedir.
Yazılı denkleme dikkatlice bakar ve ikinci Newton yasasından değerleri ve göstergeleri arasında bir analoji kurarsanız, tam kimliklerini elde ederiz.
Etki ve tepki yasası
Bize, mekaniğin üçüncü yasasını düşünmek kalıyor. İlk ikisi şu ya da bu şekilde Newton'un öncülleri tarafından formüle edildiyse ve bilim adamının kendisi onlara yalnızca uyumlu bir matematiksel form verdiyse, üçüncü yasa büyük İngiliz'in orijinal beynidir. Yani, diyor ki: iki cisim temas ederse, aralarında etki eden kuvvetler büyüklük olarak eşit ve yön olarak zıttır. Daha kısaca, herhangi bir eylemin bir reaksiyona neden olduğunu söyleyebiliriz.
F12¯=-F21¯.
Burada F12¯ ve F21¯ - 1. vücudun yanından 2. yanına ve 2. vücudun yanından hareket sırasıyla 1. güce.
Bu yasayı doğrulayan birçok örnek var. Örneğin, bir atlama sırasında, bir kişi dünyanın yüzeyinden itilir, ikincisi onu yukarı iter. Aynı şey bir yürüteçte yürümek ve bir yüzücünün havuz duvarını itmek için de geçerlidir. Başka bir örnek, elinizi masaya bastırırsanız, tam tersi hissedilir.desteğin tepki kuvveti olarak adlandırılan tablonun eldeki etkisi.
Newton'un üçüncü yasasının uygulanmasıyla ilgili problemleri çözerken, etki kuvvetinin ve tepki kuvvetinin farklı cisimlere uygulandığını, dolayısıyla onlara farklı ivmeler verdiklerini unutmamak gerekir.
