Newton'un ikinci yasası, bir İngiliz bilim adamının 17. yüzyılın ortalarında öne sürdüğü klasik mekaniğin üç yasasının belki de en ünlüsüdür. Gerçekten de cisimlerin hareketi ve dengesi için fizikteki problemleri çözerken, herkes kütle ve ivme ürününün ne anlama geldiğini bilir. Gelin bu yazıda bu kanunun özelliklerine daha yakından bakalım.
Newton'un ikinci yasasının klasik mekanikteki yeri
Klasik mekanik üç sütuna dayanır - Isaac Newton'un üç yasası. Bunlardan birincisi, cismin üzerine dış kuvvetler etki etmiyorsa davranışını tanımlar, ikincisi bu tür kuvvetler ortaya çıktığında bu davranışı tanımlar ve son olarak üçüncü yasa cisimlerin etkileşimi yasasıdır. İkinci yasa, birinci ve üçüncü önermeleri tek ve uyumlu bir teoride - klasik mekanikte - ilişkilendirdiğinden, iyi bir nedenle merkezi bir yer işgal eder.
İkinci yasanın bir diğer önemli özelliği,etkileşimi ölçmek için matematiksel bir araç, kütle ve ivmenin ürünüdür. Birinci ve üçüncü yasalar, kuvvetlerin süreci hakkında nicel bilgi elde etmek için ikinci yasayı kullanır.
Gücün dürtüsü
Yazının devamında, tüm modern fizik ders kitaplarında yer alan Newton'un ikinci yasasının formülü sunulacak. Bununla birlikte, başlangıçta bu formülün yaratıcısı, onu biraz farklı bir biçimde verdi.
İkinci yasayı öne sürerken, Newton birinciden başladı. P¯ momentumunun miktarı cinsinden matematiksel olarak yazılabilir. Şuna eşittir:
p¯=mv¯.
Hareket miktarı, vücudun atalet özellikleriyle ilgili bir vektör miktarıdır. İkincisi, yukarıdaki formülde hız v¯ ve momentum p¯ ile ilgili katsayı olan kütle m tarafından belirlenir. Son iki özelliğin vektör miktarları olduğuna dikkat edin. Aynı yönü gösteriyorlar.
Bir dış kuvvet F¯, momentumu p¯ olan bir cisme etki etmeye başlarsa ne olur? Bu doğru, momentum dp¯ miktarı kadar değişecektir. Ayrıca, bu değer mutlak değerde ne kadar büyük olursa, F¯ kuvveti cisme o kadar uzun süre etki eder. Bu deneysel olarak belirlenmiş gerçek, aşağıdaki eşitliği yazmamıza izin verir:
F¯dt=dp¯.
Bu formül, bilim adamının eserlerinde bizzat sunduğu Newton'un 2. yasasıdır. Bundan önemli bir sonuç çıkar: vektörmomentumdaki değişiklikler her zaman bu değişikliğe neden olan kuvvetin vektörü ile aynı yöne yönlendirilir. Bu ifadede, sol tarafa kuvvetin itici gücü denir. Bu isim, momentum miktarının kendisine genellikle momentum denilmesine yol açmıştır.
Kuvvet, kütle ve ivme
Şimdi klasik mekaniğin kabul edilen yasasının genel kabul görmüş formülünü elde ediyoruz. Bunu yapmak için önceki paragraftaki ifadenin yerine dp¯ değerini koyarız ve denklemin her iki tarafını da dt zamanına böleriz. Bizde:
F¯dt=mdv¯=>
F¯=mdv¯/dt.
Hızın zamana göre türevi, lineer ivme a¯'dır. Bu nedenle, son eşitlik şu şekilde yeniden yazılabilir:
F¯=ma¯.
Böylece, dikkate alınan cisme etki eden F¯ dış kuvveti, a¯ doğrusal ivmesine yol açar. Bu durumda, bu fiziksel niceliklerin vektörleri bir yöne yönlendirilir. Bu eşitlik tersten okunabilir: ivme başına kütle cisme etkiyen kuvvete eşittir.
Problem Çözme
Fiziksel bir problem örneğinde ele alınan yasanın nasıl kullanılacağını gösterelim.
Düşen taş her saniye hızını 1,62 m/s artırdı. Kütlesi 0,3 kg ise taşın üzerine etkiyen kuvveti belirlemek gerekir.
Tanıma göre hızlanma, hızın değişme hızıdır. Bu durumda modülü:
a=v/t=1,62/1=1,62 m/s2.
Çünkü kütlenin çarpımıivme bize istenen kuvveti verecektir, o zaman şunu elde ederiz:
F=ma=0.31.62=0.486 N.
Ay'ın yüzeyine yakın yere düşen tüm cisimlerin dikkate alınan ivmeye sahip olduğuna dikkat edin. Bu, bulduğumuz kuvvetin ayın yerçekimi kuvvetine karşılık geldiği anlamına gelir.
