牛顿的运动定律

Physics I

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Overview

资料来源: 安德鲁达菲,博士,物理系,波士顿大学,波士顿,马萨诸塞州

本实验研究在各种情况下,涉及两个相互作用的对象。

首先,实验检查两个对象应用到另一个,虽然它们碰撞的力量。对象是有变群众的三轮的手推车。这次实验的目的是发现当第一辆车在其他施加的力是同一数量级作为第二个车回到施加给第一,力,以及这两种力量的时候有不同震级。

第二,它检查两个物体相互施加时有一辆小车是推或者拉第二个的力量。再次,重点是探索两支部队有相同的大小和在不同震级局势。

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JoVE Science Education Database. 物理学精要 I. 牛顿的运动定律. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

本实验的主要目的是探讨牛顿第三定律。

该仪器由两辆车,每个都有安装在顶部 (图 1) 上的力传感器组成。力传感器连接到计算机通过一个专用的计算机接口。每个力传感器测量其他力传感器在碰撞或推/拉情况过程中施加的力。

Figure 1
图 1。基本的安装程序。装置的关键部件是两三轮的手推车,每一个都有一个力传感器,安装在顶部和计算机接口。

Procedure

1.碰撞情况

  1. 进入每个力传感器螺杆橡胶保险杠 (图 1)。
  2. 在 50-N 设置上设置每个力传感器。
  3. 零力传感器在每次试验前的按"零"按钮旁边的绿色箭头,开始收集数据。
  4. 检查以查看为每个力传感器适当地定义了 (向右) 积极的方向发展。
    1. 推进力传感器安装在右边的车;这应导致积极的力量阅读。推进力传感器安装在左边的车;这应导致负面的力量阅读。
    2. 如果两者都是错的只是扭转购物车的位置。
  5. 如果只有一个是错的转到"实验菜单"并选择"安装传感器"。选择适当的力传感器,并选择"反向"。
  6. 第一次碰撞涉及车的质量相等。指定要固定在碰撞前有一辆小车。另一辆车将给出初始速度向固定车所以车碰撞。
  7. 前推着一辆车朝另打"收集"按钮 (绿色箭头)。推一车一小把,释放车,并观察碰撞。在典型的审判,应遵守力峰值约 8 至 20 N。如果峰值力值远小于或要远远大于这个范围,调整推。
  8. 在碰撞后,计算机将显示图"与时间,部队",按每个力传感器记录。
    1. 如果没有显示图形,扭转的触发。
    2. 后在点击"收集"的按钮,没有数据实际记录直到力传感器之一记录值高于 (或低于) 某一水平。但是,如果触发水平设置为一个正值和力传感器只给出负面的力量值,或反之亦然,计算机将永远不会收到信号,告诉它对记录数据。
    3. 要检查,或扭转,触发器设置,按 (立即到左边的"零"的按钮) 的"收集数据"图标,并选择"触发"选项卡。
  9. 在这个实验中使用的两个选项是"增加跨 0.2 N"和"跨-0.2 N.递减"如果这些设置之一不导致的必要的触发,切换到其他。
    1. 在第二次碰撞,平稳的车应该有 2-3 倍的车,是移动在碰撞前的质量。要实现这一目标,到固定的购物车添加一个或更多的权重。重复该过程 (请参阅下面的步骤)。
    2. 指定高质量车要固定在碰撞之前。
    3. 点击"收藏"按钮和推低质量车往更高质量的车。
    4. 计算机将显示两个"力与时间"图。

在第三次碰撞,在碰撞之前移动的车应该有 2-3 倍的固定车质量。通过将额外的重量从一车转移到其他达到此。重复进行碰撞和收集数据的过程。

2.推和拉的情况

  1. 用钩子代替橡胶保险杠上每个力传感器。
  2. 钩车在一起,以便推或拖另一辆车有一辆小车。
  3. 反向的触发条件,1.8 的步骤中所述。
  4. 开始与车的质量相等。
  5. 点击"收藏"按钮。
  6. 拉或推车之一,以便它拉或推另一辆车,分别,或岩石它来来回回,以至于那里发生既拉动和推动。
  7. 给车正在拉和/或推质量的另一辆车 2-3 倍。重复数据收集过程。
    1. 对于这个推/拉场景"与时间的力量"数据记录。
  8. 给车做拉和 (或) 推动质量的另一辆车 2-3 倍。重复数据收集过程。
    1. "与时间的力量"数据记录在此推/拉的场景中。

牛顿的运动定律是经典力学的基础和描述对象和它的受力之间的关系。

例如,当火箭是在休息上发射台发射前,火箭和地面发挥平等相反的力。采取关闭,或当火箭在太空,膨胀的气体从火箭燃烧燃料推动,推动它前进。不那么明显,但是,是在同一时间,火箭推动的是气体。这些简单的现象服从牛顿运动定律,虽然在工作力量可能不太明显,因为力量并不总是可见。

本视频将介绍基本的牛顿的运动定律,然后演示概念通过一系列的实验测量两三轮手推车在各种情况下的作用力。

牛顿的运动定律中包括的三个关键性法律。第一定律是最简单的和国家放心的对象保持静止,除非外力。同样,运动中的物体在运动中保持,除非外力。具体地说,如果该对象的净力为零,物体的速度是恒定的是否速度为零或不。然而,施加的力,如将球踢或撞墙,导致速度的要改变的对象。

牛顿第二定律,称为加速度,物体速度的变化率对它施加的力的大小成正比。比例因子是物体本身的质量。

换句话说,如果一个对象正在加速,还有它净力。这项法律是变化的符合第一定律,没有净力应用的对象的速度及加速度率所在零。

最后,牛顿第三定律的力量作用于对方的两个对象是大小相等方向相反的

这种行为往往很难理解。例如,当两个不同质量的物体发生碰撞,它常常假定的更大规模的对象比不那么巨大的物体作用力更大。然而,在部队是平等和对面.

牛顿第三定律通常用这句话,表示"对于每一个作用力都有,大小相等,方向相反的反作用力。具体来说,两个相互作用的物体之间的作用力被称作"行动反应对"中的一幅,在规模和方向相反的是平等的。

但对象的反应 — — 那就是,他们的加速度 — — 可能不会相等。这是因为加速度是成反比大规模根据牛顿第二定律。

考虑当一辆很大的卡车和很小的汽车碰撞时,会发生什么。如果作用力和反作用力是指影响部队之间,然后确实行动并产生相等,方向相反的反作用力。但由于卡车和汽车之间群众有重大的差异,这些力量的影响有很大不同。这辆车灾难性篮板而更大规模的卡车几乎不改变课程。

现在,介绍了牛顿的运动定律的原则,让我们看看移动对象的行为和他们的行为涉及牛顿第三运动定律。

以下实验使用两三轮的手推车,长长的低摩擦轨道滑动。

每车配备一个力传感器连接到记录的数据的计算机接口。每个传感器定位是罢工的传感器,另一辆车在碰撞或推或拉传感器的另一辆车,因为他们在轨道上的幻灯片。

在开始之前碰撞实验,力传感器必须为影响设置,配置为力的预期水平。第一,螺杆橡胶保险杠上的每个力传感器柱塞。查找幻灯片开关,在测力传感器。将此开关设置为每个传感器的 50 牛顿位置。

"收集"的按钮,看起来像一个绿色的箭头,开始收集数据。在每次实验前按下按钮旁边这绿色的箭头为零的力传感器。

零的两个力传感器,然后检查它们以确保积极为每个明确方向向右。在传感器与右指柱塞推。力阅读应该是积极的。

推入与柱塞指出离开传感器。力阅读应该是负面的。如果这两个力读数是错的然后反向推车的位置。

如果只有一个读错了,然后转到"实验"菜单,并选择"安装传感器"。选择适当的力传感器,并选择"反向"。

力传感器已正确配置后,该装置已准备第一次实验中,使用车的质量相等。选择要在测试开始固定有一辆小车。

零的两个力传感器,然后按"收集"按钮以启动数据记录。推进和释放另一辆车,所以它在其自身上滑动,并与固定车相碰撞。

后的影响,计算机将显示记录的每个传感器的"与时间的力"情节。力的峰值幅度应介于 8 和 20 牛顿。如果峰值力在此范围之外,然后重复这一实验,并调整如何努力推购物车。

当与平等的大众车发生碰撞时,这张图显示他们经验的力量相等,方向相反。因为加速度的力除以质量相等,每个车加速与同一数量级,但方向相反。

第二次的碰撞实验重复第一个实验中,但以不平等的大众车。选择是静止不动,并加载它与一个或更多的重量,所以它有 2 到 3 次大规模的动车有一辆小车。

零的两个力传感器,按"收集"按钮并重复碰撞实验由入加权车推着购物车没有重量

当较大规模的动车相撞的更大规模的、 固定的一个时,他们具有非常不同的速度反弹。尽管外表,部队的震级为实际上的平等,如情节清楚地显示。这种行为可能是令人困惑,但这是因为较大规模的车再体验比越大,加速度越大,因为加速度等于力除以质量。

接下来,转移权重从静止的车到移动购物篮扭转马车的角色。与被更大规模的移动车和平稳的车被少大量重复实验。零的两个力传感器,并按"收集"按钮。通过加权的车推向未加权的一个重复实验。

与以前的实验中,两辆车反弹具有非常不同的速度,由于其质量不同。然而,影响部队仍有平等的程度。所以,无论是否推车有相同或不同的群众,碰撞力是总是平等的大小和方向相反的。

牛顿第三运动定律不仅发生碰撞,适用也适用于所有情况下,在两个对象进行交互。

牛顿第三定律也适用于两个对象之间的推、 拉的交互作用。来审视这一现象,车实验是用钩子,更换橡胶保险杠上力传感器和修改然后挂钩推车在一起。在数据采集软件,触发条件也有所逆转。

当车质量相等的推和拉另时,部队都是平等和相反,尽管运动的变化方向。当两辆车的不同的质量被推,拉的现象依然存在。

物理学家们试图了解行星形成经常研究碰撞。在此示例中,尘粒准备模拟碰撞在早期的太阳系。颗粒被取消了,和他们碰撞记录。

碰撞粒子施加力互相反对,是平等的大小和方向相反的。这两个对象却完好无损,撞击力使他们反弹。

你刚看了朱庇特的简介牛顿定律的议案。你现在应该明白基本的三个法律,他们是如何描述动作和部队在对象上。谢谢观赏 !

Results

牛顿第三定律,每当两个对象进行交互,第二个对象的作用力等于规模和对该部队的第一个对象产生的第二个方向相反的第一个对象。这是很简单的状态,但它可以很难被接受。例如,它常常假定的力较大的物体施加一个较小的对象是比力小对象回施加更大的对象。

Figure 2
图 2。第一次碰撞的结果。部队所推车经历相等,方向相反。

Figure 3
图 3.第二次碰撞的结果。部队所推车经历相等,方向相反。

Figure 4
图 4.第三次碰撞的结果。部队所推车经历相等,方向相反。

Figure 5
图 5.第一种推/拉情况结果。部队所推车经历相等,方向相反。

Figure 6
图 6.第二种推/拉情况结果。部队所推车经历相等,方向相反。

Figure 7
图 7.结果第三次推 / 拉情况。部队所推车经历相等,方向相反。

Applications and Summary

在这个实验中,即,在所有的相互作用,应用到另一个对象的力等于规模和回上第一次的第二个对象所施加的力的方向相反的解决的概念有很多应用。例如,(1) 太阳适用于地球的引力是平等和对面地球适用于太阳的引力 (2) 地球适用于月球的引力是平等和相反的引力,月球适用于地球。(3) 施加一个苹果给地球的引力是平等和对面的引力苹果适用于地球。(4) 在一次碰撞,例如,一辆汽车与一辆卡车在大街上的或之间的两个球员,部队都是相等的和对面,不管群众的比较。(5) 当一个人站在地板上,或坐在椅子上,地板或椅子上的人是平等和相反的力施加在地板或椅子上施加力。

1.碰撞情况

  1. 进入每个力传感器螺杆橡胶保险杠 (图 1)。
  2. 在 50-N 设置上设置每个力传感器。
  3. 零力传感器在每次试验前的按"零"按钮旁边的绿色箭头,开始收集数据。
  4. 检查以查看为每个力传感器适当地定义了 (向右) 积极的方向发展。
    1. 推进力传感器安装在右边的车;这应导致积极的力量阅读。推进力传感器安装在左边的车;这应导致负面的力量阅读。
    2. 如果两者都是错的只是扭转购物车的位置。
  5. 如果只有一个是错的转到"实验菜单"并选择"安装传感器"。选择适当的力传感器,并选择"反向"。
  6. 第一次碰撞涉及车的质量相等。指定要固定在碰撞前有一辆小车。另一辆车将给出初始速度向固定车所以车碰撞。
  7. 前推着一辆车朝另打"收集"按钮 (绿色箭头)。推一车一小把,释放车,并观察碰撞。在典型的审判,应遵守力峰值约 8 至 20 N。如果峰值力值远小于或要远远大于这个范围,调整推。
  8. 在碰撞后,计算机将显示图"与时间,部队",按每个力传感器记录。
    1. 如果没有显示图形,扭转的触发。
    2. 后在点击"收集"的按钮,没有数据实际记录直到力传感器之一记录值高于 (或低于) 某一水平。但是,如果触发水平设置为一个正值和力传感器只给出负面的力量值,或反之亦然,计算机将永远不会收到信号,告诉它对记录数据。
    3. 要检查,或扭转,触发器设置,按 (立即到左边的"零"的按钮) 的"收集数据"图标,并选择"触发"选项卡。
  9. 在这个实验中使用的两个选项是"增加跨 0.2 N"和"跨-0.2 N.递减"如果这些设置之一不导致的必要的触发,切换到其他。
    1. 在第二次碰撞,平稳的车应该有 2-3 倍的车,是移动在碰撞前的质量。要实现这一目标,到固定的购物车添加一个或更多的权重。重复该过程 (请参阅下面的步骤)。
    2. 指定高质量车要固定在碰撞之前。
    3. 点击"收藏"按钮和推低质量车往更高质量的车。
    4. 计算机将显示两个"力与时间"图。

在第三次碰撞,在碰撞之前移动的车应该有 2-3 倍的固定车质量。通过将额外的重量从一车转移到其他达到此。重复进行碰撞和收集数据的过程。

2.推和拉的情况

  1. 用钩子代替橡胶保险杠上每个力传感器。
  2. 钩车在一起,以便推或拖另一辆车有一辆小车。
  3. 反向的触发条件,1.8 的步骤中所述。
  4. 开始与车的质量相等。
  5. 点击"收藏"按钮。
  6. 拉或推车之一,以便它拉或推另一辆车,分别,或岩石它来来回回,以至于那里发生既拉动和推动。
  7. 给车正在拉和/或推质量的另一辆车 2-3 倍。重复数据收集过程。
    1. 对于这个推/拉场景"与时间的力量"数据记录。
  8. 给车做拉和 (或) 推动质量的另一辆车 2-3 倍。重复数据收集过程。
    1. "与时间的力量"数据记录在此推/拉的场景中。

牛顿的运动定律是经典力学的基础和描述对象和它的受力之间的关系。

例如,当火箭是在休息上发射台发射前,火箭和地面发挥平等相反的力。采取关闭,或当火箭在太空,膨胀的气体从火箭燃烧燃料推动,推动它前进。不那么明显,但是,是在同一时间,火箭推动的是气体。这些简单的现象服从牛顿运动定律,虽然在工作力量可能不太明显,因为力量并不总是可见。

本视频将介绍基本的牛顿的运动定律,然后演示概念通过一系列的实验测量两三轮手推车在各种情况下的作用力。

牛顿的运动定律中包括的三个关键性法律。第一定律是最简单的和国家放心的对象保持静止,除非外力。同样,运动中的物体在运动中保持,除非外力。具体地说,如果该对象的净力为零,物体的速度是恒定的是否速度为零或不。然而,施加的力,如将球踢或撞墙,导致速度的要改变的对象。

牛顿第二定律,称为加速度,物体速度的变化率对它施加的力的大小成正比。比例因子是物体本身的质量。

换句话说,如果一个对象正在加速,还有它净力。这项法律是变化的符合第一定律,没有净力应用的对象的速度及加速度率所在零。

最后,牛顿第三定律的力量作用于对方的两个对象是大小相等方向相反的

这种行为往往很难理解。例如,当两个不同质量的物体发生碰撞,它常常假定的更大规模的对象比不那么巨大的物体作用力更大。然而,在部队是平等和对面.

牛顿第三定律通常用这句话,表示"对于每一个作用力都有,大小相等,方向相反的反作用力。具体来说,两个相互作用的物体之间的作用力被称作"行动反应对"中的一幅,在规模和方向相反的是平等的。

但对象的反应 — — 那就是,他们的加速度 — — 可能不会相等。这是因为加速度是成反比大规模根据牛顿第二定律。

考虑当一辆很大的卡车和很小的汽车碰撞时,会发生什么。如果作用力和反作用力是指影响部队之间,然后确实行动并产生相等,方向相反的反作用力。但由于卡车和汽车之间群众有重大的差异,这些力量的影响有很大不同。这辆车灾难性篮板而更大规模的卡车几乎不改变课程。

现在,介绍了牛顿的运动定律的原则,让我们看看移动对象的行为和他们的行为涉及牛顿第三运动定律。

以下实验使用两三轮的手推车,长长的低摩擦轨道滑动。

每车配备一个力传感器连接到记录的数据的计算机接口。每个传感器定位是罢工的传感器,另一辆车在碰撞或推或拉传感器的另一辆车,因为他们在轨道上的幻灯片。

在开始之前碰撞实验,力传感器必须为影响设置,配置为力的预期水平。第一,螺杆橡胶保险杠上的每个力传感器柱塞。查找幻灯片开关,在测力传感器。将此开关设置为每个传感器的 50 牛顿位置。

"收集"的按钮,看起来像一个绿色的箭头,开始收集数据。在每次实验前按下按钮旁边这绿色的箭头为零的力传感器。

零的两个力传感器,然后检查它们以确保积极为每个明确方向向右。在传感器与右指柱塞推。力阅读应该是积极的。

推入与柱塞指出离开传感器。力阅读应该是负面的。如果这两个力读数是错的然后反向推车的位置。

如果只有一个读错了,然后转到"实验"菜单,并选择"安装传感器"。选择适当的力传感器,并选择"反向"。

力传感器已正确配置后,该装置已准备第一次实验中,使用车的质量相等。选择要在测试开始固定有一辆小车。

零的两个力传感器,然后按"收集"按钮以启动数据记录。推进和释放另一辆车,所以它在其自身上滑动,并与固定车相碰撞。

后的影响,计算机将显示记录的每个传感器的"与时间的力"情节。力的峰值幅度应介于 8 和 20 牛顿。如果峰值力在此范围之外,然后重复这一实验,并调整如何努力推购物车。

当与平等的大众车发生碰撞时,这张图显示他们经验的力量相等,方向相反。因为加速度的力除以质量相等,每个车加速与同一数量级,但方向相反。

第二次的碰撞实验重复第一个实验中,但以不平等的大众车。选择是静止不动,并加载它与一个或更多的重量,所以它有 2 到 3 次大规模的动车有一辆小车。

零的两个力传感器,按"收集"按钮并重复碰撞实验由入加权车推着购物车没有重量

当较大规模的动车相撞的更大规模的、 固定的一个时,他们具有非常不同的速度反弹。尽管外表,部队的震级为实际上的平等,如情节清楚地显示。这种行为可能是令人困惑,但这是因为较大规模的车再体验比越大,加速度越大,因为加速度等于力除以质量。

接下来,转移权重从静止的车到移动购物篮扭转马车的角色。与被更大规模的移动车和平稳的车被少大量重复实验。零的两个力传感器,并按"收集"按钮。通过加权的车推向未加权的一个重复实验。

与以前的实验中,两辆车反弹具有非常不同的速度,由于其质量不同。然而,影响部队仍有平等的程度。所以,无论是否推车有相同或不同的群众,碰撞力是总是平等的大小和方向相反的。

牛顿第三运动定律不仅发生碰撞,适用也适用于所有情况下,在两个对象进行交互。

牛顿第三定律也适用于两个对象之间的推、 拉的交互作用。来审视这一现象,车实验是用钩子,更换橡胶保险杠上力传感器和修改然后挂钩推车在一起。在数据采集软件,触发条件也有所逆转。

当车质量相等的推和拉另时,部队都是平等和相反,尽管运动的变化方向。当两辆车的不同的质量被推,拉的现象依然存在。

物理学家们试图了解行星形成经常研究碰撞。在此示例中,尘粒准备模拟碰撞在早期的太阳系。颗粒被取消了,和他们碰撞记录。

碰撞粒子施加力互相反对,是平等的大小和方向相反的。这两个对象却完好无损,撞击力使他们反弹。

你刚看了朱庇特的简介牛顿定律的议案。你现在应该明白基本的三个法律,他们是如何描述动作和部队在对象上。谢谢观赏 !

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