Newtons Gesetze der Bewegung

Physics I

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Overview

Quelle: Andrew Duffy, PhD, Department of Physics, Boston University, Boston, MA

Dieses Experiment untersucht in verschiedenen Situationen, in denen zwei interagierende Objekten.

Zuerst untersucht das Experiment die Kräfte, die zwei Objekte miteinander gelten, während sie kollidieren. Die Objekte sind zweirädrigen Karren, die Variablen Massen haben. Dieses Experiment soll entdecken, wenn die Kraft, die der ersten Wagen andererseits übt der gleichen Größenordnung wie die Kraft ist, der zweite Wagen zurück auf die erste ausübt, als auch wenn diese beiden Kräfte haben verschiedene Größen.

Zweitens wird die Kräfte, die zwei Objekte aufeinander ausüben, wenn ein Wagen schieben oder ziehen im zweiten Beispiel wird untersucht. Wiederum ist der Fokus auf die Erforschung der Situationen, in denen die beiden Kräfte haben die gleiche Größe und in dem sie haben unterschiedliche Größen.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Grundlagen der Physik I. Newtons Gesetze der Bewegung. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

Das primäre Ziel dieses Experiments ist Newtons dritte Gesetz zu erkunden.

Die Apparatur besteht aus zwei Wagen, jeweils mit einem Kraftsensor montiert auf der Oberseite (Abbildung 1). Kraft-Sensoren sind über einen dedizierten Computer-Schnittstelle mit einem Computer verbunden. Jeder Kraftsensor misst die Kraft darauf, durch die andere Kraftsensor während der Kollision oder die Push-/Pull-Situation.

Figure 1
Abbildung 1: Das Basis-Setup. Schlüssel-Komponenten des Geräts sind zwei zweirädrigen Karren, jeweils mit einem Kraftsensor montiert auf Oberseite und eine Computer-Schnittstelle.

Procedure

(1) Kollision Situationen

  1. Ein Gummipuffer (Abbildung 1) in jedem Kraftsensor einschrauben.
  2. Stellen Sie jede Kraftsensor auf der 50-N.
  3. Null-Kraftsensoren vor jeder Prüfung durch Drücken der Taste "Zero", neben dem grünen Pfeil, der Datenerfassung beginnt.
  4. Überprüfen Sie, ob die positive Richtung (d. h. auf der rechten Seite) entsprechend für jede Kraftsensor definiert ist.
    1. Drücken Sie auf den Kraftsensor auf der rechten Seite des Wagens montiert; Dadurch sollte eine positive Kraft-Lesung. Drücken Sie auf den Kraftsensor auf der linken Seite des Wagens montiert; Dadurch sollte eine negative Kraft-Lesung.
    2. Wenn beide falsch sind, kehren Sie einfach die Position des Wagens.
  5. Wenn nur eine falsche ist, gehen Sie zum Menü"Experiment" und wählen Sie "Setup Sensoren." Wählen Sie den entsprechenden Kraftsensor und wählen Sie "Umgekehrten Richtung."
  6. Die erste Kollision beinhaltet Karren von gleicher Masse. Ein Wagen stationär vor der Kollision zu benennen. Der andere Wagen erhalten eine Anfangsgeschwindigkeit in Richtung der stationären Wagen so, dass die Wagen kollidieren.
  7. Klicke auf "Sammeln" (grüner Pfeil) vor einem Wagen in die andere Richtung schieben. Geben Sie ein Wagen einen kleinen Schubs zu, lassen Sie den Wagen und beobachten Sie die Kollision zu. Kraft Spitzenwerte von etwa 8 bis 20 N sollte in einer typischen Studie beobachtet werden. Passen Sie den Anstoß, wenn Kraft Spitzenwerte viel kleiner als oder größer als dieser Bereich sind.
  8. Nach der Kollision wird der Computer ein Diagramm "Force vs. Zeit," anzuzeigen, wie jeder Kraftsensor erfasst.
    1. Wenn die Grafiken nicht angezeigt werden, kehren Sie die Auslösung.
    2. Nach dem Drücken der Schaltfläche "Sammeln", keine Daten tatsächlich aufgezeichnet, bis eines der Kraftsensoren einen Wert über (oder unter) zeichnet eine gewisse Trigger. Jedoch wenn der Triggerpegel wird auf einen positiven Wert festgelegt und der Kraftsensor nur negative Kraftwerte gibt, oder umgekehrt, des Computers nie wird empfangen Sie das Signal erzählen, um Daten zu erfassen.
    3. Um zu überprüfen, oder umgekehrt, die Trigger-Einstellung drücken Sie das Symbol "Datenerfassung" (sofort, die links neben der Schaltfläche "Null") und wählen Sie die Registerkarte "Auslösen".
  9. Die beiden Optionen, die in diesem Experiment verwendet werden "Erhöhung über 0,2 N" und "Abnehmende auf -0,2 N." Wenn eine dieser Einstellungen nicht das notwendige auslösen verursacht, zum anderen wechseln.
    1. In der zweiten Kollision müsste der stationären Wagen 2-bis 3-Mal die Masse des Wagens, die vor der Kollision verschoben werden. Um dies zu erreichen, fügen Sie ein oder mehrere Gewichte in den stationären Warenkorb. Wiederholen Sie den Vorgang (siehe die folgenden Schritte).
    2. Die höhere Masse Wagen stationär vor der Kollision zu benennen.
    3. Drücken Sie die Taste "Sammeln" und schiebt das untere-Masse-Wagen in Richtung der höheren Masse Wagen.
    4. Der Computer wird die beiden "Kraft vs. Zeit" Diagramme anzeigen.

In der dritten Kollision sollte der Wagen, der vor der Kollision bewegt sich 2-bis 3-Mal die Masse der stationären Karre haben. Erreichen Sie dies durch das zusätzliche Gewicht von einem Wagen zum anderen übertragen. Wiederholen Sie den Prozess der Durchführung der Kollision und die Daten zu sammeln.

(2) schieben und ziehen von Situationen

  1. Ersetzen Sie die Gummipuffer auf jeder Kraftsensor mit Haken.
  2. Haken Sie die Wagen zusammen, um ein Wagen zum Schieben oder ziehen den anderen Wagen zu ermöglichen.
  3. Kehren Sie die auslösende Bedingung, wie in Schritt 1,8 beschrieben.
  4. Beginnen Sie mit Karren von gleicher Masse.
  5. Drücken Sie die Taste "Sammeln".
  6. Ziehen oder schieben einer der Wagen, so dass es zieht oder die andere Wagen bzw. schiebt oder rock es hin und her so, dass es sowohl ziehen und schieben auftreten.
  7. Geben, wobei die Karre gezogen bzw. geschoben 2-bis 3-Mal die Masse des anderen Wagens. Wiederholen Sie die Datenerhebung.
    1. Notieren Sie die "vs. Zeit" Kraftdaten für dieses Szenario schieben/ziehen.
  8. Geben Sie den Warenkorb/tut das ziehen oder schieben 2-bis 3-Mal die Masse des anderen Wagens. Wiederholen Sie die Datenerhebung.
    1. Notieren Sie die "vs. Zeit" Kraftdaten in diesem Szenario schieben/ziehen.

Newtons Gesetze der Bewegung sind die Basis für die klassische Mechanik und beschreiben die Beziehung zwischen einem Objekt und die auf ihn wirkenden Kräfte.

Beispielsweise wenn eine Rakete ruht auf dem Launchpad vor dem Start, ausüben die Rakete und den Boden gleich und Gegenteil Kräfte aufeinander. Nehmen ausgeschaltet werden oder wenn die Rakete im Weltraum, das expandierende Gas aus den brennenden Treibstoff drückt gegen die Rakete ist und nach vorne treibt. Weniger offensichtlich ist jedoch, dass die Rakete gegen das Gas gleichzeitig drückt. Diese einfache Phänomene gehorchen Newtons Gesetze der Bewegung, wenn die Kräfte am Werk möglicherweise nicht offensichtlich, weil Kräfte nicht immer sichtbar sind.

Dieses Video wird vermittelt Grundkenntnisse über die Newtonschen Gesetze der Bewegung, und dann das Konzept durch eine Reihe von Experimenten, die Messung der Kräfte zwischen zwei zweirädrigen Karren in verschiedenen Situationen zeigen.

Newtons Gesetze der Bewegung bestehen aus drei wichtige Gesetze. Das erste Gesetz ist die einfachste, und Staaten, die ein Objekt in Ruhe in Ruhe, bleibt es sei denn, durch eine Kraft beaufschlagt. In ähnlicher Weise bleibt ein Objekt in Bewegung in Bewegung, es sei denn, durch eine Kraft beaufschlagt. Insbesondere, wenn die net Kräfte auf das Objekt Null sind, ist die Geschwindigkeit des Objekts konstant, ob die Geschwindigkeit Null oder nicht ist. Eine ausgeübte Kraft, z. B. den Ball oder gegen die Wand, bewirkt jedoch, dass die Geschwindigkeit des Objekts zu ändern.

Newtons zweite Gesetz besagt, dass die Rate der Änderung der ein Objekte-Geschwindigkeit, Beschleunigung, genannt direkt proportional zu der Kraft, die angewendet wird. Der Proportionalitätsfaktor ist die Masse des Objekts selbst.

Das heißt, wenn ein Objekt beschleunigt, gibt es eine Nettokraft drauf. Dieses Gesetz steht im Einklang mit dem ersten Gesetz, wo ist die Änderungsrate der Geschwindigkeit seine Beschleunigung des Objekts - null wenn es keine Nettokraft angewendet.

Schließlich stellt Newtons dritte Gesetz, dass die Kräfte der beiden Objekte aufeinander wirkenden im Umfang, sondern entgegengesetzt in Richtung gleich sind

Dieses Verhalten ist oft schwer zu verstehen. Zum Beispiel, wenn zwei Objekte von verschiedenen Massen kollidieren, oft davon aus, dass mehr massive Objekt eine größere Kraft als die weniger massiv Objekt ausübt. Allerdings sind die Kräfte gleich und gegenüber.

Newtons dritte Gesetz drückt häufig mit dem Satz: "für jede Aktion gibt es eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion." Um genau zu sein, werden die Kräfte zwischen zwei interagierenden Objekten genannt "Aktion-Reaktion Paaren", die in Größe und entgegengesetzt in Richtung gleich sind.

Aber die Antworten der Objekte-das heißt, ihr Beschleunigungen kann nicht gleich sein. Deshalb, weil die Beschleunigung umgekehrt proportional zur ist Masse nach Newtons zweites Gesetz.

Überlegen Sie, was passiert, wenn ein großer LKW mit einem sehr kleinen Auto kollidiert. Wenn Aktion und Reaktion auf die Aufprallkräfte dazwischen, dann in der Tat die Aktion eine gleiche erzeugt und entgegengesetzte Reaktion. Aber durch die Unterschiede in Massen zwischen LKW und PKW, die Auswirkungen dieser Kräfte sind sehr unterschiedlich. Das Auto prallt katastrophal während der viel schwerer LKW kaum verändert.

Nun, da die Prinzipien des Newtons Bewegungsgesetze vorgestellt wurden, werfen wir einen Blick auf das Verhalten von sich bewegenden Objekten, und beziehen sich ihr Verhalten auf drittes Gesetz des Newtons der Bewegung.

Die folgenden Experimente verwenden zwei zweirädrigen Karren, die auf eine lange, niedrige Reibung Weg schieben.

Jeder Wagen verfügt über einen Kraftsensor, verbunden mit einem Computer-Interface für die Datenaufzeichnung. Jeder Sensor ist positioniert, um den Sensor des anderen Wagens bei einer Kollision, Streik oder schieben oder ziehen auf dem Sensor des anderen Wagens, wie sie auf dem Weg schieben.

Bevor Sie beginnen die Kollision Experimente, müssen die Kraftsensoren für Auswirkungen eingerichtet und konfiguriert für das erwartete Maß an Kraft. Zuerst Schrauben Sie ein Gummipuffer auf den Kolben der einzelnen Kraftsensor. Suchen Sie den Schiebeschalter auf der Oberseite der Kraftsensor. Stellen Sie diesen Schalter, um die 50 Newton Position für jeden Sensor.

Die "Sammeln"-Taste, die aussieht wie ein grüner Pfeil beginnt Datenerhebung. Drücken Sie vor jedem Versuch die Taste neben diesen grünen Pfeil den Kraftsensor auf Null.

Beide Kraftsensoren auf Null, dann überprüfen sie um sicherzustellen, dass die positive Richtung für jeden auf der rechten Seite definiert ist. Drücken Sie den Sensor mit den Kolben, der rechts zeigt. Die Kraft-Lesung sollte positiv sein.

Drücken Sie den Sensor mit den Kolben, der Punkte links. Die Kraft-Lesung sollte negativ sein. Wenn beide zwingen Lesungen sind falsch, die Positionen der Wagen dann rückgängig zu machen.

Wenn nur eine Lesart falsch ist, dann gehen Sie zum Menü "Experiment", und wählen Sie "Setup Sensoren." Wählen Sie den entsprechenden Kraftsensor und wählen Sie "Umgekehrten Richtung."

Nachdem die Kraftsensoren korrekt konfiguriert wurden, ist das Gerät bereit für den ersten Versuch, der Wagen der gleichen Masse verwendet. Wählen Sie ein Wagen stationär zu Beginn des Tests sein.

Beide Kraftsensoren Null dann die Taste "Sammeln" Datenaufnahme zu starten. Schieben Sie und lösen Sie den anderen Wagen zu, damit es auf eigene gleitet und mit dem stationären Wagen kollidiert.

Nach dem Aufprall zeigt der Computer ein Grundstück von der "Force vs. Zeit" von jedem Sensor aufgezeichnet. Größen der Spitzenkraft sollte zwischen 8 und 20 Newton. Wenn die Spitzenkraft außerhalb dieses Bereichs liegt, dann wiederholen Sie den Versuch und passen Sie an, wie schwer der Wagen geschoben wird.

Wenn Wagen mit gleicher Masse kollidieren, diese Darstellung zeigt, dass die Kräfte, die sie erleben gleich sind und entgegengesetzte Vorzeichen. Weil Beschleunigung ist Kraft geteilt durch Masse gleich, beschleunigt jeden Wagen mit der gleichen Größe, aber in entgegengesetzter Richtung.

Das zweite Kollision Experiment wiederholt das erste Experiment aber mit Karren der ungleichen Masse. Wählen Sie ein Wagen stationär sein und laden Sie es mit einem oder mehreren Gewichten, so es 2 bis 3 Mal die Masse der bewegten Karre hat.

Null-beide Kraftsensoren, drücken Sie die Taste "Sammeln" und wiederholen das Experiment Kollision durch drücken den Wagen ohne Gewichte in den gewichteten Warenkorb

Wenn die weniger massive beweglichen Wagen mit dem massiveren, stationäre kollidiert, erholen sie mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Trotz Auftritten die Größen der Kräfte tatsächlich gleich sind, wie die Grundstücke zeigen. Dieses Verhalten kann verwirrend sein, aber es ist da weniger massive Warenkorb wieder größere Beschleunigung als die massivere, erfährt, weil Beschleunigung ist Kraft geteilt durch Masse gleich.

Als nächstes übertragen Sie die Gewichte aus dem stationären Warenkorb auf den beweglichen Einkaufswagen, um die Rollen der Wagen umkehren. Wiederhole das Experiment mit dem beweglichen Wagen wird mehr Masse und der stationären Wagen wird weniger massiv. Beide Kraftsensoren Null, und drücken Sie die Taste "Sammeln". Wiederholen Sie das Experiment durch Drücken der gewichteten Warenkorb in das UN-gewichtete.

Wie bei den vorherigen Experiment rebound zwei Wagen mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten, wegen ihrer unterschiedlichen Massen. Allerdings müssen die Aufprallkräfte noch gleiche Magnituden. Also, unabhängig davon, ob der Wagen gleiche oder verschiedene Massen haben, sind die Kollision Kräfte immer gleich in Größe und entgegengesetzt in Richtung.

Drittes Gesetz des Newtons der Bewegung gilt nicht nur für Kollisionen, sondern auch für alle Situationen, wo zwei Objekte interagieren.

Newtons dritte Gesetz gilt auch für das schieben und ziehen Interaktionen zwischen zwei Objekten. Um dieses Phänomen zu untersuchen, wurde das Experiment Wagen geändert durch ersetzt die Gummipuffer auf die Kraftsensoren mit Haken, und dann einhaken der Karren zusammen. Die auslösende Bedingung kehrte sich auch in der Datenerfassungs-Software.

Als Wagen der gleichen Masse gedrückt und, die andere gezogen, die Kräfte waren gleich und entgegengesetzt, trotz der wechselnden Richtung der Bewegung. Immer noch gilt es als zwei Wagen der ungleichen Masse schob und zog das Phänomen.

Physiker versuchen zu verstehen, oft Planetenentstehung studieren Kollisionen. In diesem Beispiel wurden Staubpartikel vorbereitet, um Kollisionen im frühen Sonnensystem zu simulieren. Die Partikel wurden fallengelassen, und ihre Kollision aufgezeichnet.

Die zusammenstoßenden Teilchen ausgeübte Kräfte gegeneinander, die in Größe und entgegengesetzt in Richtung gleich waren. Wenn beide Objekte intakt blieb, führte die Aufprallkräfte zu erholen.

Sie habe nur Jupiters Einführung in die Newtonschen Gesetze der Bewegung beobachtet. Sie sollten nun die Grundlagen der drei Gesetze verstanden, Bewegung und Kräfte auf Objekte wie sie beschreiben. Danke fürs Zuschauen!

Results

Newtons dritte Gesetz besagt, dass wenn zwei Objekte interagieren, das zweite Objekt eine Kraft auf das erste Objekt, das entspricht in Größe und entgegengesetzt in Richtung der Kraft übt, das erste Objekt auf der zweiten ausübt. Dies ist einfach zu Staat, aber es ist schwer zu akzeptieren. Zum Beispiel ist es oft angenommen, dass die Kraft, die ein größeres Objekt auf ein kleineres Objekt ausübt größer als die Kraft ist, das kleinere Objekt wieder ein größeres Objekt ausübt.

Figure 2
Abbildung 2: Ergebnis der ersten Kollision. Die Kräfte, die von den Wagen erlebt sind gleich und entgegengesetzte Vorzeichen.

Figure 3
Abbildung 3 . Ergebnis der zweiten Kollision. Die Kräfte, die von den Wagen erlebt sind gleich und entgegengesetzte Vorzeichen.

Figure 4
Abbildung 4 . Ergebnis der dritten Kollision. Die Kräfte, die von den Wagen erlebt sind gleich und entgegengesetzte Vorzeichen.

Figure 5
Abbildung 5 . Ergebnis der ersten Lage schieben/ziehen. Die Kräfte, die von den Wagen erlebt sind gleich und entgegengesetzte Vorzeichen.

Figure 6
Abbildung 6 . Ergebnis der zweiten Lage schieben/ziehen. Die Kräfte, die von den Wagen erlebt sind gleich und entgegengesetzte Vorzeichen.

Figure 7
Abbildung 7 . Ergebnis der dritten schieben / ziehen Lage. Die Kräfte, die von den Wagen erlebt sind gleich und entgegengesetzte Vorzeichen.

Applications and Summary

Der Begriff behandelt in diesem Experiment, nämlich, das, in allen Interaktionen, die Kraft, die einem Objekt zum anderen gilt in Größe und entgegengesetzt in Richtung der Krafteinwirkung durch das zweite Objekt wieder auf dem ersten entspricht, hat viele Anwendungen. Z. B. (1) die Gravitationskraft die Sonne zur Erde gilt ist gleich und entgegengesetzt der Gravitationskraft die Erde um die Sonne gilt (2) die Gravitationskraft die Erde auf den Mond gilt ist gleich und gegenüber der Gravitationskraft des Mondes bezieht sich auf die Erde. (3) die Gravitationskraft, die die Erde auf einen Apfel ausübt ist gleich und gegenüber der Gravitationskraft der Apfel bezieht sich auf die Erde. (4) bei einer Kollision, z. B., dass zwischen einem Auto und einem LKW auf der Straße oder zwischen zwei Fußballspieler die Kräfte sind immer gleich und gegenüber, unabhängig davon, wie die Massen zu vergleichen. (5) wenn eine Person auf einem Boden steht oder auf einem Stuhl sitzt, übte die Kraft auf, dass die Person durch den Boden oder der Stuhl ist gleich und entgegengesetzt der Kraft übt die Person auf dem Boden oder Stuhl.

(1) Kollision Situationen

  1. Ein Gummipuffer (Abbildung 1) in jedem Kraftsensor einschrauben.
  2. Stellen Sie jede Kraftsensor auf der 50-N.
  3. Null-Kraftsensoren vor jeder Prüfung durch Drücken der Taste "Zero", neben dem grünen Pfeil, der Datenerfassung beginnt.
  4. Überprüfen Sie, ob die positive Richtung (d. h. auf der rechten Seite) entsprechend für jede Kraftsensor definiert ist.
    1. Drücken Sie auf den Kraftsensor auf der rechten Seite des Wagens montiert; Dadurch sollte eine positive Kraft-Lesung. Drücken Sie auf den Kraftsensor auf der linken Seite des Wagens montiert; Dadurch sollte eine negative Kraft-Lesung.
    2. Wenn beide falsch sind, kehren Sie einfach die Position des Wagens.
  5. Wenn nur eine falsche ist, gehen Sie zum Menü"Experiment" und wählen Sie "Setup Sensoren." Wählen Sie den entsprechenden Kraftsensor und wählen Sie "Umgekehrten Richtung."
  6. Die erste Kollision beinhaltet Karren von gleicher Masse. Ein Wagen stationär vor der Kollision zu benennen. Der andere Wagen erhalten eine Anfangsgeschwindigkeit in Richtung der stationären Wagen so, dass die Wagen kollidieren.
  7. Klicke auf "Sammeln" (grüner Pfeil) vor einem Wagen in die andere Richtung schieben. Geben Sie ein Wagen einen kleinen Schubs zu, lassen Sie den Wagen und beobachten Sie die Kollision zu. Kraft Spitzenwerte von etwa 8 bis 20 N sollte in einer typischen Studie beobachtet werden. Passen Sie den Anstoß, wenn Kraft Spitzenwerte viel kleiner als oder größer als dieser Bereich sind.
  8. Nach der Kollision wird der Computer ein Diagramm "Force vs. Zeit," anzuzeigen, wie jeder Kraftsensor erfasst.
    1. Wenn die Grafiken nicht angezeigt werden, kehren Sie die Auslösung.
    2. Nach dem Drücken der Schaltfläche "Sammeln", keine Daten tatsächlich aufgezeichnet, bis eines der Kraftsensoren einen Wert über (oder unter) zeichnet eine gewisse Trigger. Jedoch wenn der Triggerpegel wird auf einen positiven Wert festgelegt und der Kraftsensor nur negative Kraftwerte gibt, oder umgekehrt, des Computers nie wird empfangen Sie das Signal erzählen, um Daten zu erfassen.
    3. Um zu überprüfen, oder umgekehrt, die Trigger-Einstellung drücken Sie das Symbol "Datenerfassung" (sofort, die links neben der Schaltfläche "Null") und wählen Sie die Registerkarte "Auslösen".
  9. Die beiden Optionen, die in diesem Experiment verwendet werden "Erhöhung über 0,2 N" und "Abnehmende auf -0,2 N." Wenn eine dieser Einstellungen nicht das notwendige auslösen verursacht, zum anderen wechseln.
    1. In der zweiten Kollision müsste der stationären Wagen 2-bis 3-Mal die Masse des Wagens, die vor der Kollision verschoben werden. Um dies zu erreichen, fügen Sie ein oder mehrere Gewichte in den stationären Warenkorb. Wiederholen Sie den Vorgang (siehe die folgenden Schritte).
    2. Die höhere Masse Wagen stationär vor der Kollision zu benennen.
    3. Drücken Sie die Taste "Sammeln" und schiebt das untere-Masse-Wagen in Richtung der höheren Masse Wagen.
    4. Der Computer wird die beiden "Kraft vs. Zeit" Diagramme anzeigen.

In der dritten Kollision sollte der Wagen, der vor der Kollision bewegt sich 2-bis 3-Mal die Masse der stationären Karre haben. Erreichen Sie dies durch das zusätzliche Gewicht von einem Wagen zum anderen übertragen. Wiederholen Sie den Prozess der Durchführung der Kollision und die Daten zu sammeln.

(2) schieben und ziehen von Situationen

  1. Ersetzen Sie die Gummipuffer auf jeder Kraftsensor mit Haken.
  2. Haken Sie die Wagen zusammen, um ein Wagen zum Schieben oder ziehen den anderen Wagen zu ermöglichen.
  3. Kehren Sie die auslösende Bedingung, wie in Schritt 1,8 beschrieben.
  4. Beginnen Sie mit Karren von gleicher Masse.
  5. Drücken Sie die Taste "Sammeln".
  6. Ziehen oder schieben einer der Wagen, so dass es zieht oder die andere Wagen bzw. schiebt oder rock es hin und her so, dass es sowohl ziehen und schieben auftreten.
  7. Geben, wobei die Karre gezogen bzw. geschoben 2-bis 3-Mal die Masse des anderen Wagens. Wiederholen Sie die Datenerhebung.
    1. Notieren Sie die "vs. Zeit" Kraftdaten für dieses Szenario schieben/ziehen.
  8. Geben Sie den Warenkorb/tut das ziehen oder schieben 2-bis 3-Mal die Masse des anderen Wagens. Wiederholen Sie die Datenerhebung.
    1. Notieren Sie die "vs. Zeit" Kraftdaten in diesem Szenario schieben/ziehen.

Newtons Gesetze der Bewegung sind die Basis für die klassische Mechanik und beschreiben die Beziehung zwischen einem Objekt und die auf ihn wirkenden Kräfte.

Beispielsweise wenn eine Rakete ruht auf dem Launchpad vor dem Start, ausüben die Rakete und den Boden gleich und Gegenteil Kräfte aufeinander. Nehmen ausgeschaltet werden oder wenn die Rakete im Weltraum, das expandierende Gas aus den brennenden Treibstoff drückt gegen die Rakete ist und nach vorne treibt. Weniger offensichtlich ist jedoch, dass die Rakete gegen das Gas gleichzeitig drückt. Diese einfache Phänomene gehorchen Newtons Gesetze der Bewegung, wenn die Kräfte am Werk möglicherweise nicht offensichtlich, weil Kräfte nicht immer sichtbar sind.

Dieses Video wird vermittelt Grundkenntnisse über die Newtonschen Gesetze der Bewegung, und dann das Konzept durch eine Reihe von Experimenten, die Messung der Kräfte zwischen zwei zweirädrigen Karren in verschiedenen Situationen zeigen.

Newtons Gesetze der Bewegung bestehen aus drei wichtige Gesetze. Das erste Gesetz ist die einfachste, und Staaten, die ein Objekt in Ruhe in Ruhe, bleibt es sei denn, durch eine Kraft beaufschlagt. In ähnlicher Weise bleibt ein Objekt in Bewegung in Bewegung, es sei denn, durch eine Kraft beaufschlagt. Insbesondere, wenn die net Kräfte auf das Objekt Null sind, ist die Geschwindigkeit des Objekts konstant, ob die Geschwindigkeit Null oder nicht ist. Eine ausgeübte Kraft, z. B. den Ball oder gegen die Wand, bewirkt jedoch, dass die Geschwindigkeit des Objekts zu ändern.

Newtons zweite Gesetz besagt, dass die Rate der Änderung der ein Objekte-Geschwindigkeit, Beschleunigung, genannt direkt proportional zu der Kraft, die angewendet wird. Der Proportionalitätsfaktor ist die Masse des Objekts selbst.

Das heißt, wenn ein Objekt beschleunigt, gibt es eine Nettokraft drauf. Dieses Gesetz steht im Einklang mit dem ersten Gesetz, wo ist die Änderungsrate der Geschwindigkeit seine Beschleunigung des Objekts - null wenn es keine Nettokraft angewendet.

Schließlich stellt Newtons dritte Gesetz, dass die Kräfte der beiden Objekte aufeinander wirkenden im Umfang, sondern entgegengesetzt in Richtung gleich sind

Dieses Verhalten ist oft schwer zu verstehen. Zum Beispiel, wenn zwei Objekte von verschiedenen Massen kollidieren, oft davon aus, dass mehr massive Objekt eine größere Kraft als die weniger massiv Objekt ausübt. Allerdings sind die Kräfte gleich und gegenüber.

Newtons dritte Gesetz drückt häufig mit dem Satz: "für jede Aktion gibt es eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion." Um genau zu sein, werden die Kräfte zwischen zwei interagierenden Objekten genannt "Aktion-Reaktion Paaren", die in Größe und entgegengesetzt in Richtung gleich sind.

Aber die Antworten der Objekte-das heißt, ihr Beschleunigungen kann nicht gleich sein. Deshalb, weil die Beschleunigung umgekehrt proportional zur ist Masse nach Newtons zweites Gesetz.

Überlegen Sie, was passiert, wenn ein großer LKW mit einem sehr kleinen Auto kollidiert. Wenn Aktion und Reaktion auf die Aufprallkräfte dazwischen, dann in der Tat die Aktion eine gleiche erzeugt und entgegengesetzte Reaktion. Aber durch die Unterschiede in Massen zwischen LKW und PKW, die Auswirkungen dieser Kräfte sind sehr unterschiedlich. Das Auto prallt katastrophal während der viel schwerer LKW kaum verändert.

Nun, da die Prinzipien des Newtons Bewegungsgesetze vorgestellt wurden, werfen wir einen Blick auf das Verhalten von sich bewegenden Objekten, und beziehen sich ihr Verhalten auf drittes Gesetz des Newtons der Bewegung.

Die folgenden Experimente verwenden zwei zweirädrigen Karren, die auf eine lange, niedrige Reibung Weg schieben.

Jeder Wagen verfügt über einen Kraftsensor, verbunden mit einem Computer-Interface für die Datenaufzeichnung. Jeder Sensor ist positioniert, um den Sensor des anderen Wagens bei einer Kollision, Streik oder schieben oder ziehen auf dem Sensor des anderen Wagens, wie sie auf dem Weg schieben.

Bevor Sie beginnen die Kollision Experimente, müssen die Kraftsensoren für Auswirkungen eingerichtet und konfiguriert für das erwartete Maß an Kraft. Zuerst Schrauben Sie ein Gummipuffer auf den Kolben der einzelnen Kraftsensor. Suchen Sie den Schiebeschalter auf der Oberseite der Kraftsensor. Stellen Sie diesen Schalter, um die 50 Newton Position für jeden Sensor.

Die "Sammeln"-Taste, die aussieht wie ein grüner Pfeil beginnt Datenerhebung. Drücken Sie vor jedem Versuch die Taste neben diesen grünen Pfeil den Kraftsensor auf Null.

Beide Kraftsensoren auf Null, dann überprüfen sie um sicherzustellen, dass die positive Richtung für jeden auf der rechten Seite definiert ist. Drücken Sie den Sensor mit den Kolben, der rechts zeigt. Die Kraft-Lesung sollte positiv sein.

Drücken Sie den Sensor mit den Kolben, der Punkte links. Die Kraft-Lesung sollte negativ sein. Wenn beide zwingen Lesungen sind falsch, die Positionen der Wagen dann rückgängig zu machen.

Wenn nur eine Lesart falsch ist, dann gehen Sie zum Menü "Experiment", und wählen Sie "Setup Sensoren." Wählen Sie den entsprechenden Kraftsensor und wählen Sie "Umgekehrten Richtung."

Nachdem die Kraftsensoren korrekt konfiguriert wurden, ist das Gerät bereit für den ersten Versuch, der Wagen der gleichen Masse verwendet. Wählen Sie ein Wagen stationär zu Beginn des Tests sein.

Beide Kraftsensoren Null dann die Taste "Sammeln" Datenaufnahme zu starten. Schieben Sie und lösen Sie den anderen Wagen zu, damit es auf eigene gleitet und mit dem stationären Wagen kollidiert.

Nach dem Aufprall zeigt der Computer ein Grundstück von der "Force vs. Zeit" von jedem Sensor aufgezeichnet. Größen der Spitzenkraft sollte zwischen 8 und 20 Newton. Wenn die Spitzenkraft außerhalb dieses Bereichs liegt, dann wiederholen Sie den Versuch und passen Sie an, wie schwer der Wagen geschoben wird.

Wenn Wagen mit gleicher Masse kollidieren, diese Darstellung zeigt, dass die Kräfte, die sie erleben gleich sind und entgegengesetzte Vorzeichen. Weil Beschleunigung ist Kraft geteilt durch Masse gleich, beschleunigt jeden Wagen mit der gleichen Größe, aber in entgegengesetzter Richtung.

Das zweite Kollision Experiment wiederholt das erste Experiment aber mit Karren der ungleichen Masse. Wählen Sie ein Wagen stationär sein und laden Sie es mit einem oder mehreren Gewichten, so es 2 bis 3 Mal die Masse der bewegten Karre hat.

Null-beide Kraftsensoren, drücken Sie die Taste "Sammeln" und wiederholen das Experiment Kollision durch drücken den Wagen ohne Gewichte in den gewichteten Warenkorb

Wenn die weniger massive beweglichen Wagen mit dem massiveren, stationäre kollidiert, erholen sie mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Trotz Auftritten die Größen der Kräfte tatsächlich gleich sind, wie die Grundstücke zeigen. Dieses Verhalten kann verwirrend sein, aber es ist da weniger massive Warenkorb wieder größere Beschleunigung als die massivere, erfährt, weil Beschleunigung ist Kraft geteilt durch Masse gleich.

Als nächstes übertragen Sie die Gewichte aus dem stationären Warenkorb auf den beweglichen Einkaufswagen, um die Rollen der Wagen umkehren. Wiederhole das Experiment mit dem beweglichen Wagen wird mehr Masse und der stationären Wagen wird weniger massiv. Beide Kraftsensoren Null, und drücken Sie die Taste "Sammeln". Wiederholen Sie das Experiment durch Drücken der gewichteten Warenkorb in das UN-gewichtete.

Wie bei den vorherigen Experiment rebound zwei Wagen mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten, wegen ihrer unterschiedlichen Massen. Allerdings müssen die Aufprallkräfte noch gleiche Magnituden. Also, unabhängig davon, ob der Wagen gleiche oder verschiedene Massen haben, sind die Kollision Kräfte immer gleich in Größe und entgegengesetzt in Richtung.

Drittes Gesetz des Newtons der Bewegung gilt nicht nur für Kollisionen, sondern auch für alle Situationen, wo zwei Objekte interagieren.

Newtons dritte Gesetz gilt auch für das schieben und ziehen Interaktionen zwischen zwei Objekten. Um dieses Phänomen zu untersuchen, wurde das Experiment Wagen geändert durch ersetzt die Gummipuffer auf die Kraftsensoren mit Haken, und dann einhaken der Karren zusammen. Die auslösende Bedingung kehrte sich auch in der Datenerfassungs-Software.

Als Wagen der gleichen Masse gedrückt und, die andere gezogen, die Kräfte waren gleich und entgegengesetzt, trotz der wechselnden Richtung der Bewegung. Immer noch gilt es als zwei Wagen der ungleichen Masse schob und zog das Phänomen.

Physiker versuchen zu verstehen, oft Planetenentstehung studieren Kollisionen. In diesem Beispiel wurden Staubpartikel vorbereitet, um Kollisionen im frühen Sonnensystem zu simulieren. Die Partikel wurden fallengelassen, und ihre Kollision aufgezeichnet.

Die zusammenstoßenden Teilchen ausgeübte Kräfte gegeneinander, die in Größe und entgegengesetzt in Richtung gleich waren. Wenn beide Objekte intakt blieb, führte die Aufprallkräfte zu erholen.

Sie habe nur Jupiters Einführung in die Newtonschen Gesetze der Bewegung beobachtet. Sie sollten nun die Grundlagen der drei Gesetze verstanden, Bewegung und Kräfte auf Objekte wie sie beschreiben. Danke fürs Zuschauen!

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