뉴턴의 운동 법칙

뉴턴의 움직임법칙은 고전 역학의 기초이며 물체와 그 에 작용하는 세력 사이의 관계를 설명합니다.

예를 들어 로켓이 발사 전에 발사대에 쉬고 있을 때 로켓과 지면은 서로 동등한 반대의 힘을 발휘합니다. 이륙하거나 로켓이 우주에 있을 때, 불타는 연료에서 팽창하는 가스가 로켓을 밀어내고 앞으로 추진합니다. 그러나 로켓이 동시에 가스를 밀어붙인다는 것은 덜 명백합니다. 이러한 간단한 현상은 뉴턴의 운동 법칙에 순종하지만, 힘이 항상 보이지 않기 때문에 직장에서의 힘이 분명하지 는 않을 수 있습니다.

이 비디오는 뉴턴의 동작 법칙의 기초를 소개한 다음 다양한 상황에서 두 개의 바퀴달린 카트 사이의 힘을 측정하는 일련의 실험을 통해 개념을 보여줍니다.

뉴턴의 동의법칙은 세 가지 주요 법률로 구성됩니다. 첫 번째 법은 가장 간단하며, 힘에 의해 행동하지 않는 한, 휴식에 개체가 휴식 에 남아 있음을 말한다. 마찬가지로, 모션 오브젝트는 힘에 의해 행동하지 않는 한 동작으로 유지됩니다. 특히 오브젝트의 순 힘이 0인 경우 속도가 0인지 아닌지 여부는 개체의 속도가 일정합니다. 그러나 공을 걷어차거나 벽에 부딪히는 것과 같은 적용된 힘이 물체의 속도가 바뀝니다.

뉴턴의 두 번째 법에 따르면 가속이라고 불리는 물체 속도의 변화 속도는 적용된 힘에 직접적으로 비례한다고 명시되어 있습니다. 비례성 계수는 개체 자체의 질량입니다.

즉, 개체가 가속화되면 순 힘이 있습니다. 이 법은 물체의 속도 변화의 속도 -의 가속 - 순 힘이 적용되지 않을 때 0인 첫 번째 법과 일치합니다.

마지막으로, 뉴턴의 세 번째 법은 서로 행동하는 두 물체의 힘이 크기가 같지만 방향에 반대한다고 명시하고 있습니다.

이 동작은 종종 이해하기 어렵다. 예를 들어 서로 다른 질량의 두 오브젝트가 충돌할 때 더 많은 거대한 물체가 덜 거대한 오브젝트보다 더 큰 힘을 발휘한다고 가정합니다. 그러나 힘은 같고반대입니다.

뉴턴의 세 번째 법은 일반적으로 문구와 함께 표현된다, "모든 행동에 대한 동등하고 반대의 반응이있다." 구체적으로 두 상호 작용하는 개체 사이의 힘을 "액션 반응 쌍"이라고 하며, 이는 크기와 방향반대입니다.

그러나 객체의 응답즉, 가속도는 같지 않을 수 있습니다. 이는 가속화가 뉴턴의 제2법칙에 따라 질량에 반비례하기 때문이다.

매우 큰 트럭이 매우 작은 자동차와 충돌 할 때 무슨 일이 일어나는지 생각해 보십시오. 행동과 반응이 그들 사이의 충격 힘을 참조하는 경우, 실제로 행동은 동등하고 반대의 반응을 생성않습니다. 그러나 트럭과 자동차 사이의 질량의 상당한 차이 때문에, 이러한 힘의 효과는 매우 다르다. 훨씬 더 거대한 트럭이 코스를 거의 변경하지 않지만 자동차는 치명적으로 반등합니다.

뉴턴의 운동 법칙의 원칙이 제시되었으므로, 움직이는 물체의 행동을 살펴보고 뉴턴의 세 번째 운동 법칙과 그들의 행동을 관련시키자.

다음 실험은 길고 낮은 마찰 트랙에서 미끄러지는 두 개의 바퀴 달린 카트를 사용합니다.

각 카트에는 데이터 기록을 위해 컴퓨터 인터페이스에 연결된 힘 센서가 장착되어 있습니다. 각 센서는 충돌 중에 다른 카트의 센서를 공격하거나 트랙에서 슬라이드할 때 다른 카트의 센서를 밀거나 당길 수 있도록 배치됩니다.

충돌 실험을 시작하기 전에 충격을 위해 힘 센서를 설치하고 예상되는 수준의 힘에 맞게 구성해야 합니다. 먼저 고무 범퍼를 각 힘 센서의 플런저에 나사로 고정합니다. 힘 센서 위에 슬라이드 스위치를 찾습니다. 각 센서에 대해 이 스위치를 50 뉴턴 위치로 설정합니다.

녹색 화살표처럼 보이는 "수집" 버튼은 데이터 수집을 시작합니다. 각 실험 전에 이 녹색 화살표 옆의 버튼을 눌러 힘 센서를 0으로 설정합니다.

그런 다음 두 힘 센서가 모두 0으로 확인되어 각 센서의 양수 방향이 오른쪽에 정의되었는지 확인합니다. 오른쪽 을 가리키는 플런저로 센서를 밀어 넣습니다. 힘 읽기는 긍정적이어야 합니다.

왼쪽 포인트 플런저와 센서에 밀어 넣습니다. 힘 판독은 부정적이어야 합니다. 두 힘 판독값이 잘못된 경우 카트의 위치를 반전합니다.

하나의 판독값만 잘못하면 "실험" 메뉴로 이동하여 "설정 센서"를 선택합니다. 적절한 힘 센서를 선택하고 "역방향"을 선택합니다.

힘 센서를 올바르게 구성한 후, 장치는 동일한 질량의 카트를 사용하는 첫 번째 실험에 대한 준비가 되어 있습니다. 테스트 시작 시 고정할 수 있는 카트 하나를 선택합니다.

그런 다음 두 힘 센서가 모두 0인 경우 "수집" 버튼을 눌러 데이터 레코딩을 시작합니다. 다른 카트를 밀고 놓아 서 자체적으로 슬라이드를 하고 고정 된 카트와 충돌합니다.

충격 후 컴퓨터는 각 센서에 의해 기록된 "힘 대 시간"의 플롯을 표시합니다. 피크 힘의 크기는 8과 20 뉴턴 사이여야합니다. 피크 힘이 이 범위 밖에 있으면 실험을 반복하고 카트가 푸시되는 정도를 조정합니다.

질량이 동일한 수레가 충돌할 때 이 플롯은 그들이 경험하는 힘이 동일하고 반대임을 보여줍니다. 가속은 질량으로 분할된 힘과 같기 때문에 각 수레는 동일한 크기이지만 반대 방향으로 가속합니다.

두 번째 충돌 실험은 첫 번째 실험을 반복하지만 불평등한 질량의 카트로 반복됩니다. 하나의 카트를 고정하고 하나 이상의 가중치로 로드하여 움직이는 카트의 질량을 2~3배 나에 추가로 로드합니다.

제로 양면 센서, "수집" 버튼을 누르고 가중치 없이 카트를 가중치 없이 카트를 가중치가 가중된 카트에 밀어 충돌 실험을 반복합니다.

덜 거대한 움직이는 카트가 더 거대하고 고정된 카트와 충돌하면 매우 다른 속도로 반등합니다. 외관에도 불구하고, 플롯이 명확하게 보여 주듯이, 힘의 크기는 실제로 동일합니다. 이 동작은 혼란스러울 수 있지만 가속이 질량으로 분할된 힘과 같기 때문에 대규모 카트가 더 큰 가속을 경험하기 때문입니다.

다음으로, 고정 카트에서 움직이는 카트로 가중치를 전송하여 카트의 역할을 반전시면 됩니다. 움직이는 카트가 더 거대하고 고정 된 수레가 덜 거대하다는 실험을 반복하십시오. 두 개의 힘 센서를 0으로 하고 "수집" 버튼을 누릅니다. 가중치가 있는 카트를 가중치가 없는 카트로 밀어 실험을 반복합니다.

이전 실험과 마찬가지로 두 카트는 서로 다른 질량 때문에 매우 다른 속도로 반등합니다. 그러나 충격력은 여전히 크기가 동일합니다. 따라서 수레에 질량이 같든 다른지 여부에 관계없이 충돌 력은 항상 크기가 같으며 방향반대입니다.

뉴턴의 세 번째 동작 법칙은 충돌뿐만 아니라 두 개체가 상호 작용하는 모든 상황에도 적용됩니다.

뉴턴의 세 번째 법칙은 두 개체 간의 밀고 당기는 상호 작용에도 적용됩니다. 이 현상을 검사하기 위해 수레 실험은 힘 센서의 고무 범퍼를 후크로 교체한 다음 카트를 함께 연결하여 수정했습니다. 데이터 수집 소프트웨어에서도 트리거링 조건이 반전되었습니다.

동등한 질량의 수레가 다른 쪽을 밀고 당겼을 때, 힘의 변화하는 방향에도 불구하고 힘은 동등하고 반대였다. 불평등한 덩어리의 두 개의 수레가 밀려당겨졌을 때 현상은 여전히 사실입니다.

행성 형성을 이해하려고 물리학자들은 종종 충돌을 연구합니다. 이 예에서는 초기 태양계의 충돌을 시뮬레이션하기 위해 먼지 입자가 준비되었습니다. 입자가 떨어졌고 충돌이 기록되었습니다.

충돌하는 입자는 서로 힘을 가졌고, 이는 크기가 같고 방향이 반대되었습니다. 두 물체가 그대로 유지되면 충격력이 반등했습니다.

당신은 단지 뉴턴의 운동의 법칙에 조브의 소개를 보았다. 이제 세 법칙의 기본 사항, 개체에 대한 움직임과 힘을 설명하는 방법을 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!