Newtonsche Gesetze der Bewegung

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!