Las leyes del movimiento de Newton

Las leyes de Newton del movimiento son la base para mecánicos clásicos y describen la relación entre un objeto y las fuerzas que actúan sobre él.

Por ejemplo, cuando un cohete está en reposo sobre la plataforma antes de su lanzamiento, el cohete y la tierra ejercen fuerzas de igual y opuesto el uno del otro. Tomar off, o cuando el cohete está en el espacio, el gas de expansión de la quema combustible empuja contra el cohete y propulsa hacia adelante. Menos evidentes, sin embargo, es que el cohete empuja contra el gas al mismo tiempo. Estos fenómenos simple obedecen las leyes de Newton del movimiento, aunque las fuerzas en el trabajo pueden no ser obvias porque las fuerzas no siempre son visibles.

Este video se introducen los conceptos básicos de las leyes de Newton del movimiento y entonces demostrar el concepto a través de una serie de experimentos midiendo las fuerzas entre dos carretillas en diversas situaciones.

Las leyes de Newton del movimiento consisten en tres leyes fundamentales. La primera ley es la más simple, y Estados que un objeto en reposo permanece en reposo, a menos que actuaban por una fuerza. Del mismo modo, un objeto en movimiento permanece en movimiento a menos que actúe sobre por una fuerza. Específicamente, si las fuerzas netas del objeto están cero, la velocidad del objeto es constante, si la velocidad es cero o no. Sin embargo, una fuerza aplicada, como patear la pelota o golpear la pared, hace que la velocidad del objeto a modificar.

Segunda ley de Newton afirma que la tasa de cambio de una velocidad de objetos, llamado aceleración, es directamente proporcional a la fuerza aplicada a él. El factor de proporcionalidad es la masa del objeto sí mismo.

En otras palabras, si un objeto se está acelerando, hay una fuerza neta sobre él. Esta ley es coherente con la primera ley, donde la tasa de cambio de aceleración en su velocidad - de un objeto es cero cuando no hay fuerza neta aplicada.

Finalmente, la tercera ley de Newton afirma que las fuerzas de dos objetos actuando mutuamente son iguales en magnitud pero opuesto en dirección

Este comportamiento es a menudo difícil de entender. Por ejemplo, cuando colisionan dos objetos de masas diferentes, a menudo se asume que el objeto más masivo ejerce una fuerza más grande que el objeto menos masivo. Sin embargo, las fuerzas son iguales y frente a.

Tercera ley de Newton se expresa comúnmente con la frase, "para cada acción hay un igual y opuesta reacción." Para ser específicos, las fuerzas entre dos objetos interactúan se llaman "pares de acción-reacción", que son iguales en magnitud y opuestas en dirección.

Pero las respuestas de los objetos-es decir, su aceleraciones-puede no ser igual. Esto es porque la aceleración es inversamente proporcional a la masa según la segunda ley de Newton.

Considere lo que sucede cuando un gran camión choca con un coche muy pequeño. Si acción y reacción se refieren a las fuerzas de impacto entre ellos, entonces de hecho la acción de producir a un igual y opuesta reacción. Pero debido a las diferencias significativas en las masas entre el camión y coche, los efectos de estas fuerzas son muy diferentes. El coche rebota catastrófico mientras el carro mucho más masivo apenas cambia de rumbo.

Ahora que se presentan los principios de las leyes de Newton del movimiento, vamos a echar un vistazo al comportamiento de objetos en movimiento y su comportamiento se relaciona con la tercera ley de Newton del movimiento.

Los siguientes experimentos utilizan dos carros con ruedas, que resbalan en una pista larga, baja fricción.

Cada carro está equipado con un sensor de fuerza conectado a una interfaz de computadora para registrar los datos. Cada sensor se coloca para golpear el sensor del otro carro durante una colisión, o para empujar o jalar en el sensor del otro carro como se deslizan sobre la pista.

Antes de iniciar los experimentos de colisión, los sensores de fuerza de impacto y configurados para el nivel esperado de la fuerza. En primer lugar, atornille un tope de goma en el émbolo de cada sensor de fuerza. Localice el interruptor en la parte superior del sensor de fuerza. Fije este interruptor en la posición 50 de Newton para cada sensor.

El botón "Cobrar", que parece una flecha verde, comienza la recolección de datos. Antes de cada experimento, presione el botón al lado de esta flecha verde a cero el sensor de fuerza.

Cero dos sensores de fuerza y comprobar para asegurarse de que la dirección positiva de cada uno se define a la derecha. Empuje el sensor con el émbolo que apunta a la derecha. La lectura de la fuerza debe ser positivo.

Empuje el sensor con el émbolo que apunta a la izquierda. La lectura de la fuerza debe ser negativo. Si ambas lecturas de fuerza están equivocadas, luego invierta las posiciones de los carros.

Si sólo hay una lectura equivocada, luego ir al menú de "Experimento" y seleccione "Configuración sensores." Seleccione el sensor de fuerza apropiada y seleccione "Hacia atrás".

Después de que los sensores de fuerza han sido configurados correctamente, el aparato está listo para el primer experimento, que utiliza carros de igual masa. Elegir un carrito para ser inmóvil en el inicio de la prueba.

Cero dos sensores de fuerza y luego presione el botón "Recoger" para iniciar la grabación de datos. Pulse y suelte el otro carro para que las diapositivas en su propia y choca con el carro inmóvil.

Después del impacto, el ordenador muestra una parcela de la "fuerza vs tiempo" grabada por cada sensor. Magnitudes de la fuerza máxima deben estar entre 8 y 20 Newtons. Si la fuerza máxima es fuera de este rango, luego repetir el experimento y ajustar mucho el carro es empujado.

Cuando carros de igual masa chocan, este gráfico muestra que las fuerzas que experimentan son iguales y opuestas. Porque la aceleración es igual a la fuerza dividida por la masa, cada carro se acelera con la misma magnitud pero en direcciones opuestas.

El segundo experimento de colisión repite el primer experimento, pero con carros de masas desiguales. Elegir un carro inmóvil y cargar con uno o más pesos, por lo que tiene de 2 a 3 veces la masa del carro móvil.

Cero dos sensores de fuerza, presione el botón "Recoger" y repetir el experimento de colisión empujando el carro sin peso en la cesta ponderada

Cuando el carro móvil menos masivo choca con el más masivo, inmóvil, rebotan con velocidades muy diferentes. A pesar de las apariencias, las magnitudes de las fuerzas son realmente iguales, como muestran claramente las parcelas. Este comportamiento puede resultar confuso, pero es porque el carro menos masivo experimenta mayor aceleración que la más masiva, otra vez porque la aceleración es igual a la fuerza dividida por la masa.

A continuación, transferir el peso del carro inmóvil al carro móvil para invertir los papeles de los carros. Repetir el experimento con el carrito móvil siendo más masivo y el carro inmóvil ser menos masivos. Cero dos sensores de fuerza y presione el botón "Recoger". Repetir el experimento empujando la cesta ponderada en la uno no ponderada.

Como con el anterior experimento, los dos carros de rebote con velocidades muy diferentes, debido a sus diferentes masas. Sin embargo, las fuerzas de impacto todavía tienen magnitudes iguales. Por lo tanto, independientemente de si los carros tienen masas iguales o diferentes, las fuerzas de colisión son siempre iguales en magnitud y opuestas en dirección.

Tercera ley de Newton del movimiento se aplica no sólo a las colisiones, sino también a todas las situaciones donde interactúan dos objetos.

Tercera ley de Newton se aplica también a las interacciones empuja y tira entre dos objetos. Para examinar este fenómeno, el experimento de carro fue modificado reemplazando los topes de goma en los sensores de fuerza con ganchos, y luego enganchar los carros juntos. La condición de disparo también fue invertida en el software de colección de datos.

Cuando carros de igual masa y tiraron el otro, las fuerzas son iguales y opuestas, a pesar del cambio de sentido de movimiento. Cuando dos carros de masas desiguales se empujó y tiró el fenómeno sigue siendo válida.

Físicos, tratando de comprender la formación planetaria a menudo estudian de colisiones. En este ejemplo, las partículas de polvo se prepararon para simular colisiones en el sistema solar temprano. Las partículas fueron lanzadas, y registró su colisión.

Las partículas que colisionan ejercen fuerzas contra otras, que eran iguales en magnitud y opuestas en dirección. Cuando ambos objetos permanecieron intactos, las fuerzas de impacto causaron a rebote.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a las leyes de Newton del movimiento. Ahora debe comprender los conceptos básicos de las tres leyes, como describen movimiento y fuerzas en los objetos. ¡Gracias por ver!