الفيزياء كعلم يدرس قوانين كوننا ، ويستخدم منهجية بحث قياسية ونظامًا معينًا لوحدات القياس. يشار إلى وحدة القوة عادة بـ N (نيوتن). ما هي القوة وكيف تجدها وقياسها؟ دعنا نستكشف هذه المشكلة بمزيد من التفصيل.
مثيرة للاهتمام من التاريخ
إسحاق نيوتن هو عالم إنجليزي بارز من القرن السابع عشر قدم مساهمة لا تقدر بثمن في تطوير العلوم الرياضية الدقيقة. إنه أب الفيزياء الكلاسيكية. تمكن من وصف القوانين التي تحكم كل من الأجرام السماوية الضخمة وحبيبات الرمل الصغيرة التي تحملها الرياح. أحد اكتشافاته الرئيسية هو قانون الجاذبية الكونية والقوانين الأساسية الثلاثة للميكانيكا التي تصف تفاعل الأجسام في الطبيعة. في وقت لاحق ، تمكن علماء آخرون من اشتقاق قوانين الاحتكاك والراحة والانزلاق فقط بفضل الاكتشافات العلمية لإسحاق نيوتن.
قليلا من النظرية
تمت تسمية الكمية المادية على اسم عالم. نيوتن وحدة قوة. يمكن وصف تعريف القوة على النحو التالي: "القوة هي مقياس كمي للتفاعل بين الأجسام ، أو كمية ،الذي يميز درجة شدة او توتر الاجساد"
القوة تقاس بالنيوتن لسبب ما. كان هذا العالم هو من وضع ثلاثة قوانين "قوية" لا تتزعزع حتى يومنا هذا. دعونا ندرسها بأمثلة.
القانون الأول
للحصول على فهم كامل للأسئلة: "ما هو النيوتن؟" ، "وحدة قياس ماذا؟" و "ما هو معناها المادي؟" ، يجدر دراسة القوانين الأساسية الثلاثة للميكانيكا بعناية.
الأول يقول أنه إذا لم يتأثر الجسم بأجسام أخرى ، فسيكون في حالة راحة. وإذا كان الجسم في حالة حركة ، ففي حالة عدم وجود أي عمل عليه ، فإنه سيستمر في حركته المنتظمة في خط مستقيم.
تخيل أن كتابًا معينًا بكتلة معينة يقع على سطح طاولة مستو. بالإشارة إلى جميع القوى المؤثرة عليها ، نتوصل إلى أن هذه هي قوة الجاذبية ، والتي يتم توجيهها رأسياً إلى أسفل ، وقوة رد فعل الدعم (في هذه الحالة ، الجدول) ، موجهة عموديًا لأعلى. نظرًا لأن كلا القوتين يوازنان أفعال بعضهما البعض ، فإن حجم القوة المحصلة هو صفر. وفقًا لقانون نيوتن الأول ، هذا هو سبب بقاء الكتاب في حالة سكون.
القانون الثاني
يصف العلاقة بين القوة المؤثرة على الجسم والتسارع الذي يتلقاه بسبب القوة المطبقة. كان إسحاق نيوتن ، عند صياغة هذا القانون ، أول من استخدم القيمة الثابتة للكتلة كمقياس لإظهار الجمود والقصور الذاتي للجسم. يسمونه الجمودقدرة أو خاصية الأجسام على الحفاظ على وضعها الأصلي ، أي مقاومة التأثيرات الخارجية.
غالبًا ما يتم وصف القانون الثاني بالصيغة التالية: F=am ؛ حيث F هي نتيجة جميع القوى المطبقة على الجسم ، و a هي التسارع الذي يستقبله الجسم ، و m هي كتلة الجسم. يتم التعبير عن القوة في النهاية بالكيلو جرامم / ث2. يشار إلى هذا التعبير عادة بالنيوتن.
ما هو النيوتن في الفيزياء ، ما هو تعريف التسارع وكيف يرتبط بالقوة؟ تتم الإجابة على هذه الأسئلة من خلال صيغة القانون الثاني للميكانيكا. يجب أن يكون مفهوما أن هذا القانون يعمل فقط مع تلك الأجسام التي تتحرك بسرعات أقل بكثير من سرعة الضوء. عند سرعات قريبة من سرعة الضوء ، تعمل قوانين مختلفة قليلاً ، تم تكييفها بواسطة قسم خاص من الفيزياء حول نظرية النسبية.
قانون نيوتن الثالث
ربما يكون هذا هو القانون الأكثر سهولة ومفهومًا الذي يصف تفاعل جسمين. يقول أن جميع القوى تنشأ في أزواج ، أي إذا كان أحد الجسد يعمل على الآخر بقوة معينة ، فإن الجسم الثاني بدوره يعمل أيضًا على الأول بقوة متساوية.
الصياغة ذاتها للقانون من قبل العلماء هي كما يلي: "… تفاعلات جسدين على بعضهما البعض متساوية مع بعضها البعض ، لكنها موجهة في اتجاهين متعاكسين."
لنكتشف ما هو نيوتن. لذلك ، من المعتاد في الفيزياء النظر في كل شيء يتعلق بظواهر معينةفيما يلي بعض الأمثلة التي تصف قوانين الميكانيكا.
- تتحرك الطيور المائية مثل البط أو الأسماك أو الضفادع في الماء أو عبره بدقة من خلال التفاعل معه. ينص قانون نيوتن الثالث على أنه عندما يتصرف جسم في جسم آخر ، فإن رد الفعل المعاكس ينشأ دائمًا ، وهو ما يعادل قوة الأول ، ولكنه موجه في الاتجاه المعاكس. وبناءً على ذلك ، يمكننا أن نستنتج أن حركة البط تحدث بسبب أنها تدفع الماء للخلف بمخالبها ، وأنهم هم أنفسهم يسبحون للأمام بسبب استجابة الماء.
- عجلة السنجاب هي مثال ساطع على إثبات قانون نيوتن الثالث. ربما يعرف الجميع ما هي عجلة السنجاب. هذا تصميم بسيط إلى حد ما ، يذكرنا بكل من العجلة والأسطوانة. يتم تثبيته في أقفاص بحيث يمكن للحيوانات الأليفة مثل السناجب أو الفئران المزخرفة الركض. يؤدي التفاعل بين جسمين ، العجلة والحيوان ، إلى تحرك كلا الجسمين. علاوة على ذلك ، عندما يجري السنجاب بسرعة ، تدور العجلة بسرعة عالية ، وعندما تبطئ ، تبدأ العجلة في الدوران ببطء أكثر. هذا يثبت مرة أخرى أن الإجراء والرد المضاد دائمًا ما يكونان متساويين ، على الرغم من أنهما موجهان في اتجاهين متعاكسين.
- كل شيء يتحرك على كوكبنا يتحرك فقط بسبب "فعل الاستجابة" للأرض. قد يبدو الأمر غريباً ، لكن في الواقع ، عند المشي ، فإننا نبذل الجهد فقط لدفع الأرض أو أي سطح آخر. ونحن نتحرك للأمام لأن الأرض تدفعنا للرد.
ما هو النيوتن: وحدة قياس أوالكمية المادية؟
يمكن وصف تعريف "نيوتن" على النحو التالي: "إنها وحدة قوة". لكن ما هو معناها المادي؟ لذلك ، بناءً على قانون نيوتن الثاني ، هذه كمية مشتقة ، تُعرَّف على أنها قوة قادرة على تغيير سرعة جسم كتلته 1 كجم في 1 م / ث في ثانية واحدة فقط. اتضح أن النيوتن كمية متجهة ، أي أن لها اتجاهها الخاص. عندما نطبق قوة على جسم ، على سبيل المثال ، دفع باب ، فإننا نحدد في نفس الوقت اتجاه الحركة ، والذي سيكون ، وفقًا للقانون الثاني ، نفس اتجاه القوة.
إذا اتبعت الصيغة ، اتضح أن 1 نيوتن=1 كجمم / ث2. عند حل المشكلات المختلفة في الميكانيكا ، غالبًا ما يكون من الضروري تحويل النيوتن إلى كميات أخرى. للراحة ، عند العثور على قيم معينة ، يوصى بتذكر الهويات الأساسية التي تربط نيوتن بالوحدات الأخرى:
- 1 H=105dyne (dyna هي وحدة قياس في نظام CGS) ؛
- 1 N=0.1 kgf (كيلوغرام القوة هي وحدة قوة في نظام ICSS) ؛
- 1 H=10-3sten أي جسم يزن 1 طن).
قانون الجاذبية الكونية
أحد أهم اكتشافات العالم ، التي قلبت فكرة كوكبنا ، هو قانون نيوتن للجاذبية (ما هي الجاذبية ، اقرأ أدناه). بالطبع ، قبله كانت هناك محاولات لكشف سر الجاذبيةأرض. على سبيل المثال ، كان يوهانس كيبلر أول من اقترح أنه ليس للأرض قوة جذابة فحسب ، بل إن الأجسام نفسها أيضًا قادرة على جذب الأرض.
ومع ذلك ، تمكن نيوتن فقط من إثبات العلاقة بين الجاذبية وقانون حركة الكواكب رياضيًا. بعد العديد من التجارب ، أدرك العالم أنه في الواقع ، لا تجذب الأرض الأشياء إلى نفسها فحسب ، بل تنجذب جميع الأجسام إلى بعضها البعض. اشتق قانون الجاذبية ، الذي ينص على أن أي أجسام ، بما في ذلك الأجرام السماوية ، تنجذب بقوة مساوية لمنتج G (ثابت الجاذبية) وكتلة كلا الجسمين م1 m2مقسومًا على R2(مربع المسافة بين الأجسام).
جميع القوانين والصيغ التي اشتقها نيوتن جعلت من الممكن إنشاء نموذج رياضي متكامل ، والذي لا يزال يستخدم في البحث ليس فقط على سطح الأرض ، ولكن أيضًا خارج كوكبنا.
وحدة التحويل
عند حل المشكلات ، يجب أن تتذكر بادئات النظام الدولي القياسية ، والتي تُستخدم أيضًا لوحدات القياس "النيوتونية". على سبيل المثال ، في المسائل المتعلقة بالأجسام الفضائية ، حيث تكون كتل الأجسام كبيرة ، غالبًا ما يكون من الضروري تبسيط القيم الكبيرة إلى القيم الأصغر. إذا كان الحل 5000 نيوتن ، فسيكون من الأنسب كتابة الإجابة على شكل 5 كيلو نيوتن (كيلو نيوتن). هذه الوحدات من نوعين: المضاعفات والفرعية. فيما يلي أكثرها استخدامًا: 102N=1 هيكتونيوتن (hN) ؛ 103H=1كيلو نيوتن (كن) ؛ 106N=1 ميغا نيوتن (MN) و 10-2N=1 centiNewton (cN) ؛ 10-3N=1 ملي نيوتن (مليون نيوتن) ؛ 10-9N=1 نانو نيوتن (nN).
