La física com a ciència que estudia les lleis del nostre Univers, utilitza una metodologia de recerca estàndard i un determinat sistema d'unitats de mesura. La unitat de força s'anomena comunament N (newton). Què és la força, com trobar-la i mesurar-la? Explorem aquest problema amb més detall.
Interessant de la història
Isaac Newton és un destacat científic anglès del segle XVII que va fer una contribució inestimable al desenvolupament de les ciències matemàtiques exactes. És ell qui és l'avantpassat de la física clàssica. Va aconseguir descriure les lleis que regeixen tant els enormes cossos celestes com els petits grans de sorra enduts pel vent. Un dels seus principals descobriments és la llei de la gravitació universal i les tres lleis bàsiques de la mecànica que descriuen la interacció dels cossos a la natura. Més tard, altres científics van poder derivar les lleis de la fricció, el repòs i el lliscament només gràcies als descobriments científics d'Isaac Newton.
Una mica de teoria
Una quantitat física va rebre el nom d'un científic. Newton és una unitat de força. La mateixa definició de força es pot descriure de la següent manera: "la força és una mesura quantitativa de la interacció entre cossos, o una quantitat,que caracteritza el grau d'intensitat o tensió dels cossos."
La força es mesura en Newtons per una raó. Va ser aquest científic qui va crear tres lleis de "poder" inamovibles que són rellevants fins als nostres dies. Estudiem-los amb exemples.
Primera llei
Per a una comprensió completa de les preguntes: "Què és un newton?", "La unitat de mesura de què?" i "Quin és el seu significat físic?", val la pena estudiar amb atenció les tres lleis bàsiques de la mecànica.
La primera diu que si el cos no es veu afectat per altres cossos, llavors estarà en repòs. I si el cos estava en moviment, aleshores en absència d'acció sobre ell, continuarà el seu moviment uniforme en línia recta.
Imagina que un determinat llibre amb una massa determinada es troba sobre una superfície plana de la taula. Denotant totes les forces que hi actuen, obtenim que aquesta és la força de gravetat, que es dirigeix verticalment cap avall, i la força de reacció del suport (en aquest cas, la taula), dirigida verticalment cap amunt. Com que ambdues forces equilibren les accions de l' altra, la magnitud de la força resultant és zero. Segons la primera llei de Newton, aquesta és la raó per la qual el llibre està en repòs.
Segona llei
Descriu la relació entre la força que actua sobre un cos i l'acceleració que rep a causa de la força aplicada. Isaac Newton, en formular aquesta llei, va ser el primer a utilitzar el valor constant de la massa com a mesura de la manifestació de la inèrcia i la inèrcia d'un cos. En diuen inèrciala capacitat o propietat dels cossos de mantenir la seva posició original, és a dir, de resistir influències externes.
La segona llei es descriu sovint amb la fórmula següent: F=am; on F és la resultant de totes les forces aplicades al cos, a és l'acceleració que rep el cos i m és la massa del cos. Finalment, la força s'expressa en kgm/s2 . Aquesta expressió s'acostuma a indicar en newtons.
Què és un newton en física, quina és la definició d'acceleració i com es relaciona amb la força? Aquestes preguntes es responen amb la fórmula de la segona llei de la mecànica. Cal entendre que aquesta llei només funciona per a aquells cossos que es mouen a velocitats molt inferiors a la velocitat de la llum. A velocitats properes a la de la llum, funcionen lleis lleugerament diferents, adaptades per una secció especial de física sobre la teoria de la relativitat.
La tercera llei de Newton
Aquesta és potser la llei més entenedora i senzilla que descriu la interacció de dos cossos. Diu que totes les forces sorgeixen per parelles, és a dir, si un cos actua sobre un altre amb una força determinada, el segon cos, al seu torn, també actua sobre el primer amb una força igual.
La formulació mateixa de la llei pels científics és la següent: "… les interaccions de dos cossos entre si són iguals, però dirigides en direccions oposades."
Anem a esbrinar què és un newton. Per tant, en física, és habitual considerar-ho tot sobre fenòmens específicsAquests són alguns exemples que descriuen les lleis de la mecànica.
- Les aus aquàtiques com els ànecs, els peixos o les granotes es mouen dins o a través de l'aigua precisament interactuant-hi. La tercera llei de Newton diu que quan un cos actua sobre un altre, sempre sorgeix una contraacció, que equival en força a la primera, però dirigida en sentit contrari. A partir d'això, podem concloure que el moviment dels ànecs es produeix pel fet que empenyen l'aigua cap enrere amb les potes, i ells mateixos neden cap endavant a causa de la resposta de l'aigua.
- La roda d'esquirol és un bon exemple de demostració de la tercera llei de Newton. Segurament tothom sap què és una roda d'esquirol. Aquest és un disseny bastant senzill, que recorda tant una roda com un tambor. S'instal·la en gàbies perquè les mascotes com els esquirols o les rates decoratives puguin córrer. La interacció de dos cossos, la roda i l'animal, fa que aquests dos cossos es moguin. A més, quan l'esquirol corre ràpid, la roda gira a gran velocitat i, quan disminueix, la roda comença a girar més lentament. Això demostra una vegada més que l'acció i la contraacció són sempre iguals, encara que es dirigeixen en direccions oposades.
- Tot el que es mou al nostre planeta es mou només a causa de l'"acció de resposta" de la Terra. Pot semblar estrany, però de fet, quan caminem, només estem fent un esforç per empènyer el terra o qualsevol altra superfície. I estem avançant, perquè la terra ens està empenyent com a resposta.
Què és un newton: una unitat de mesura oquantitat física?
La definició mateixa de "newton" es pot descriure de la següent manera: "és una unitat de força". Però quin és el seu significat físic? Així doncs, basant-nos en la segona llei de Newton, aquesta és una magnitud derivada, que es defineix com una força capaç de canviar la velocitat d'un cos amb una massa d'1 kg en 1 m/s en només 1 segon. Resulta que el newton és una magnitud vectorial, és a dir, té la seva pròpia direcció. Quan apliquem una força a un objecte, per exemple, empenyent una porta, establim simultàniament la direcció del moviment, que, segons la segona llei, serà la mateixa que la direcció de la força.
Si seguiu la fórmula, resulta que 1 Newton=1 kgm/s 2 . Quan es resolen diversos problemes de mecànica, sovint és necessari convertir els newtons en altres quantitats. Per comoditat, en trobar determinats valors, es recomana recordar les identitats bàsiques que connecten els newtons amb altres unitats:
- 1 H=105 dyne (dyna és una unitat de mesura del sistema CGS);
- 1 N=0,1 kgf (quilogram-força és una unitat de força al sistema ICSS);
- 1 H=10 -3 sten qualsevol cos que pesi 1 tona).
La llei de la gravitació universal
Un dels descobriments més importants del científic, que va convertir la idea del nostre planeta, és la llei de la gravetat de Newton (què és la gravetat, llegiu més avall). Per descomptat, abans d'ell hi va haver intents de desentranyar el misteri de l'atraccióTerra. Per exemple, Johannes Kepler va ser el primer a suggerir que no només la Terra té una força atractiva, sinó que també els propis cossos són capaços d'atreure la Terra.
No obstant això, només Newton va aconseguir demostrar matemàticament la relació entre la gravetat i la llei del moviment planetari. Després de molts experiments, el científic es va adonar que, de fet, no només la Terra atrau objectes cap a si mateixa, sinó que tots els cossos s'atreuen els uns als altres. Va derivar la llei de la gravetat, que estableix que tots els cossos, inclosos els celestes, són atrets amb una força igual al producte de G (constante gravitatòria) i les masses d'ambdós cossos m1 m 2 dividit per R2 (el quadrat de la distància entre els cossos).
Totes les lleis i fórmules derivades per Newton van permetre crear un model matemàtic integral, que encara s'utilitza en la investigació no només a la superfície de la Terra, sinó també molt més enllà del nostre planeta.
Conversió d'unitats
Quan resolgueu problemes, heu de recordar els prefixos estàndard SI, que també s'utilitzen per a les unitats de mesura "newtonianes". Per exemple, en problemes sobre objectes espacials, on les masses dels cossos són grans, sovint és necessari simplificar valors grans a valors més petits. Si la solució resulta ser de 5000 N, serà més convenient escriure la resposta en forma de 5 kN (kiloNewton). Aquestes unitats són de dos tipus: múltiples i submúltiples. Aquests són els més utilitzats: 102 N=1 hectoNewton (hN); 103 H=1quiloNewton (kN); 106 N=1 megaNewton (MN) i 10-2 N=1 centiNewton (cN); 10-3 N=1 mil·liNewton (mN); 10-9 N=1 nanoNewton (nN).
