جایی که قانون اول نیوتن استفاده می شود. قوانین مکانیک نیوتن. اصل برهم نهی نیروها
سه قانون سر آیزاک نیوتن حرکت اجسام پرجرم و نحوه برهمکنش آنها را توصیف می کند.
در حالی که قوانین نیوتن ممکن است امروز برای ما بدیهی به نظر برسد، بیش از سه قرن پیش آنها را انقلابی می دانستند.
محتوا:
نیوتن شاید بیشتر به خاطر کارش در زمینه گرانش و حرکت سیارات شناخته شده است. نیوتن که توسط ستاره شناس ادموند هالی پس از اعتراف به این که چند سال پیش از آن مدارک بیضوی خود را از دست داده است احضار شد، نیوتن قوانین خود را در سال 1687 در اثر اصلی خود Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (اصول ریاضی فلسفه طبیعی) منتشر کرد که در آن شرح را رسمی کرد. این که چگونه اجسام عظیم تحت تأثیر نیروهای خارجی حرکت می کنند.
نیوتن در تدوین سه قانون خود، جذابیت اجسام عظیم را ساده کرد و آنها را نقاطی ریاضی بدون اندازه یا چرخش در نظر گرفت. این به او اجازه داد تا عواملی مانند اصطکاک، مقاومت هوا، دما، خواص مواد و غیره را نادیده بگیرد و بر پدیده‌هایی تمرکز کند که می‌توان آنها را صرفاً بر حسب جرم، طول و زمان توصیف کرد. بنابراین نمی توان از این سه قانون برای توصیف دقت رفتار اجسام بزرگ صلب یا قابل تغییر شکل استفاده کرد. با این حال، در بسیاری از موارد آنها تقریب های دقیق مناسبی را ارائه می دهند.
قوانین نیوتن
قوانین نیوتن به حرکت اجسام عظیم در یک چارچوب مرجع اینرسی اشاره دارد که گاهی اوقات چارچوب مرجع نیوتنی نامیده می شود، اگرچه خود نیوتن هرگز چنین چارچوبی را توصیف نکرد. یک چارچوب مرجع اینرسی را می توان به عنوان یک سیستم مختصات سه بعدی توصیف کرد که یا ثابت یا یکنواخت خطی است، یعنی نه شتاب می گیرد و نه می چرخد. او دریافت که حرکت در چنین چارچوب مرجع اینرسی را می توان با سه قانون ساده توصیف کرد.
قانون اول حرکت نیوتن
می گوید: اگر هیچ نیرویی بر جسم وارد نشود یا عمل آنها جبران شود، این جسم در حالت سکون یا حرکت مستقیم یکنواخت است. به سادگی به این معنی است که چیزها نمی توانند به خودی خود شروع، متوقف یا تغییر جهت دهند.
برای ایجاد چنین تغییری نیاز به نیرویی است که از بیرون بر آنها وارد می شود. این خاصیت اجسام پرجرم برای مقاومت در برابر تغییرات حرکت آنها را گاهی اینرسی می نامند.
در فیزیک مدرن، قانون اول نیوتن معمولاً به شرح زیر است:
چارچوب‌های مرجعی وجود دارند که به آنها چارچوب‌های اینرسی می‌گویند که نسبت به آنها نقاط مادی، زمانی که هیچ نیرویی روی آنها وارد نمی‌شود (یا نیروهای متقابل متوازن عمل می‌کنند)، در حالت سکون یا حرکت یکنواخت مستطیل هستند.
قانون دوم حرکت نیوتن
توضیح می دهد که وقتی یک جسم عظیم بر آن وارد می شود چه اتفاقی می افتد. می گوید: نیروی وارد بر جسم برابر با جرم آن جسم شتاب آن است. این به صورت ریاضی به صورت F = ma نوشته می شود، که در آن F نیرو، m جرم، a شتاب است. حروف پررنگ نشان می دهد که نیرو و شتاب کمیت های برداری هستند، به این معنی که هم قدر و هم جهت دارند. نیرو ممکن است یک نیرو باشد، یا ممکن است مجموع بردار بیش از یک نیرو باشد، که پس از ترکیب همه نیروها، نیروی خالص است.
هنگامی که یک نیروی ثابت بر روی یک جسم عظیم وارد می شود، باعث شتاب گرفتن آن می شود، یعنی سرعت آن را با سرعت ثابت تغییر می دهد. در ساده ترین حالت، نیرویی که به یک جسم ساکن وارد می شود باعث می شود که در جهت نیرو شتاب بگیرد. با این حال، اگر جسم از قبل در حال حرکت باشد، یا اگر وضعیت از یک چارچوب مرجع متحرک مشاهده شود، ممکن است به نظر برسد که آن جسم بسته به جهت نیرو و جهت‌هایی که جسم و مرجع در آن قرار دارند، شتاب، کاهش یا تغییر جهت می‌دهد. قاب نسبت به یکدیگر در حال حرکت هستند.
در فیزیک مدرن، قانون دوم نیوتن معمولاً به شرح زیر است:
در یک چارچوب مرجع اینرسی، شتابی که یک نقطه مادی با جرم ثابت دریافت می کند، با برآیند تمام نیروهای وارد شده به آن نسبت مستقیم و با جرم آن نسبت معکوس دارد.
با انتخاب مناسب واحدهای اندازه گیری، این قانون را می توان به صورت فرمول نوشت:
قانون سوم حرکت نیوتن
می گوید: برای هر عملی عکس العملی برابر و مخالف است. این قانون توضیح می دهد که وقتی جسمی بر جسم دیگری نیرو وارد می کند چه اتفاقی می افتد. نیروها همیشه به صورت جفت می آیند، بنابراین وقتی یک بدن جسم دیگر را هل می دهد، بدن دیگر به همان شدت عقب رانده می شود. به عنوان مثال، وقتی گاری را هل می دهید، گاری از شما دور می شود. وقتی طناب را می کشید، طناب دوباره روی شما می افتد. وقتی نیروی جاذبه شما را به سمت زمین می کشد، زمین شما را هل می دهد و همانطور که موشک سوخت خود را در پشت خود مشتعل می کند، گاز خروجی در حال انبساط به موشک فشار می آورد و باعث شتاب آن می شود.
اگر جرم یک جسم بسیار، بسیار بیشتر از دیگری باشد، به ویژه در موردی که اولین جسم به زمین لنگر انداخته باشد، تقریباً تمام شتاب به جسم دوم منتقل می شود و شتاب جسم اول را می توان با خیال راحت نادیده گرفت. به عنوان مثال، اگر یک توپ را به سمت غرب پرتاب کنید، نیازی نیست در نظر داشته باشید که در واقع باعث شده است که زمین در حالی که توپ در هوا بود سریعتر بچرخد. با این حال، اگر روی اسکیت هستید و توپ بولینگ را پرتاب می کنید، با سرعت قابل توجهی شروع به حرکت به سمت عقب خواهید کرد.
در فیزیک مدرن، قانون سوم نیوتن معمولاً به شرح زیر است:
نقاط مادی توسط نیروهایی با ماهیت یکسان که در امتداد خط مستقیمی که این نقاط را به هم وصل می کند، از نظر بزرگی مساوی و در جهت مخالف، با یکدیگر تعامل دارند:
سه قانون در طول سه قرن گذشته توسط آزمایش‌های بی‌شماری مورد آزمایش قرار گرفته‌اند و امروزه نیز به طور گسترده برای توصیف انواع اشیاء و سرعت‌هایی که در زندگی روزمره با آنها مواجه می‌شویم استفاده می‌شوند. آنها اساس چیزی را تشکیل می دهند که امروزه به عنوان مکانیک کلاسیک شناخته می شود، یعنی مطالعه اجرام عظیمی که بزرگتر از مقیاس های بسیار کوچک در نظر گرفته شده توسط مکانیک کوانتومی هستند و نسبت به سرعت های بسیار بالای مکانیک نسبیتی آهسته تر حرکت می کنند.
در غیاب تأثیر نیروی خارجی، بدن به حرکت یکنواخت در یک خط مستقیم ادامه خواهد داد.
شتاب جسم متحرک با مجموع نیروهای وارده به آن متناسب و با جرم آن نسبت معکوس دارد.
هر کنشی واکنشی به همان مقدار و در جهت مخالف دارد.
قوانین نیوتن، بسته به اینکه چگونه به آنها نگاه می کنید، نشان دهنده پایان آغاز یا آغاز پایان مکانیک کلاسیک هستند. در هر صورت، این یک نقطه عطف در تاریخ علم فیزیکی است - مجموعه ای درخشان از تمام دانش انباشته شده تا آن لحظه تاریخی در مورد حرکت اجسام فیزیکی در چارچوب یک نظریه فیزیکی، که امروزه معمولاً به آن گفته می شود. مکانیک کلاسیکمی توان گفت که تاریخ فیزیک مدرن و به طور کلی علوم طبیعی از قوانین حرکت نیوتن شروع شده است.
با این حال، اسحاق نیوتن قوانینی را که به نام او نامگذاری شده بود، از بین نبرد. آنها در واقع به نقطه اوج یک فرآیند طولانی تاریخی در تدوین اصول مکانیک کلاسیک تبدیل شدند. متفکران و ریاضیدانان - ما فقط به گالیله اشاره می کنیم ( سانتی متر.معادلات حرکت شتاب یکنواخت) - برای قرن ها سعی کردند فرمول هایی را برای توصیف قوانین حرکت اجسام مادی به دست آورند - و دائماً در مورد آنچه من شخصاً برای خودم قراردادهای ناگفته می نامم ، یعنی هر دو ایده اساسی در مورد اصولی که جهان مادی بر اساس آن استوار است ، تصادف می کردند. که آنقدر محکم وارد ذهن مردم شده که غیرقابل انکار به نظر می رسد. مثلاً فیلسوفان باستان حتی فکر نمی کردند که اجرام آسمانی می توانند در مدارهایی غیر از مدارهای دایره ای حرکت کنند. در بهترین حالت، این ایده مطرح شد که سیارات و ستارگان در مدارهای کروی متحدالمرکز (یعنی تودرتو در یکدیگر) به دور زمین می چرخند. چرا؟ بله، زیرا از زمان متفکران باستان یونان باستان، هرگز به ذهن کسی خطور نکرده بود که سیارات می توانند از کمال منحرف شوند، که تجسم آن یک دایره هندسی دقیق است. لازم بود نبوغ یوهانس کپلر را داشته باشیم تا صادقانه از زاویه ای دیگر به این مشکل نگاه کنیم، داده های مشاهدات واقعی را تجزیه و تحلیل کنیم و کنار کشیدناز آنها، که در حقیقت سیارات در طول مسیرهای بیضوی به دور خورشید می چرخند ( سانتی متر.قوانین کپلر).
قانون اول نیوتن
با توجه به چنین شکست جدی تاریخی، قانون اول نیوتن به شکلی بدون چون و چرا انقلابی فرموله شده است. او استدلال می کند که اگر ذره یا جسم مادی به سادگی لمس نشود، به خودی خود در یک خط مستقیم با سرعت ثابت به حرکت خود ادامه می دهد. اگر جسمی به طور یکنواخت در یک خط مستقیم حرکت کند، با سرعت ثابت به حرکت در یک خط مستقیم ادامه می دهد. اگر بدن در حال استراحت باشد، تا زمانی که نیروهای خارجی به آن وارد شوند، باقی می ماند. برای اینکه به سادگی جسم فیزیکی را از جای خود حرکت دهید، باید این کار را انجام دهید لزومااعمال نیروی خارجی سوار هواپیما شوید: تا زمانی که موتورها روشن نشوند، هرگز تکان نمی‌خورند. به نظر می رسد که مشاهده بدیهی است، با این حال، به محض اینکه ما از حرکت مستقیم خارج می شویم، دیگر چنین به نظر نمی رسد. وقتی جسمی به صورت اینرسی در امتداد یک مسیر چرخه ای بسته حرکت می کند، تجزیه و تحلیل آن از نقطه نظر قانون اول نیوتن تنها تعیین دقیق ویژگی های آن را ممکن می سازد.
چیزی مانند یک چکش دو و میدانی را تصور کنید - توپی در انتهای یک رشته که دور سر خود می‌چرخانید. هسته در این حالت در یک خط مستقیم حرکت نمی کند، بلکه در یک دایره حرکت می کند، به این معنی که، طبق قانون اول نیوتن، چیزی آن را نگه می دارد. این "چیزی" نیروی مرکزگرا است که شما به هسته وارد می کنید و آن را می چرخانید. در واقع، شما خودتان می توانید آن را احساس کنید - دسته چکش دو و میدانی به طور قابل توجهی روی کف دست شما فشار می آورد. اگر دست خود را باز کنید و چکش را رها کنید، آن - در غیاب نیروهای خارجی - بلافاصله در یک خط مستقیم حرکت می کند. دقیق تر است که بگوییم چکش در شرایط ایده آل (مثلاً در فضای بیرونی) اینگونه رفتار می کند ، زیرا تحت تأثیر نیروی جاذبه زمین ، فقط در یک خط مستقیم پرواز می کند. لحظه ای که آن را رها می کنید و در آینده مسیر پرواز همه بیشتر به سمت سطح زمین منحرف می شود. اگر بخواهید واقعاً چکش را رها کنید، معلوم می شود که چکشی که از مدار دایره ای رها می شود کاملاً در یک خط مستقیم حرکت می کند که مماس (عمود بر شعاع دایره ای که در امتداد آن چرخیده است) با سرعت خطی حرکت می کند. برابر با سرعت گردش آن در امتداد "مدار" است.
اکنون هسته چکش دو و میدانی را با یک سیاره، چکش با خورشید و ریسمان را با نیروی جاذبه گرانشی جایگزین می کنیم: در اینجا مدل نیوتنی منظومه شمسی است.
چنین تحلیلی از آنچه اتفاق می افتد هنگامی که یک جسم به دور بدن دیگر در مداری دایره ای می چرخد در نگاه اول چیزی بدیهی به نظر می رسد، اما فراموش نکنید که تعدادی از نتیجه گیری های بهترین نمایندگان تفکر علمی نسل قبل را جذب کرد. کافی است گالیله گالیله را به یاد بیاوریم). مشکل اینجاست که وقتی در یک مدار دایره ای ثابت حرکت می کند، یک جرم آسمانی (و هر جسم دیگری) بسیار آرام به نظر می رسد و به نظر می رسد که در حالت تعادل دینامیکی و سینماتیکی پایدار است. با این حال، اگر به آن نگاه کنید، فقط مدول(مقدار مطلق) سرعت خطی چنین جسمی، در حالی که آن جهتدائماً تحت تأثیر جاذبه گرانشی در حال تغییر است. این بدان معناست که جرم آسمانی در حال حرکت است یکنواخت شتاب گرفت. به هر حال، خود نیوتن شتاب را "تغییر در حرکت" نامید.
قانون اول نیوتن نیز از دیدگاه نگرش علمی ما به ماهیت جهان مادی، نقش مهم دیگری ایفا می کند. او به ما می گوید که هر تغییری در ماهیت حرکت بدن نشان دهنده وجود نیروهای خارجی است که بر آن اثر می کنند. به طور نسبی، اگر براده های آهن را مشاهده کنیم، مثلاً پریدن و چسبیدن به آهنربا، یا بیرون آوردن لباس ها از خشک کن ماشین لباسشویی، متوجه شویم که چیزها به هم چسبیده و به یکدیگر خشک شده اند، می توانیم احساس آرامش کنیم. و مطمئن: این اثرات نتیجه عمل نیروهای طبیعی شده است (در مثال های ذکر شده به ترتیب نیروهای جاذبه مغناطیسی و الکترواستاتیکی هستند).
قانون دوم نیوتن
اگر قانون اول نیوتن به ما کمک کند تعیین کنیم که آیا یک جسم تحت تأثیر نیروهای خارجی است یا خیر، قانون دوم توصیف می کند که برای یک جسم فیزیکی تحت تأثیر آنها چه اتفاقی می افتد. این قانون می گوید هر چه مجموع نیروهای خارجی اعمال شده به بدن بیشتر باشد، بیشتر است شتاببدن به دست می آورد این بار. در عین حال، هرچه جسمی که مجموع مساوی نیروهای خارجی به آن اعمال شود، جرم بیشتری داشته باشد، شتاب کمتری به دست می آورد. این دو است. به طور شهودی، این دو واقعیت بدیهی به نظر می رسند، و در شکل ریاضی به صورت زیر نوشته می شوند:
اف = مادر
جایی که F-قدرت، متر -وزن، آ -شتاب. این احتمالاً مفیدترین و پرکاربردترین مورد برای اهداف کاربردی در تمام معادلات فیزیکی است. کافی است مقدار و جهت تمامی نیروهای وارد بر یک سیستم مکانیکی و جرم اجسام مادی که از آن تشکیل شده است را بدانیم و بتوان رفتار آن را به موقع با دقت کامل محاسبه کرد.
این قانون دوم نیوتن است که به تمام مکانیک های کلاسیک جذابیت خاصی می بخشد - به نظر می رسد که کل جهان فیزیکی مانند دقیق ترین زمان سنج مرتب شده است و هیچ چیز در آن از نگاه ناظر کنجکاو فرار نمی کند. مختصات مکانی و سرعت تمام نقاط مادی جهان را به من بگویید، گویی نیوتن به ما می گوید، جهت و شدت تمام نیروهایی که در آن عمل می کنند را به من نشان دهید و من هر وضعیت آینده آن را برای شما پیش بینی می کنم. و چنین دیدگاهی از ماهیت اشیا در جهان تا زمان ظهور مکانیک کوانتومی وجود داشت.
قانون سوم نیوتن
برای این قانون، به احتمال زیاد، نیوتن افتخار و احترام نه تنها دانشمندان علوم طبیعی، بلکه دانشمندان علوم انسانی و صرفاً عموم مردم را به دست آورد. آنها دوست دارند از او (در مورد تجارت و بدون تجارت) نقل قول کنند، گسترده ترین تشابه ها را با آنچه که ما در زندگی روزمره خود مجبور به مشاهده آن هستیم ترسیم کنند، و تقریباً گوش خود را برای اثبات بحث برانگیزترین مفاد در طول بحث در مورد هر موضوعی، که از مسائل بین فردی شروع می شود، بکشند. و به روابط بین الملل و سیاست جهانی ختم می شود. با این حال، نیوتن در قانون سوم خود که متعاقباً نامگذاری شد، معنای فیزیکی بسیار خاصی را سرمایه گذاری کرد و به سختی آن را به عنوان وسیله ای دقیق برای توصیف ماهیت فعل و انفعالات نیرو درک کرد. این قانون بیان می کند که اگر جسم A با نیروی معینی بر جسم B وارد شود، جسم B نیز با نیرویی برابر و مخالف بر جسم A نیز اثر می گذارد. به عبارت دیگر، با ایستادن روی زمین، با نیرویی متناسب با جرم بدن خود روی زمین عمل می کنید. طبق قانون سوم نیوتن، کف در همان زمان بر روی شما کاملاً با همان نیروی عمل می کند، اما نه به سمت پایین، بلکه به شدت به سمت بالا. تأیید آزمایشی این قانون دشوار نیست: شما دائماً احساس می کنید که چگونه زمین روی کف پای شما فشار می آورد.
در اینجا مهم است که بفهمیم و به خاطر بسپاریم که نیوتن در مورد دو نیروی کاملاً متفاوت صحبت می کند و هر نیرو بر روی جسم "خود" عمل می کند. هنگامی که سیب از درخت می افتد، این زمین است که جاذبه گرانشی خود را بر روی سیب اعمال می کند (در نتیجه سیب با شتاب یکنواخت به سطح زمین می تازد)، اما در عین حال سیب زمین را نیز به سمت زمین جذب می کند. خودش با نیروی مساوی و این واقعیت که به نظر ما می رسد که این سیب است که به زمین می افتد، و نه برعکس، قبلاً نتیجه قانون دوم نیوتن است. جرم یک سیب در مقایسه با جرم زمین تا حد غیرقابل مقایسه کم است، بنابراین دقیقاً شتاب آن است که برای چشم ناظر قابل توجه است. جرم زمین، در مقایسه با جرم یک سیب، عظیم است، بنابراین شتاب آن تقریبا نامحسوس است. (در صورت سقوط یک سیب، مرکز زمین به سمت بالا به فاصله ای کمتر از شعاع هسته اتم تغییر می کند.)
در مجموع، سه قانون نیوتن ابزارهایی را در اختیار فیزیکدانان قرار داده است که برای شروع یک مشاهده جامع از همه پدیده هایی که در جهان ما رخ می دهند، نیاز دارند. و با وجود تمام پیشرفت‌های فوق‌العاده علم از زمان نیوتن، برای طراحی یک ماشین جدید یا ارسال یک فضاپیما به مشتری، هنوز از سه قانون نیوتن استفاده می‌کنید.
همچنین ببینید:
1609, 1619 |
قوانین کپلر |
1659 |
نیروی گریز از مرکز |
1668 |
قانون بقای تکانه خطی |
1736 |
قانون بقای تکانه زاویه ای |
1738 |
معادله برنولی |
1835 |
اثر کوریولیس |
1851 |
محدودیت نرخ سقوط |
1891 |
اصل هم ارزی |
1923 |
اصل انطباق |
اسحاق نیوتن، 1642-1727
مردی انگلیسی که عموماً بسیاری او را بزرگترین دانشمند تمام دوران ها و اقوام می دانند. در خانواده ای از اشراف کوچک املاک در مجاورت وولستورپ (لینکلنشایر، انگلستان) به دنیا آمد. پدرش را زنده ندید (سه ماه قبل از تولد پسرش درگذشت). پس از ازدواج مجدد، مادر اسحاق دو ساله را به سرپرستی مادربزرگش سپرد. بسیاری از محققان بیوگرافی او رفتار عجیب و غریب عجیب و غریب یک دانشمند از قبل بالغ را به این واقعیت نسبت می دهند که تا سن نه سالگی، زمانی که مرگ ناپدری او به دنبال داشت، پسر به طور کامل از مراقبت والدین محروم بود.
اسحاق جوان مدتی در یک مدرسه بازرگانی حکمت کشاورزی را آموخت. همانطور که اغلب در مورد مردان بزرگ بعدی اتفاق می افتد، هنوز افسانه های بسیاری در مورد عجیب و غریب بودن او در آن دوره اولیه زندگی او وجود دارد. بنابراین، به طور خاص، آنها می گویند که یک بار او را به چرا فرستادند تا از گاوها محافظت کند، که با خیال راحت در جهت نامعلومی پراکنده شدند، در حالی که پسر زیر درختی نشسته بود و با اشتیاق کتابی را می خواند که برای او جالب بود. دوست داشته باشید یا نه، اما ولع نوجوان برای دانش به زودی مورد توجه قرار گرفت - و به ورزشگاه Grantham فرستاده شد، پس از آن مرد جوان با موفقیت وارد کالج ترینیتی، دانشگاه کمبریج شد.
نیوتن به سرعت بر برنامه درسی تسلط یافت و به مطالعه آثار دانشمندان برجسته آن زمان، به ویژه پیروان فیلسوف فرانسوی رنه دکارت (1596-1650) پرداخت که به دیدگاه های مکانیکی جهان پایبند بودند. در بهار 1665، او مدرک لیسانس خود را دریافت کرد - و سپس باورنکردنی ترین وقایع در تاریخ علم رخ داد. در همان سال، آخرین طاعون بوبونیک در انگلستان شیوع یافت، صدای زنگ های تشییع جنازه به طور فزاینده ای شنیده شد و دانشگاه کمبریج تعطیل شد. نیوتن تقریباً دو سال به وولستورپ بازگشت و تنها چند کتاب و هوش فوق‌العاده‌اش را با خود برد.
زمانی که دانشگاه کمبریج دو سال بعد بازگشایی شد، نیوتن قبلاً (1) حساب دیفرانسیل، شاخه ای جداگانه از ریاضیات را توسعه داده بود، (2) مبانی نظریه رنگ مدرن را ترسیم کرده بود، (3) قانون گرانش جهانی را استخراج کرد، و (4) ) چندین مسئله ریاضی را که پیش از او آمده بود حل کرد. هیچ کس نمی توانست تصمیم بگیرد. همانطور که خود نیوتن گفت: "در آن روزها من در اوج قدرت اختراعم بودم و ریاضیات و فلسفه هرگز به اندازه آن زمان مرا مجذوب خود نکردند." (من اغلب از شاگردانم می پرسم و یک بار دیگر در مورد دستاوردهای نیوتن به آنها می گویم: «چی شماآیا در تعطیلات تابستانی موفق به انجام آن شدید؟»)
اندکی پس از بازگشت به کمبریج، نیوتن به عضویت شورای آکادمیک کالج ترینیتی انتخاب شد و مجسمه ای از او هنوز کلیسای دانشگاه را زینت می دهد. او یک دوره سخنرانی در مورد تئوری رنگ ایراد کرد، که در آن نشان داد که تفاوت های رنگی با ویژگی های اساسی موج نور (یا همانطور که اکنون می گویند طول موج) توضیح داده می شود و نور ماهیت جسمی دارد. او همچنین یک تلسکوپ آینه ای طراحی کرد، اختراعی که او را مورد توجه انجمن سلطنتی قرار داد. مطالعات طولانی مدت نور و رنگ ها در سال 1704 در اثر بنیادی او "اپتیک" منتشر شد. اپتیک).
حمایت نیوتن از نظریه "اشتباه" نور (در آن زمان نمایش امواج غالب بود) به درگیری با رابرت هوک منجر شد. سانتی متر.قانون هوک)، رئیس انجمن سلطنتی. در پاسخ، نیوتن فرضیه ای را ارائه کرد که مفاهیم جسمی و موجی نور را ترکیب می کرد. هوک نیوتن را به سرقت ادبی متهم کرد و در این کشف ادعای اولویت داشت. این کشمکش تا زمان مرگ هوک در سال 1702 ادامه یافت و چنان تأثیر افسرده‌کننده‌ای بر نیوتن گذاشت که او به مدت 6 سال از زندگی روشنفکری کناره‌گیری کرد. با این حال، برخی از روانشناسان آن زمان این را با یک فروپاشی عصبی توضیح می دهند که پس از مرگ مادرش بدتر شد.
در سال 1679، نیوتن به کار بازگشت و با بررسی مسیر سیارات و ماهواره های آنها به شهرت رسید. در نتیجه این مطالعات، همچنین با اختلافات با هوک در مورد اولویت، قانون گرانش جهانی و قوانین مکانیک نیوتن، همانطور که اکنون آنها را می نامیم، فرموله شدند. نیوتن تحقیقات خود را در کتاب "اصول ریاضی فلسفه طبیعی" خلاصه کرد. Philosophiae naturalis principia mathematica، در سال 1686 به انجمن سلطنتی ارائه شد و یک سال بعد منتشر شد. این اثر که آغاز انقلاب علمی آن زمان بود، شهرت جهانی نیوتن را به ارمغان آورد.
دیدگاه‌های مذهبی او، تبعیت شدید او از پروتستانیسم نیز توجه نیوتن را به محافل وسیع نخبگان روشنفکر انگلیسی و به‌ویژه فیلسوف جان لاک جلب کرد (John Locke, 1632-1704). نیوتن با گذراندن زمان بیشتر و بیشتر در لندن، درگیر زندگی سیاسی پایتخت شد و در سال 1696 به عنوان سرپرست ضرابخانه منصوب شد. اگرچه این موقعیت به طور سنتی یک امر خطرناک تلقی می شد، اما نیوتن با جدیت تمام به کار خود نزدیک شد و ضرب مجدد سکه های انگلیسی را به عنوان اقدامی مؤثر در مبارزه با جاعلان در نظر گرفت. درست در این زمان، نیوتن درگیر اختلاف اولویت دیگری بود، این بار با گوتفرید لایبنیتس (1646-1716)، بر سر کشف حساب دیفرانسیل. در پایان عمر، نیوتن نسخه های جدیدی از آثار اصلی خود را تولید کرد و همچنین به عنوان رئیس انجمن سلطنتی خدمت کرد، در حالی که یک مادام العمر به عنوان مدیر ضرابخانه داشت.
در درس فیزیک مدرسه قوانین سه گانه نیوتن که اساس مکانیک کلاسیک است مورد مطالعه قرار می گیرد. امروزه هر دانش آموزی با آنها آشناست، اما در زمان دانشمند بزرگ، چنین اکتشافاتی انقلابی تلقی می شد. قوانین نیوتن به طور مختصر و واضح در زیر توضیح داده خواهد شد، آنها نه تنها به درک اساس مکانیک و تعامل اجسام کمک می کنند، بلکه به نوشتن داده ها به عنوان یک معادله نیز کمک می کنند.
برای اولین بار، ایساک نیوتن این سه قانون را در کار خود "اصول ریاضی فلسفه طبیعی" (1867) توصیف کرد، که نه تنها نتیجه گیری های خود دانشمند، بلکه تمام دانش کشف شده در مورد این موضوع توسط سایر فیلسوفان و ریاضیدانان را شرح داد. بنابراین، کار در تاریخ مکانیک و بعداً فیزیک اساسی شد. حرکت و تعامل اجسام عظیم را در نظر می گیرد.
جالب است بدانید!اسحاق نیوتن نه تنها یک فیزیکدان، ریاضیدان و ستاره شناس با استعداد بود، بلکه در مکانیک نیز یک نابغه به حساب می آمد. او به عنوان رئیس انجمن سلطنتی لندن خدمت کرد.
هر عبارت یکی از حوزه های تعامل و حرکت اجسام در طبیعت را روشن می کند، اگرچه جذابیت آنها تا حدودی توسط نیوتن لغو شد و آنها را به عنوان نقاط بدون اندازه معین (ریاضی) پذیرفت.
همین ساده سازی بود که امکان نادیده گرفتن پدیده های فیزیکی طبیعی را فراهم کرد: مقاومت هوا، اصطکاک، دما یا سایر شاخص های فیزیکی جسم.
داده های به دست آمده را فقط می توان از نظر زمان، جرم یا طول توصیف کرد. به همین دلیل است که فرمول‌های نیوتن فقط مقادیر مناسب اما تقریبی را ارائه می‌کنند که نمی‌توان از آنها برای توصیف پاسخ دقیق اجسام بزرگ یا متغیر استفاده کرد.
حرکت اجسام عظیمی که در تعاریف نقش دارند معمولاً به صورت اینرسی محاسبه می شود و به صورت یک سیستم مختصات سه بعدی نشان داده می شود و در عین حال سرعت خود را افزایش نمی دهد و حول محور خود نمی چرخد.
اغلب به آن چارچوب مرجع نیوتن می گویند، اما در عین حال، دانشمند هرگز چنین سیستمی را ایجاد یا استفاده نکرد، بلکه از یک سیستم غیر منطقی استفاده کرد. در این سیستم است که اجسام می توانند همانطور که نیوتن آن را توصیف می کند حرکت کنند.
قانون اول
به آن قانون اینرسی می گویند. هیچ فرمول عملی برای آن وجود ندارد، اما چندین فرمول وجود دارد. کتاب‌های درسی فیزیک فرمول زیر را از قانون اول نیوتن ارائه می‌کنند: چارچوب‌های مرجع اینرسی وجود دارد که در رابطه با آنها یک جسم، اگر عاری از تأثیر نیرویی باشد (یا فوراً جبران شود)، کاملاً در حالت استراحت است یا در حرکت است. یک خط مستقیم و با همان سرعت. این تعریف به چه معناست و چگونه می توان آن را فهمید؟
به عبارت ساده، قانون اول نیوتن را اینگونه توضیح می دهند: هر جسمی اگر لمس نشود و تحت تأثیر آن قرار نگیرد، دائماً در حال استراحت می ماند، یعنی برای همیشه ساکن می ماند. وقتی حرکت می کند همین اتفاق می افتد: به طور یکنواخت در طول یک مسیر معین به طور نامحدود حرکت می کند، تا زمانی که چیزی روی آن تأثیر بگذارد.
بیانیه مشابهی توسط گالیله گالیله بیان شد، اما نتوانست این پدیده را روشن و دقیق توصیف کند. در این فرمول، مهم است که به درستی درک کنیم که چارچوب های مرجع اینرسی چیست. به عبارت بسیار ساده، این سیستمی است که عمل این تعریف در آن انجام می شود.
اگر حرکت را تماشا کنید، می توانید انواع بسیار زیادی از چنین سیستم هایی را در جهان مشاهده کنید:
- قطار در یک بخش معین با همان سرعت؛
- قمرهای دور زمین؛
- چرخ و فلک در پارک
به عنوان مثال، چتربازی را در نظر بگیرید که قبلا چتر خود را باز کرده و در یک خط مستقیم و در عین حال یکنواخت نسبت به سطح زمین حرکت می کند. حرکت انسان تا زمانی که جاذبه زمین با حرکت و مقاومت هوا جبران نشود متوقف نمی شود. به محض کاهش این مقاومت، جاذبه افزایش می یابد، که منجر به تغییر در سرعت چترباز می شود - حرکت او به صورت مستقیم و یکنواخت شتاب می گیرد.
در رابطه با این فرمول است که یک افسانه سیب وجود دارد: اسحاق در باغ زیر درخت سیب استراحت می کرد و به پدیده های فیزیکی فکر می کرد که یک سیب رسیده از درخت افتاد و به علف افتاد. سقوط یکنواخت بود که دانشمند را مجبور کرد این موضوع را بررسی کند و در نهایت برای حرکت یک جسم در یک چارچوب مرجع مشخص توضیح علمی بدهد.
جالب است بدانید!علاوه بر سه پدیده در مکانیک، اسحاق نیوتن همچنین حرکت ماه را به عنوان ماهواره زمین توضیح داد، نظریه جسمی نور را ایجاد کرد و رنگین کمان را به 7 رنگ تجزیه کرد.
قانون دوم
این توجیه علمی نه تنها به حرکت اجسام در فضا بلکه به تعامل آنها با سایر اشیاء و نتایج این فرآیند مربوط می شود.
قانون می گوید: افزایش سرعت جسم با مقداری جرم ثابت در چارچوب مرجع اینرسی نسبت مستقیم با نیروی ضربه و با جرم ثابت جسم متحرک نسبت معکوس دارد.
به عبارت ساده، اگر جسم متحرک خاصی وجود داشته باشد که جرم آن تغییر نمی کند و ناگهان یک نیروی خارجی شروع به عمل بر روی آن کند، آنگاه شروع به شتاب گرفتن می کند. اما نرخ شتاب مستقیماً به ضربه بستگی دارد و به طور معکوس به جرم جسم متحرک بستگی دارد.
به عنوان مثال، یک گلوله برفی را در نظر بگیرید که از یک کوه به پایین می غلتد. اگر توپ در جهت حرکت هل داده شود، شتاب توپ به قدرت ضربه بستگی دارد: هر چه بزرگتر باشد، شتاب بیشتر است. اما، هر چه جرم این توپ بیشتر باشد، شتاب کمتری خواهد داشت. این پدیده با فرمولی توصیف می‌شود که شتاب یا "a"، جرم حاصل از تمام نیروهای فعال یا "F" و همچنین جرم خود جسم یا "m" را در نظر می‌گیرد:
لازم به توضیح است که این فرمول تنها در صورتی می تواند وجود داشته باشد که برآیند تمام نیروها کمتر و برابر با صفر نباشد. این قانون فقط برای اجسامی اعمال می شود که با سرعت کمتر از نور حرکت می کنند.
ویدیوی مفید: قانون اول و دوم نیوتن
قانون سوم
بسیاری این عبارت را شنیده اند: "برای هر عملی یک واکنش وجود دارد." اغلب نه تنها برای اهداف آموزشی عمومی، بلکه برای مقاصد آموزشی نیز استفاده می شود و توضیح می دهد که برای هر نیرو یک نیروی عالی وجود دارد.
این فرمول از بیانیه علمی دیگری توسط اسحاق نیوتن، یا بهتر است بگوییم، قانون سوم او آمده است، که تعامل نیروهای مختلف در طبیعت را با توجه به هر جسمی توضیح می دهد.
قانون سوم نیوتن این تعریف را دارد: اجسام با نیروهایی با طبیعت یکسان (که جرم اجسام را به هم متصل می کنند و در امتداد یک خط مستقیم هدایت می شوند) بر یکدیگر تأثیر می گذارند که در ماژول های خود برابر هستند و در عین حال در جهات مختلف هدایت می شوند. این فرمول بسیار پیچیده به نظر می رسد، اما به راحتی می توان قانون را با کلمات ساده توضیح داد: هر نیرو مخالف خود یا نیروی برابری دارد که در جهت مخالف هدایت می شود.
اگر به عنوان مثال از توپی استفاده کنیم که از آن شلیک می شود، درک معنای قانون بسیار ساده تر خواهد بود. اسلحه با همان نیرویی که پرتابه بر اسلحه وارد می کند، روی گلوله عمل می کند. این موضوع با حرکت جزئی توپ به عقب در حین شلیک تایید می شود که تاثیر گلوله توپ بر روی اسلحه را تایید می کند. اگر همان سیبی را که به زمین می افتد مثال بزنیم، معلوم می شود که سیب و زمین با نیروی مساوی روی یکدیگر عمل می کنند.
این قانون همچنین یک تعریف ریاضی دارد که از نیروی جسم اول (F1) و دوم (F2) استفاده می کند:
علامت منفی نشان می دهد که بردارهای نیروی دو جسم مختلف در جهت مخالف هستند. در عین حال، مهم است که به یاد داشته باشید که این نیروها یکدیگر را جبران نمی کنند، زیرا آنها نسبت به دو بدن هدایت می شوند و نه یک.
ویدئوی مفید: 3 قانون نیوتن در مورد مثال دوچرخه
نتیجه
هر فرد بالغ باید این قوانین نیوتن را به طور مختصر و واضح بداند، زیرا آنها اساس مکانیک هستند و در زندگی روزمره عمل می کنند، علیرغم اینکه این الگوها در همه شرایط رعایت نمی شوند. آنها در مکانیک کلاسیک بدیهیات بدیهی شدند و بر اساس آنها معادلات حرکت و انرژی (پایداری تکانه و بقای انرژی مکانیکی) ایجاد شد.
در تماس با
توضیح قوانین نیوتن مهمترین مرحله لازم برای درک مکانیک کلاسیک است. سه مورد از آنها وجود دارد: اینرسی، حرکت و تعامل اجسام.
در زمان نیوتن، تعداد زیادی از مشاهدات فرآیندهای مکانیکی قبلاً انباشته شده بود. کشتی ها، ساختمان ها، کارخانه ها ساخته شد. ماشین آلات و مکانیسم های تولید، قطعات توپخانه برای چشم انداز جنگ توسعه یافت. آثار علمی گالیله، دکارت، بورلی قبلاً حاوی تمام مبانی لازم برای استخراج قوانین اساسی مکانیک کلاسیک بودند. امروزه، هر قانون نیوتن بر اساس نتایج تعمیم یافته آزمایش های متعدد، بدیهی است.
قانون اول نیوتن
نیوتن نوشت که چارچوب‌های مرجع اینرسی وجود دارد که در آن اجسام مستقیم و یکنواخت حرکت می‌کنند، اگر هیچ نیرویی وجود نداشته باشد یا عمل این نیروها جبران شده باشد.
فرض کنید که یک توپ و یک سطح کاملاً صاف وجود دارد، از نیروهای مقاومت هوا و اصطکاک غفلت خواهیم کرد. اگر تحت چنین شرایطی آن را فشار دهیم، آنگاه توپ برای همیشه بدون تغییر سرعت می چرخد. دلیل آن در اینرسی است - توانایی توپ برای حفظ سرعت در بزرگی و جهت در غیاب هر گونه تأثیری بر روی آن. البته در واقعیت چنین شرایطی پیش نمی آید. سطح بالون به سطح جاده ساییده می شود، باید بر مقاومت هوا غلبه کند یا با عوامل دیگری مانند باد برخورد کند.
نیوتن اولین کسی نبود که این قانون را تدوین کرد. قبل از او، گالیله گالیله نوشته بود که بدن یا در حالت استراحت خواهد بود یا در غیاب نیروهای خارجی به طور یکنواخت حرکت می کند. اما این او بود که تمام دانش در این زمینه را در یک واحد جمع کرد
قانون دوم نیوتن
قانون دوم نیوتن می گوید که شتاب یک جسم در قاب اینرسی که در بالا توضیح داده شد با جرم آن نسبت معکوس دارد و با بزرگی نیروی اعمال شده نسبت مستقیم دارد. یعنی بین نیروی وارد بر جسم، شتاب و جرم آن ارتباط برقرار می شود.
در جایی که a شتاب است، F نیروی اعمال شده و m جرم آن است.
اگر چندین نیرو وجود داشته باشد، این در فرمول به عنوان مجموع برداری شاخص های F منعکس می شود.
بیایید این قانون را به عنوان مثال در نظر بگیریم. در واقعیت، سرعت توپ همیشه در حال تغییر است، ممکن است به دلایلی سرعت آن کاهش یا افزایش یابد. این در لحظه ای اتفاق می افتد که یک نیروی خاص شروع به عمل بر روی آن می کند. اگر تغییر به آرامی رخ دهد، چنین حرکتی شتاب یکنواخت نامیده می شود. هنگام سقوط، همه اجسام در معرض شتاب سقوط آزاد برابر با مقدار ثابت g هستند، بنابراین با شتاب یکنواخت حرکت می کنند. این به دلیل اثر جاذبه است.
جالب است بدانید!
مانند سایر وظایف در فیزیک حل می شود. بنابراین، ما الگوریتم معمول را تطبیق می دهیم. برای این کار باید دقیقاً بفهمید که حرکت اجسام چیست. این تغییر موقعیت آنها در فضا است. برای ارزیابی، آنها با مفاهیم سرعت، زمان، فاصله، تعداد اجسام عمل می کنند.
لازم به ذکر است که قانون سوم نیوتن تنها زمانی استفاده می شود که اجسام با سرعتی بسیار کمتر از سرعت نور حرکت کنند. اصطلاح "بدن" امروزه با مفهومی به عنوان "نقطه مادی" جایگزین شده است، این چیزی است که نمی تواند حرکات چرخشی را انجام دهد.
قانون سوم نیوتن
شرح این قانون می گوید که برهم کنش دو جسم با یکدیگر مساوی و در جهت مخالف است. یعنی اگر نیرویی بر جسمی وارد شود، لزوماً یک نقطه مادی دوم وجود دارد که تحت تأثیر جسمی با نیرویی مشابه از نظر ارزش، اما در جهت مخالف قرار می گیرد. این الگو را قانون کنش متقابل می نامند.
اجازه دهید مثالی از نظم توصیف شده ارائه دهیم. دو چرخ دستی وجود دارد. به یکی، یک صفحه فلزی الاستیک، خم شده و با نخ بسته می کنیم. گاری دوم را طوری قرار می دهیم که با لبه بشقاب تماس پیدا کند و نخ را می بریم. صفحه که به نوعی فنر تبدیل شده است به شدت صاف می شود و گاری ها با دریافت شتاب شروع به حرکت می کنند. از آنجایی که جرم آنها یکسان است، شتاب و سرعت در مقدار مطلق برابر خواهند بود. گاری ها به همان فاصله حرکت خواهند کرد.
بیایید بار اولی از گاری ها را بگذاریم و دوباره نوعی فنر را فعال کنیم. این بار آنها به فاصله متفاوتی حرکت می کنند، زیرا شتاب گاری با بار از نظر ارزش کمتر خواهد بود. می توان اشاره کرد که هرچه باری که روی آن قرار می گیرد کوچکتر باشد، شتاب به دست آمده توسط جسم بیشتر می شود.
جایی که F1 و F2 نشان دهنده قدرت هر نوع است. چند جهتی بودن بردارها نشان دهنده علامت منفی است.
با یادآوری قوانین قبلی نیوتن، یادآوری می کنیم که نیروهایی که هنگام تعامل اجسام با یکدیگر ظاهر می شوند، اما در نقاط مختلف مادی اعمال می شوند، با یکدیگر متعادل نیستند. آنها تنها زمانی می توانند متعادل شوند که به یک بدن متصل باشند.
بسیاری از وظایف بر روی این الگوها ساخته شده است. آنها را می توان به دو نوع اصلی دسته بندی کرد:
- قانون نیوتن شناخته شده است، برای یافتن نیروهایی که بر حرکت یک جسم تأثیر می گذارد لازم است.
- قانون نیوتن را با دانستن اینکه چه چیزی بر جسم تأثیر می گذارد، تعیین کنید.
قوانین نیوتن- سه قانون که زیربنای مکانیک کلاسیک است و اجازه نوشتن معادلات حرکت را برای هر سیستم مکانیکی می دهد، در صورتی که فعل و انفعالات نیرو برای اجسام سازنده آن مشخص باشد. اولین بار توسط آیزاک نیوتن در کتاب "اصول ریاضی فلسفه طبیعی" (1687) به طور کامل فرموله شد.
قانون اول نیوتن وجود چارچوب های مرجع اینرسی را فرض می کند. بنابراین به آن نیز معروف است قانون اینرسی. اینرسی پدیده ای است که بدن سرعت حرکت را حفظ می کند (هم از نظر بزرگی و هم در جهت)، زمانی که هیچ نیرویی روی بدن وارد نمی شود. برای تغییر سرعت یک جسم باید با مقداری نیرو روی آن عمل کرد. طبیعتاً نتیجه اعمال نیروهای هم اندازه بر روی اجسام مختلف متفاوت خواهد بود. بنابراین گفته می شود که اجسام دارای اینرسی هستند. اینرسی ویژگی اجسام برای مقاومت در برابر تغییر سرعت آنهاست. مقدار اینرسی با توده بدن مشخص می شود.
جمله بندی مدرن
در فیزیک مدرن، قانون اول نیوتن معمولاً به شرح زیر است:
چنین چارچوب های مرجعی وجود دارد که به آن ها اینرسی می گویند که نسبت به آنها یک نقطه مادی، در غیاب تأثیرات خارجی، مقدار و جهت سرعت خود را به طور نامحدود حفظ می کند.
این قانون همچنین در شرایطی صادق است که تأثیرات خارجی وجود دارد، اما متقابلاً جبران می شود (این از قانون دوم نیوتن ناشی می شود، زیرا نیروهای جبران شده شتاب کل صفر را به بدن منتقل می کنند).
جمله بندی تاریخی
نیوتن در کتاب خود "اصول ریاضی فلسفه طبیعی" اولین قانون مکانیک را به شکل زیر تدوین کرد:
هر جسمی همچنان در حالت سکون یا حرکت یکنواخت و یکنواخت نگه داشته می شود تا زمانی که توسط نیروهای اعمال شده مجبور به تغییر این حالت شود.
از دیدگاه مدرن، چنین فرمولی رضایت بخش نیست. ابتدا، عبارت "جسم" باید با عبارت "نقطه مادی" جایگزین شود، زیرا جسمی با ابعاد محدود در غیاب نیروهای خارجی نیز می تواند حرکت چرخشی انجام دهد. ثانیا و مهمتر از همه اینکه نیوتن در کار خود بر وجود یک چارچوب مرجع مطلق ثابت یعنی مکان و زمان مطلق تکیه کرده است و فیزیک مدرن این ایده را رد می کند. از سوی دیگر، در یک چارچوب مرجع دلخواه (مثلاً چرخشی)، قانون اینرسی نادرست است. بنابراین، فرمول نیوتنی باید روشن شود.
قانون دوم نیوتن
قانون دوم نیوتن یک قانون دیفرانسیل حرکت است که رابطه بین نیروی اعمال شده به یک نقطه مادی و شتاب حاصل از این نقطه را توصیف می کند. در واقع، قانون دوم نیوتن جرم را به عنوان معیاری برای تجلی اینرسی یک نقطه مادی در یک چارچوب اینرسی انتخابی مرجع (ISR) معرفی می کند.
در این حالت، جرم یک نقطه مادی در زمان ثابت و مستقل از هر گونه ویژگی حرکت و تعامل آن با اجسام دیگر فرض می شود.
جمله بندی مدرن
در یک چارچوب مرجع اینرسی، شتابی که یک نقطه مادی با جرم ثابت دریافت می کند، با برآیند تمام نیروهای وارد شده به آن نسبت مستقیم و با جرم آن نسبت معکوس دارد.
با انتخاب مناسب واحدهای اندازه گیری، این قانون را می توان به صورت فرمول نوشت:
شتاب نقطه مادی کجاست.
نیروی اعمال شده به نقطه مادی است.
جرم یک نقطه مادی است.
قانون دوم نیوتن را می توان به شکلی معادل با استفاده از مفهوم تکانه فرموله کرد:
در یک چارچوب مرجع اینرسی، نرخ تغییر تکانه یک نقطه مادی برابر است با برآیند تمام نیروهای خارجی اعمال شده به آن.
تکانه نقطه کجاست، سرعت آن و زمان است. با این فرمول، مانند فرمول قبلی، اعتقاد بر این است که جرم یک نقطه مادی در زمان بدون تغییر است.
گاهی اوقات سعی می شود دامنه معادله را در مورد اجسام با جرم متغیر گسترش دهند. با این حال، همراه با چنین تفسیر گسترده ای از معادله، لازم است تعاریف پذیرفته شده قبلی به طور قابل توجهی اصلاح شود و معنای مفاهیم اساسی مانند نقطه مادی، تکانه و نیرو.
وقتی چندین نیرو بر روی یک نقطه مادی با در نظر گرفتن اصل برهم نهی عمل می کنند، قانون دوم نیوتن به صورت زیر نوشته می شود:
یا اگر نیروها مستقل از زمان باشند،
قانون دوم نیوتن فقط برای سرعت های بسیار کمتر از سرعت نور و در چارچوب های مرجع اینرسی معتبر است. برای سرعت های نزدیک به سرعت نور از قوانین نظریه نسبیت استفاده می شود.
غیرممکن است که یک مورد خاص (برای) قانون دوم را معادل قانون اول در نظر بگیریم، زیرا قانون اول وجود IFR را فرض می کند و دومی قبلاً در IFR تنظیم شده است.
جمله بندی تاریخی
فرمول اصلی نیوتن:
تغییر در تکانه متناسب با نیروی محرکه اعمال شده است و در جهت خط مستقیمی که این نیرو در امتداد آن عمل می کند رخ می دهد.
قانون سوم نیوتن
این قانون توضیح می دهد که برای دو نقطه مادی چه اتفاقی می افتد. برای مثال یک سیستم بسته متشکل از دو نقطه مادی را در نظر بگیرید. نقطه اول می تواند روی دومی با مقداری نیرو و نقطه دوم - روی اولی با نیرو عمل کند. رابطه نیروها چگونه است؟ قانون سوم نیوتن بیان می کند که نیروی کنش از نظر بزرگی برابر و در جهت مخالف نیروی واکنش است. تاکید می کنیم که این نیروها به نقاط مادی مختلف اعمال می شود و بنابراین اصلاً جبران نمی شود.
جمله بندی مدرن
نقاط مادی توسط نیروهایی با ماهیت یکسان که در امتداد خط مستقیمی که این نقاط را به هم وصل می کند، از نظر بزرگی مساوی و در جهت مخالف، با یکدیگر تعامل دارند:
قانون منعکس کننده اصل تعامل جفت است.
جمله بندی تاریخی
کنش همیشه عکس العملی برابر و متضاد دارد وگرنه برهم کنش دو جسم بر روی یکدیگر مساوی و در جهت مخالف است.
برای نیروی لورنتس، قانون سوم نیوتن صادق نیست. تنها با فرمول بندی مجدد آن به عنوان قانون بقای تکانه در یک سیستم بسته از ذرات و یک میدان الکترومغناطیسی، می توان اعتبار آن را بازیابی کرد.
نتیجه گیری
برخی از نتایج جالب بلافاصله از قوانین نیوتن حاصل می شود. بنابراین، قانون سوم نیوتن می گوید که، مهم نیست که اجسام چگونه برهم کنش می کنند، نمی توانند حرکت کلی خود را تغییر دهند. قانون بقای حرکت. بعلاوه، اگر بخواهیم پتانسیل برهمکنش دو جسم فقط به مدول اختلاف مختصات این اجسام بستگی داشته باشد، آنگاه به وجود می آید. قانون پایستگی کل انرژی مکانیکیبدن های متقابل:
قوانین نیوتن قوانین اساسی مکانیک هستند. معادلات حرکت سیستم های مکانیکی را می توان از آنها استخراج کرد. با این حال، همه قوانین مکانیک را نمی توان از قوانین نیوتن استخراج کرد. به عنوان مثال، قانون گرانش جهانی یا قانون هوک پیامدهای سه قانون نیوتن نیستند.
