ANG UNANG BATAS NI NEWTON: MGA PORMULA, EKSPERIMENTO AT PAGSASANAY - PISIKAL - 2025

Ang unang batas ng Newton , na kilala rin bilang batas ng pagkawalang-galaw, ay unang iminungkahi ni Isaac Newton, pisisista, matematiko, pilosopo, teologo, tagalikha ng Ingles at alchemist. Ang batas na ito ay nagsasaad ng sumusunod: "Kung ang isang bagay ay hindi napapailalim sa anumang puwersa, o kung ang mga puwersa na kumikilos ay kinansela ang bawat isa, kung gayon ito ay magpapatuloy na gumalaw nang may pare-pareho ang bilis sa isang tuwid na linya."

Sa pahayag na ito ang keyword ay magpapatuloy. Kung ang lugar ng batas ay natutupad, kung gayon ang bagay ay magpapatuloy sa paggalaw nito tulad ng naganap. Maliban kung ang isang hindi balanseng puwersa ay lilitaw at magbabago sa estado ng paggalaw.

Paliwanag ng unang batas ng Newton. Pinagmulan: ginawa ng sarili.

Nangangahulugan ito na kung ang bagay ay nasa pahinga ay magpapatuloy itong magpahinga, maliban kung ang isang puwersa ay aalis sa labas ng nasabing estado. Nangangahulugan din ito na kung ang isang bagay ay gumagalaw na may isang nakapirming bilis sa isang tuwid na direksyon, magpapatuloy itong ilipat ang ganoong paraan. Magbabago lamang ito kapag ang ilang panlabas na ahente ay nagpipilit ng lakas at nagbabago ang bilis nito.

Ang background ng batas

Ipinanganak si Isaac Newton sa Woolsthorpe Manor (United Kingdom) noong Enero 4, 1643 at namatay sa London noong 1727.

Ang eksaktong petsa na natuklasan ni Sir Isaac Newton ang kanyang tatlong mga batas ng dinamika, kasama na ang unang batas, ay hindi nalalaman nang may katiyakan. Ngunit alam na ito ay mahaba bago pa mailathala ang sikat na aklat na Matematika na Prinsipyo ng Likas na Pilosopiya, noong Hulyo 5, 1687.

Ang diksyunaryo ng Royal Spanish Academy ay tumutukoy sa salitang inertia tulad ng sumusunod:

"Ari-arian ng mga katawan upang mapanatili ang kanilang estado ng pahinga o kilusan kung hindi sa pamamagitan ng pagkilos ng isang puwersa."

Ginagamit din ang term na ito upang kumpirmahin na ang anumang sitwasyon ay nananatiling hindi nagbabago dahil walang pagsisikap na nagawa upang makamit ito, samakatuwid kung minsan ang salitang inertia ay may konotasyon ng nakagawian o katamaran.

Ang pre-Newtonian view

Bago ang Newton, ang mga pangunahing ideya ay ang mga dakilang pilosopong Greek na si Aristotle, na nagpatunay na para sa isang bagay na patuloy na gumagalaw, ang isang puwersa ay dapat kumilos dito. Kapag tumigil ang puwersa, kung gayon ganoon ang kilusan. Hindi ganon, ngunit kahit ngayon marami ang nag-iisip ng ganyan.

Si Galileo Galilei, isang maringal na astronomo ng Italyano at pisiko na nabuhay sa pagitan ng 1564 at 1642, nag-eksperimento at sinuri ang paggalaw ng mga katawan.

Ang isa sa mga obserbasyon ng Galileo ay ang isang katawan na dumulas sa isang makinis at makintab na ibabaw na may isang tiyak na paunang salakay, mas matagal upang ihinto at may higit na paglalakbay sa isang tuwid na linya, dahil mas mababa ang alitan sa pagitan ng katawan at sa ibabaw.

Maliwanag na pinangasiwaan ni Galileo ang ideya ng pagkawalang-kilos, ngunit hindi dumating upang magbalangkas ng isang pahayag bilang tumpak bilang Newton.

Sa ibaba ay ipinapanukala namin ang ilang mga simpleng eksperimento, na maaaring isagawa ng mambabasa at pag-corroborate ang mga resulta. Susuriin din ang mga obserbasyon ayon sa view ng Aristotelian ng paggalaw at ang view ng Newtonian.

Mga eksperimento sa inertia

Eksperimento 1

Ang isang kahon ay hinihimok sa sahig at pagkatapos ay sinuspinde ang puwersa sa pagmamaneho. Napansin namin na ang kahon ay naglalakbay ng isang maikling landas hanggang sa huminto ito.

Isalin natin ang nakaraang eksperimento at ang resulta nito, sa balangkas ng mga teorya bago si Newton at pagkatapos ay ayon sa unang batas.

Sa pangitain ng Aristotelian ang paliwanag ay napakalinaw: ang kahon ay tumigil dahil ang puwersa na gumalaw ay nasuspinde.

Sa pangitain ng Newtonian, ang kahon sa sahig / lupa ay hindi maaaring magpatuloy sa paglipat ng bilis na ito ay sa sandaling ang puwersa ay nasuspinde, dahil sa pagitan ng sahig at kahon ay may isang hindi balanseng puwersa, na nagiging sanhi ng bilis na bumaba hanggang sa huminto ang kahon. Ito ay ang frictional na puwersa.

Sa eksperimento na ito, ang lugar ng unang batas ng Newton ay hindi natupad, kaya tumigil ang kahon.

Eksperimento 2

Muli ito ay ang kahon sa sahig / lupa. Sa pagkakataong ito ang puwersa sa kahon ay pinananatili, sa paraang pinapawi o binabalanse nito ang puwersa ng alitan. Nangyayari ito kapag nakuha namin ang kahon upang sundin nang may palaging bilis at sa isang tuwid na direksyon.

Ang eksperimento na ito ay hindi sumasalungat sa pananaw ng Aristotelian ng paggalaw: ang kahon ay gumagalaw nang may pare-pareho ang bilis dahil ang isang puwersa ay ipinagpapataw dito.

Hindi rin ito sumasalungat sa diskarte ni Newton, dahil ang lahat ng mga puwersa na kumikilos sa kahon ay balanse. Tingnan natin:

• Sa pahalang na direksyon, ang puwersa na ginamit sa kahon ay pantay-pantay at sa kabaligtaran ng direksyon sa puwersa ng alitan sa pagitan ng kahon at sahig.
• Kaya ang lakas ng net sa pahalang na direksyon ay zero, na ang dahilan kung bakit pinapanatili ng kahon ang bilis at direksyon nito.

Gayundin sa patayong direksyon ang mga pwersa ay balanse, dahil ang bigat ng kahon na kung saan ay isang puwersa na nagtuturo nang patayo pababa ay eksaktong binabayaran ng contact (o normal) na puwersa na ang ground exerts sa kahon na patayo paitaas.

Sa pamamagitan ng paraan, ang bigat ng kahon ay dahil sa gravitational pull ng Earth.

Eksperimento 3

Nagpapatuloy kami sa kahon na nagpapahinga sa sahig. Sa patayong direksyon ang mga puwersa ay balanse, iyon ay, ang net vertical na puwersa ay zero. Ito ay tiyak na nakakagulat kung ang kahon ay lumipat paitaas. Ngunit sa pahalang na direksyon mayroong puwersa ng alitan.

Ngayon, para matupad ang premise ng unang batas ng Newton, kailangan nating bawasan ang alitan sa minimum na pagpapahayag nito. Maaari itong makamit nang medyo humigit-kumulang kung naghahanap kami ng isang napaka-makinis na ibabaw na kung saan kami ay nag-spray ng silicone oil.

Dahil ang langis ng silicone ay binabawasan ang pagkikiskisan sa halos zero, kaya kapag ang kahon na ito ay itinapon nang pahalang, mapanatili ang bilis at direksyon nito sa mahabang panahon.

Ito ay ang parehong kababalaghan na nangyayari sa isang skater sa isang rink ng yelo, o sa puck ng ice hock kapag sila ay hinimok at inilabas sa kanilang sarili.

Sa mga sitwasyon na inilarawan, kung saan nabawasan ang alitan halos sa zero, ang lakas ng resulta ay halos zero at ang bagay ay nagpapanatili ng bilis nito, ayon sa unang batas ng Newton.

Sa pagtingin ng Aristotelian na ito ay hindi maaaring mangyari, dahil ayon sa teoryang ito, ang paggalaw ay nangyayari lamang kung mayroong isang netong puwersa sa gumagalaw na bagay.

Ang frozen na ibabaw ay maaaring ituring na napakababang alitan. Pinagmulan: Pixabay.

Unang Paliwanag sa Bagong Batas ni Newton

Inertia at masa

Ang masa ay isang pisikal na dami na nagpapahiwatig ng dami ng bagay na nilalaman ng isang katawan o bagay.

Ang Mass pagkatapos ay isang intrinsic na pag-aari ng bagay. Ngunit ang bagay ay binubuo ng mga atomo, na may masa. Ang masa ng atom ay puro sa nucleus. Ito ang mga proton at neutron sa nucleus na praktikal na tukuyin ang masa ng atom at bagay.

Ang masa ay karaniwang sinusukat sa kilograms (kg), ito ang pangunahing yunit ng International System of Units (SI).

Ang prototype o sanggunian ng kg ay isang platinum at iridium cylinder na pinapanatili sa International Office of Weights and Measures sa Sèvres sa Pransya, bagaman sa 2018 na ito ay naka-link sa palagiang Planck at ang bagong kahulugan ay nagsisimula bilang May 20, 2019.

Sa gayon, nangyayari na ang pagkawalang-kilos at masa ay nauugnay. Mas malaki ang masa, mas malaki ang inertia ng isang bagay. Ito ay mas mahirap o magastos sa mga tuntunin ng enerhiya upang baguhin ang estado ng paggalaw ng isang mas malawak na bagay kaysa sa isang hindi gaanong napakalaking.

Halimbawa

Halimbawa, nangangailangan ng mas maraming puwersa at mas maraming gawain upang maiangat ang isang isang tonelada (1000 kg) na kahon mula sa pahinga kaysa sa isang isang kilogram (1 kg) na kahon. Iyon ang dahilan kung bakit madalas na sinabi na ang una ay may higit na pagkawalang-kilos kaysa sa pangalawa.

Dahil sa relasyon sa pagitan ng inertia at masa, natanto ni Newton na ang bilis ay nag-iisa ay hindi kinatawan ng estado ng paggalaw. Iyon ang dahilan kung bakit tinukoy niya ang isang dami na kilala bilang momentum o momentum na ipinapahiwatig ng titik p at ang produkto ng masa m at ang bilis ng v :

p = m v

Ang naka-bold sa p at v ay nagpapahiwatig na sila ay mga vector na pisikal na dami, iyon ay, ang mga ito ay ang dami na may kalakhan, direksyon at kahulugan.

Sa kabilang banda, ang masa m ay isang scalar na dami, kung saan ang isang numero ay itinalaga na maaaring higit pa o katumbas ng zero, ngunit hindi negatibo. Sa ngayon wala pang bagay na negatibong masa ang natagpuan sa kilalang uniberso.

Kinuha ni Newton ang kanyang imahinasyon at abstraction sa matinding, pagtukoy sa tinatawag na libreng maliit na butil. Ang isang maliit na butil ay isang materyal na punto. Iyon ay, ito ay tulad ng isang punto ng matematika ngunit may masa:

Ang isang maliit na butil ay ang maliit na butil na napahiwalay, sa ngayon ay malayo sa ibang bagay sa uniberso na walang maaaring makagawa ng anumang pakikipag-ugnay o puwersa dito.

Nang maglaon nagpatuloy si Newton upang tukuyin ang mga inertial reference system, na magiging mga kung saan nalalapat ang kanyang tatlong batas ng paggalaw. Narito ang mga kahulugan ayon sa mga konsepto na ito:

Sistema ng sanggunian ng inertial

Ang anumang sistema ng coordinate na nakakabit sa isang libreng butil, o na gumagalaw sa palagiang bilis na may paggalang sa libreng butil, ay magiging isang inertial reference system.

Ang unang batas ni Newton (batas ng pagkawalang-galaw)

Kung ang isang maliit na butil ay libre, kung gayon mayroon itong palagiang momentum na may kinalaman sa isang inertial reference frame.

Unang batas at momentum ni Newton. Pinagmulan: ginawa ng sarili.

Malutas na ehersisyo

Ehersisyo 1

Ang isang 160 gramo na hockey puck ay napunta sa rink ng yelo sa 3 km / h. Hanapin ang momentum nito.

Solusyon

Ang masa ng disk sa mga kilo ay: m = 0.160 kg.

Ang bilis ng mga metro sa paglipas ng segundo: v = (3 / 3.6) m / s = 0.8333 m / s

Ang halaga ng paggalaw o momentum p ay kinakalkula tulad ng sumusunod: p = m * v = 0.1333 kg * m / s,

Mag-ehersisyo 2

Ang friction sa anterior disc ay itinuturing na zero, kaya ang momentum ay napanatili hangga't walang nagbabago sa tuwid na kurso ng disc. Gayunpaman, kilala na ang dalawang puwersa ay kumikilos sa disc: ang bigat ng disc at ang contact o normal na puwersa na inilalagay sa sahig nito.

Kalkulahin ang halaga ng normal na puwersa sa mga newtons at direksyon nito.

Solusyon

Dahil ang momentum ay natipid, ang resulta ng puwersa sa hockey puck ay dapat na zero. Ang mga puntos ng timbang ay patayo pababa at may bisa: P = m * g = 0.16 kg * 9.81 m / s²

Ang normal na puwersa ay dapat kinakailangang lumabag sa bigat, kaya dapat itong ituro patayo paitaas at ang magnitude nito ay magiging 1.57 N.

Mga Artikulo ng interes

Mga halimbawa ng batas ng Newton sa totoong buhay.

Mga Sanggunian

1. Alonso M., Finn E. Dami ng Physics I: Mekanika. 1970. Fondo Educativo Interamericano SA
2. Hewitt, P. Konsepto na Pang-agham na Agham. Ikalimang edisyon. Pearson. 67-74.
3. Bata, Hugh. Pamantika sa Unibersidad na may Makabagong Pisika. Ika-14 na Ed. 105-107.