co jsou Newtonovy zákony pohybu?

1. objekt v klidu zůstává v klidu a objekt v pohybu zůstává v pohybu konstantní rychlostí a v přímce, pokud na něj nepůsobí nevyvážená síla.
2. zrychlení objektu závisí na hmotnosti objektu a množství aplikované síly.
3. kdykoli jeden objekt vyvíjí sílu na jiný objekt, druhý objekt působí na první stejný a opačný.

Sir Isaac Newton pracoval v mnoha oblastech matematiky a fyziky. Vyvinul teorie gravitace v roce 1666, když mu bylo pouhých 23 let. V roce 1686 představil své tři pohybové zákony v “ Principia Mathematica Philosophiae Naturalis.“

vývojem svých tří pohybových zákonů Newton revolucionizoval vědu. Newtonovy zákony spolu s Keplerovými zákony vysvětlily, proč se planety pohybují spíše v eliptických drahách než v kruzích.

níže je krátký film představující Orvilla a Wilbura Wrighta a diskuse o tom, jak Newtonovy pohybové zákony aplikovaly na let jejich letadel.

Newtonův první zákon: setrvačnost

objekt v klidu zůstává v klidu a objekt v pohybu zůstává v pohybu konstantní rychlostí a v přímce, pokud na něj nepůsobí nevyvážená síla.

Newtonův první zákon uvádí, že každý objekt zůstane v klidu nebo v rovnoměrném pohybu v přímce, pokud nebude nucen změnit svůj stav působením vnější síly. Tato tendence odolávat změnám ve stavu pohybu je setrvačnost. Neexistuje žádná čistá síla působící na objekt (pokud se všechny vnější síly navzájem vyruší). Pak bude objekt udržovat konstantní rychlost. Pokud je tato rychlost nulová, zůstane objekt v klidu. Pokud vnější síla působí na objekt, rychlost se změní kvůli síle.

příklady setrvačnosti zahrnující aerodynamiku:

• pohyb letadla, když pilot změní nastavení škrticí klapky motoru.
• pohyb koule padající atmosférou.
• modelová raketa vypuštěná do atmosféry.
• pohyb draka při změně větru.

Newtonův druhý zákon: síla

zrychlení objektu závisí na hmotnosti objektu a množství aplikované síly.

jeho druhý zákon definuje sílu, která se rovná změně hybnosti (hmotnost krát rychlost) za změnu času. Hybnost je definována jako hmotnost m objektu krát jeho rychlost v.

předpokládejme, že máme letadlo v bodě „0“ definovaném jeho polohou X0 a časem t0. Letoun má hmotnost m0 a cestuje rychlostí V0. Vnější síla F k výše uvedenému letounu ji přesune do bodu „1“. Nové umístění letounu je X1 a time t1.

hmotnost a rychlost letounu se během letu mění na hodnoty m1 a V1. Newtonův druhý zákon nám může pomoci určit nové hodnoty V1 a m1, pokud víme, jak velká je síla F. Vezměme si jen rozdíl mezi podmínkami v bodě “ 1 „a podmínkami v bodě „0“.

F = (m1 * V1-m0 * V0) / (t1 – t0)

Newtonův druhý zákon hovoří o změnách hybnosti (m * V). Víme jen, kolik produktu (m * V) se změnilo.

předpokládejme, že hmotnost zůstává konstantní hodnotou rovnou m. Tento předpoklad je spíše dobrý pro letadlo, jediná změna hmotnosti by byla pro palivo spálené mezi bodem „1“ a bodem „0“. Hmotnost paliva je pravděpodobně malá vzhledem k hmotnosti zbytku letounu, zejména pokud se podíváme pouze na malé změny v čase. Pokud bychom diskutovali o letu baseballu, pak určitě hmota zůstává konstantní. Ale pokud jsme diskutovali o letu láhve rakety, pak hmotnost nezůstává konstantní a můžeme se jen podívat na změny hybnosti. Pro konstantní hmotnost m vypadá Newtonův druhý zákon takto:

F = m * (V1-V0) / (t1 – t0)

Změna rychlosti dělená změnou času je definice zrychlení a. Druhý zákon pak redukuje na známější součin hmotnosti a zrychlení:

F = m * a

pamatujte, že tento vztah je dobrý pouze pro objekty, které mají konstantní hmotnost. Tato rovnice nám říká, že objekt vystavený vnější síle se zrychlí a že množství zrychlení je úměrné velikosti síly. Množství zrychlení je také nepřímo úměrné hmotnosti objektu, pro stejné síly zažije těžší objekt menší zrychlení než lehčí objekt. Vzhledem k rovnici hybnosti způsobí síla změnu rychlosti; a podobně, Změna rychlosti generuje sílu. Rovnice funguje oběma směry.

rychlost, síla, zrychlení a hybnost mají jak velikost, tak směr s nimi spojený. Vědci a matematici to nazývají vektorovou veličinou. Zde uvedené rovnice jsou ve skutečnosti vektorové rovnice a mohou být použity v každém směru komponenty. Podívali jsme se pouze na jeden směr a obecně se objekt pohybuje ve všech třech směrech (nahoru-dolů, doleva-doprava, dopředu-dozadu).

příklad síly zahrnující aerodynamiku:

• pohyb letadla vyplývající z aerodynamické síly, hmotnost letadla a tah.

Newtonův třetí zákon: akce & reakce

kdykoli jeden objekt vyvíjí sílu na druhý objekt, druhý objekt vyvíjí stejnou a opačnou sílu na první.

jeho třetí zákon uvádí, že pro každou akci (sílu) v přírodě existuje stejná a opačná reakce. Pokud objekt a vyvíjí sílu na objekt B, objekt B také vyvíjí stejnou a opačnou sílu na objekt a. Jinými slovy, síly vyplývají z interakcí.

příklady působení a reakce zahrnující aerodynamiku:

• pohyb zdvihu z profilu, vzduch je odkloněn směrem dolů působením profilu a v reakci, křídlo je tlačeno nahoru.
• pohyb rotující koule, vzduch je odkloněn na jednu stranu a koule reaguje pohybem v opačném směru
• pohyb proudového motoru vytváří tah a horké výfukové plyny vytékají ze zadní části motoru a v opačném směru se vytváří tlaková síla.

recenze Newtonovy zákony pohybu

1. Newtonův první zákon pohybu (setrvačnost)	objekt v klidu zůstává v klidu a objekt v pohybu zůstává v pohybu konstantní rychlostí a v přímce, pokud na něj nepůsobí nevyvážená síla.
2. Newtonův druhý zákon pohybu (síla)	zrychlení objektu závisí na hmotnosti objektu a množství aplikované síly.
3. Newtonův třetí zákon pohybu (akce & reakce)	kdykoli jeden objekt vyvíjí sílu na jiný objekt, druhý objekt působí na první stejný a opačný.