Newton 's Laws of Motion-Glenn Research Center / NASA

Wat zijn Newton ‘ s Laws of Motion?

een object in rust blijft in rust, en een object in beweging blijft in beweging met constante snelheid en in een rechte lijn, tenzij dit wordt beïnvloed door een onevenwichtige kracht.
de versnelling van een object hangt af van de massa van het object en de uitgeoefende kracht.

wanneer een object een kracht uitoefent op een ander object, oefent het tweede object een gelijke en tegenovergestelde uit op het eerste object.Sir Isaac Newton werkte op vele gebieden van de wiskunde en de natuurkunde. Hij ontwikkelde de zwaartekrachttheorieën in 1666 toen hij nog maar 23 jaar oud was. In 1686 presenteerde hij zijn drie bewegingswetten in de “Principia Mathematica Philosophiae Naturalis.”

door het ontwikkelen van zijn drie wetten van beweging, Newton revolutionized science. Newton ’s wetten samen met Kepler’ s wetten verklaard waarom planeten bewegen in elliptische banen in plaats van in cirkels.Hieronder is een korte film met Orville en Wilbur Wright en een discussie over hoe Newton ‘ s bewegingswetten van toepassing waren op de vlucht van hun vliegtuigen.

Newton ‘ s eerste wet: traagheid

een object in rust blijft in rust, en een object in beweging blijft in beweging met constante snelheid en in een rechte lijn, tenzij ingewerkt door een ongebalanceerde kracht.Newtons eerste wet stelt dat elk object in een rechte lijn in rust of in uniforme beweging zal blijven, tenzij het gedwongen wordt zijn toestand te veranderen door de werking van een externe kracht. Deze neiging om veranderingen in een staat van beweging te weerstaan is inertie. Er is geen netto kracht die op een object werkt (als alle externe krachten elkaar opheffen). Dan zal het object een constante snelheid behouden. Als die snelheid nul is, dan blijft het object in rust. Als een externe kracht op een object inwerkt, zal de snelheid veranderen door de kracht.

voorbeelden van traagheid waarbij aerodynamica betrokken is:

de beweging van een vliegtuig wanneer een piloot verandert het gaspedaal instelling van een motor.
de beweging van een bal die door de atmosfeer valt.
een modelbouwraket die in de atmosfeer wordt gelanceerd.

de beweging van een vlieger als de wind verandert.De tweede wet van Newton: kracht

de versnelling van een object hangt af van de massa van het object en de hoeveelheid uitgeoefende kracht.Zijn tweede wet definieert een kracht die gelijk is aan verandering in momentum (massa maal snelheid) per verandering in de tijd. Momentum wordt gedefinieerd als de massa m van een object maal zijn snelheid V.

Newton tweede wet diagram

laten we aannemen dat we een vliegtuig hebben op een punt “0” gedefinieerd door zijn locatie X0 en tijd t0. Het vliegtuig heeft een massa m0 en reist met snelheid V0. Een externe kracht F op het hierboven getoonde vliegtuig verplaatst het naar punt “1”. De nieuwe locatie van het vliegtuig is X1 en time t1.

de massa en snelheid van het vliegtuig veranderen tijdens de vlucht naar de waarden m1 en V1. Newton ‘ s tweede wet kan ons helpen de nieuwe waarden van V1 en m1 te bepalen, als we weten hoe groot de kracht F is. Laten we gewoon het verschil nemen tussen de Voorwaarden op punt “1” en de Voorwaarden op punt “0”.

F = (m1 * V1 – m0 * V0) / (T1 – t0)

Newton ‘ s tweede wet spreekt over veranderingen in momentum (m * V) dus, op dit punt, kunnen we niet scheiden hoeveel de massa veranderde en hoeveel de snelheid veranderde. We weten alleen hoeveel product (m * V) is veranderd.

laten we aannemen dat de massa een constante waarde gelijk aan m blijft. deze aanname is vrij goed voor een vliegtuig, de enige verandering in massa zou zijn voor de brandstof die tussen punt “1” en punt “0”verbrand wordt. Het gewicht van de brandstof is waarschijnlijk klein ten opzichte van het gewicht van de rest van het vliegtuig, vooral als we alleen kijken naar kleine veranderingen in de tijd. Als we het hadden over de vlucht van een honkbal, dan blijft de massa zeker een constante. Maar als we het hadden over de vlucht van een flessenraket, dan blijft de massa niet constant en kunnen we alleen maar kijken naar veranderingen in momentum. Voor een constante massa m ziet de tweede wet van Newton eruit als:

F = m * (V1 – V0) / (t1 – t0)

de verandering in snelheid gedeeld door de verandering in tijd is de definitie van de versnelling a. De tweede wet reduceert dan tot het meer bekende product van een massa en een versnelling:

F = m * A

onthoud dat deze relatie alleen goed is voor objecten die een constante massa hebben. Deze vergelijking vertelt ons dat een object onderworpen aan een externe kracht zal versnellen en dat de hoeveelheid van de versnelling evenredig is met de grootte van de kracht. De hoeveelheid acceleratie is ook omgekeerd evenredig met de massa van het object; bij gelijke krachten zal een zwaarder object minder acceleratie ervaren dan een lichter object. Gezien de momentumvergelijking, veroorzaakt een kracht een verandering in snelheid; en evenzo, genereert een verandering in snelheid een kracht. De vergelijking werkt beide kanten op.

de snelheid, kracht, versnelling en momentum hebben zowel een magnitude als een richting die ermee verbonden zijn. Wetenschappers en wiskundigen noemen dit een vectorgrootheid. De hier getoonde vergelijkingen zijn eigenlijk vectorvergelijkingen en kunnen in elk van de componentenrichtingen worden toegepast. We hebben maar naar één richting gekeken, en in het algemeen beweegt een object in alle drie de richtingen (omhoog-omlaag, links-rechts, vooruit-terug).

voorbeeld van kracht met aerodynamica:

de beweging van een vliegtuig als gevolg van aërodynamische krachten, vliegtuiggewicht en stuwkracht.

Newton ‘ s derde wet: actie& reactie

wanneer een object een kracht uitoefent op een tweede object, oefent het tweede object een gelijke en tegengestelde kracht uit op het eerste object.Zijn derde wet stelt dat er voor elke actie (kracht) in de natuur een gelijke en tegengestelde reactie is. Als object A een kracht uitoefent op object B, oefent object B ook een gelijke en tegengestelde kracht uit op object A. Met andere woorden, krachten komen voort uit interacties.

voorbeelden van actie en reactie waarbij aerodynamica betrokken is:

de beweging van lift van een vleugelprofiel, wordt de lucht naar beneden afgebogen door de actie van het vleugelprofiel, en in reactie, wordt de vleugel naar boven geduwd.
de beweging van een draaiende kogel, de lucht wordt naar één kant afgebogen en de kogel reageert door zich in de tegenovergestelde richting te bewegen
de beweging van een straalmotor produceert stuwkracht en hete uitlaatgassen stromen uit de achterkant van de motor, en een stuwkracht wordt in de tegenovergestelde richting geproduceerd.

bekijk de bewegingswetten van Newton

1. Newtons eerste bewegingswet (traagheid)	een object in rust blijft in rust, en een object in beweging blijft in beweging met constante snelheid en in een rechte lijn, tenzij deze wordt beïnvloed door een ongebalanceerde kracht.
2. Newtons tweede bewegingswet (kracht)	de versnelling van een object hangt af van de massa van het object en de hoeveelheid uitgeoefende kracht.
3. Newtons derde bewegingswet (actie & reactie)	wanneer een object een kracht uitoefent op een ander object, oefent het tweede object een gelijke en tegenovergestelde uit op het eerste object.