Vad är Newtons rörelselagar?

1. ett objekt i vila förblir i vila, och ett objekt i rörelse förblir i rörelse med konstant hastighet och i en rak linje om det inte påverkas av en obalanserad kraft.
2. accelerationen av ett objekt beror på objektets massa och mängden kraft som appliceras.
3. när ett objekt utövar en kraft på ett annat objekt, utövar det andra objektet ett lika och motsatt på det första.

Sir Isaac Newton arbetade inom många områden av matematik och fysik. Han utvecklade gravitationsteorierna 1666 när han bara var 23 år gammal. År 1686 presenterade han sina tre rörelselagar i ”Principia Mathematica Philosophiae Naturalis.”

genom att utveckla sina tre rörelselagar revolutionerade Newton vetenskapen. Newtons lagar tillsammans med Keplers lagar förklarade varför planeter rör sig i elliptiska banor snarare än i cirklar.

nedan är en kort film med Orville och Wilbur Wright och en diskussion om hur Newtons rörelselagar tillämpades på deras flygplan.

Newtons första lag: tröghet

ett objekt i vila förblir i vila, och ett objekt i rörelse förblir i rörelse med konstant hastighet och i en rak linje om det inte påverkas av en obalanserad kraft.

Newtons första lag säger att varje objekt kommer att förbli i vila eller i enhetlig rörelse i en rak linje om inte tvingas ändra sitt tillstånd genom en yttre kraft. Denna tendens att motstå förändringar i ett rörelsetillstånd är tröghet. Det finns ingen nätkraft som verkar på ett objekt (om alla externa krafter avbryter varandra). Då kommer objektet att behålla en konstant hastighet. Om den hastigheten är noll, förblir objektet i vila. Om en extern kraft verkar på ett objekt ändras hastigheten på grund av kraften.

exempel på tröghet som involverar aerodynamik:

• rörelsen av ett flygplan när en pilot ändrar gasreglaget inställningen av en motor.
• rörelsen av en boll som faller ner genom atmosfären.
• en modellraket lanseras upp i atmosfären.
• rörelsen av en drake när vinden ändras.

Newtons andra lag: kraft

accelerationen av ett objekt beror på objektets massa och mängden kraft som appliceras.

hans andra lag definierar en kraft som är lika med förändring i momentum (masstider hastighet) per förändring i tid. Momentum definieras som massan m för ett objekt gånger dess hastighet V.

låt oss anta att vi har ett flygplan vid en punkt ”0” definierad av dess plats X0 och tid t0. Flygplanet har en massa m0 och färdas med hastighet V0. En extern kraft F till flygplanet som visas ovan flyttar den till punkt”1″. Flygplanets nya plats är X1 och tid t1.

flygplanets massa och hastighet ändras under flygningen till värdena m1 och V1. Newtons andra lag kan hjälpa oss att bestämma de nya värdena för V1 och m1, om vi vet hur stor kraften F är. Låt oss bara ta skillnaden mellan villkoren vid punkt ”1” och villkoren vid punkt ”0”.

F = (m1 * V1 – m0 * V0) / (t1 – t0)

Newtons andra lag talar om förändringar i momentum (m * V) så vid denna tidpunkt kan vi inte skilja ut hur mycket massan förändrats och hur mycket hastigheten förändrats. Vi vet bara hur mycket produkt (m * V) förändrats.

låt oss anta att massan förblir ett konstant värde lika med m. detta antagande är ganska bra för ett flygplan, den enda förändringen i Massa skulle vara för bränslet som bränns mellan punkt ”1” och punkt ”0”. Bränslets vikt är förmodligen liten i förhållande till vikten på resten av flygplanet, speciellt om vi bara tittar på små förändringar i tiden. Om vi diskuterade flygningen av en baseball, så är massan säkert en konstant. Men om vi diskuterade flygningen av en flaskraket, förblir massan inte konstant och vi kan bara titta på förändringar i fart. För en konstant massa m ser Newtons andra lag ut:

F = m * (V1 – V0) / (t1 – t0)

hastighetsförändringen dividerad med tidsförändringen är definitionen av accelerationen a. Den andra lagen minskar sedan till den mer kända produkten av en massa och en acceleration:

F = m * a

kom ihåg att detta förhållande bara är bra för objekt som har en konstant massa. Denna ekvation berättar för oss att ett objekt som utsätts för en yttre kraft kommer att accelerera och att accelerationsmängden är proportionell mot kraftens storlek. Mängden acceleration är också omvänt proportionell mot objektets massa; för lika krafter kommer ett tyngre objekt att uppleva mindre acceleration än ett lättare objekt. Med tanke på momentumekvationen orsakar en kraft en förändring i hastighet; och på samma sätt genererar en förändring i hastighet en kraft. Ekvationen fungerar åt båda hållen.

hastigheten, kraften, accelerationen och momentumet har både en storlek och en riktning associerad med dem. Forskare och matematiker kallar detta en vektorkvantitet. Ekvationerna som visas här är faktiskt vektorekvationer och kan tillämpas i var och en av komponentriktningarna. Vi har bara tittat på en riktning, och i allmänhet rör sig ett objekt i alla tre riktningarna (upp-ner, vänster-höger, framåt-bakåt).

exempel på kraft som involverar aerodynamik:

• ett flygplan rörelse till följd av aerodynamiska krafter, flygplan vikt och dragkraft.

Newtons tredje lag: åtgärd & reaktion

när ett objekt utövar en kraft på ett andra objekt, utövar det andra objektet en lika och motsatt kraft på det första.

hans tredje lag säger att för varje handling (kraft) i naturen finns en lika och motsatt reaktion. Om objekt A utövar en kraft på objekt B, utövar objekt B också en lika och motsatt kraft på objekt A. Med andra ord är krafter resultatet av interaktioner.

exempel på åtgärder och reaktioner som involverar aerodynamik:

• lyftrörelsen från en flygblad, luften avböjs nedåt av flygbladets verkan, och som reaktion skjuts vingen uppåt.
• rörelsen hos en snurrande boll, luften avböjs till ena sidan, och bollen reagerar genom att röra sig i motsatt riktning
• rörelsen hos en jetmotor producerar dragkraft och heta avgaser strömmar ut på baksidan av motorn, och en tryckkraft produceras i motsatt riktning.

granska Newtons rörelselagar

1. Newtons första Rörelselag (tröghet)	ett objekt i vila förblir i vila, och ett objekt i rörelse förblir i rörelse med konstant hastighet och i en rak linje om det inte påverkas av en obalanserad kraft.
2. Newtons andra lag om rörelse (kraft)	accelerationen av ett objekt beror på objektets massa och mängden kraft som appliceras.
3. Newtons tredje Rörelselag (handling & reaktion)	när ett objekt utövar en kraft på ett annat objekt, utövar det andra objektet lika och motsatt på det första.