뉴턴의 운동 법칙을 간략히 설명합니다. 뉴턴의 첫 번째 법칙

뉴턴의 법칙- 고전 역학의 기초가 되는 세 가지 법칙과 구성 물체에 대한 힘 상호 작용이 알려진 경우 모든 기계 시스템의 운동 방정식을 기록할 수 있습니다. 아이작 뉴턴이 "자연철학의 수학적 원리"(1687)라는 책에서 처음으로 완전히 공식화했습니다.

뉴턴의 첫 번째 법칙은 관성 참조 프레임의 존재를 가정합니다. 따라서 다음으로도 알려져 있습니다. 관성의 법칙... 관성은 물체에 힘이 작용하지 않을 때 물체의 운동 속도(크기와 방향 모두)가 보존되는 현상입니다. 신체의 운동 속도를 변경하려면 약간의 힘을 가해야 합니다. 당연히 다른 몸체에 동일한 크기의 힘이 작용한 결과는 다를 것입니다. 따라서 신체는 불활성이라고 합니다. 관성은 속도의 변화에 저항하는 물체의 속성입니다. 불활성의 양은 체중으로 특징지어집니다.

현대적 표현

현대 물리학에서 뉴턴의 제1법칙은 일반적으로 다음과 같이 공식화됩니다.

외부 영향이 없을 때 물질 점이 무제한 시간 동안 속도의 크기와 방향을 유지하는 관성이라고 불리는 참조 프레임이 있습니다.

이 법칙은 외부 영향이 존재하지만 상호 보상하는 상황에서도 적용됩니다(보상된 힘은 신체에 0의 총 가속도를 부여하기 때문에 뉴턴의 두 번째 법칙에서 따릅니다).

역사적 표현

뉴턴은 그의 저서 "자연철학의 수학적 원리"에서 역학 제1법칙을 다음과 같은 형식으로 공식화했습니다.

가해진 힘에 의해 강제로 이 상태가 변경되는 한, 모든 신체는 정지 상태 또는 균일하고 직선 운동의 상태로 계속 유지됩니다.

현대의 관점에서 이 공식은 불만족스럽습니다. 첫째, 외력이 없는 유한 치수의 몸체도 회전 운동을 수행할 수 있기 때문에 "몸체"라는 용어를 "물질 점"이라는 용어로 대체해야 합니다. 둘째, 이것이 주된 것입니다. Newton은 그의 작업에서 절대 고정 참조 프레임, 즉 절대 공간과 시간의 존재에 의존했으며 현대 물리학은이 아이디어를 거부합니다. 반면에 임의의(회전하는) 기준 프레임에서는 관성의 법칙이 올바르지 않습니다. 따라서 Newtonian 공식은 설명이 필요합니다.

뉴턴의 제2법칙

뉴턴의 두 번째 법칙은 물질 점에 가해진 힘과 이 점의 결과적인 가속도 사이의 관계를 설명하는 미분 운동 법칙입니다. 사실, 뉴턴의 두 번째 법칙은 선택된 관성 기준 좌표계(IFR)에서 물질 점의 관성 표현의 척도로 질량을 도입합니다.

이 경우, 재료 점의 질량은 시간에 따라 일정하고 이동 및 다른 물체와의 상호 작용의 특징과 무관하다고 가정합니다.

현대적 표현

관성 좌표계에서 질량이 일정한 점의 가속도는 적용된 모든 힘의 합에 정비례하고 질량에 반비례합니다.

측정 단위를 적절하게 선택하면 이 법칙을 공식 형식으로 작성할 수 있습니다.

재료 점의 가속도는 어디에 있습니까?
- 재료 점에 가해지는 힘;
재료 점의 질량입니다.

Newton의 두 번째 법칙은 운동량 개념을 사용하여 등가 형식으로 공식화될 수도 있습니다.

관성 기준계에서 물질 점의 운동량 변화율은 가해진 모든 외부 힘의 합과 같습니다.

여기서 는 점의 운동량, 는 속도, 는 시간입니다. 이 공식을 사용하면 이전 공식과 마찬가지로 물질 점의 질량이 시간에 따라 변하지 않는다고 믿어집니다.

때때로 방정식의 범위를 가변 질량체의 경우로 확장하려는 시도가 있습니다. 그러나 이러한 방정식의 광범위한 해석과 함께 이전에 채택된 정의를 크게 수정하고 다음과 같은 기본 개념의 의미를 변경할 필요가 있습니다. 재료 점, 운동량 및 힘.

중첩의 원리를 고려하여 여러 힘이 물질 점에 작용할 때 뉴턴의 두 번째 법칙은 다음과 같은 형식으로 작성됩니다.

또는 힘이 시간에 의존하지 않는다면,

뉴턴의 두 번째 법칙은 빛의 속도보다 훨씬 느린 속도와 관성 참조 프레임에서만 유효합니다. 빛의 속도에 가까운 속도의 경우 상대성 이론의 법칙이 사용됩니다.

제1법칙은 IFR의 존재를 전제하고 두 번째 법칙은 이미 IFR에 공식화되어 있기 때문에 제2법칙의 특수한 경우(at)를 첫 번째 법칙과 동등하게 간주하는 것은 불가능합니다.

역사적 표현

뉴턴의 원래 공식:

운동량의 변화는 적용된 구동력에 비례하며 이 힘이 작용하는 직선 방향으로 발생합니다.

뉴턴의 제3법칙

이 법칙은 두 가지 중요한 점에서 일어나는 일을 설명합니다. 예를 들어 두 개의 재료 점으로 구성된 닫힌 시스템을 가정합니다. 첫 번째 점은 약간의 힘으로 두 번째 점에 작용하고 두 번째 점은 첫 번째 점에 힘을 가할 수 있습니다. 힘을 어떻게 비교합니까? 뉴턴의 제3법칙은 작용력의 크기는 같고 반작용력의 방향은 반대라는 것이다. 이러한 힘은 서로 다른 물질 지점에 적용되므로 전혀 보상되지 않는다는 점을 강조합니다.

현대적 표현

재료 점은 크기가 같고 방향이 반대인 이러한 점을 연결하는 직선을 따라 향하는 동일한 성질의 힘에 의해 서로 상호 작용합니다.

이 법칙은 쌍 상호작용의 원리를 반영합니다.

역사적 표현

작용은 항상 동일하고 반대되는 반작용이며, 그렇지 않으면 서로에 대한 두 물체의 상호 작용이 동일하고 반대 방향으로 진행됩니다.

로렌츠 힘의 경우 뉴턴의 제3법칙은 성립하지 않습니다. 닫힌 입자계와 전자기장의 운동량 보존 법칙으로 그것을 재구성해야만 그 타당성을 회복할 수 있다.

결론

뉴턴의 법칙에서 몇 가지 흥미로운 결론이 즉시 나옵니다. 따라서 뉴턴의 제3법칙은 신체가 어떻게 상호작용하든 간에 신체의 총 충동을 변경할 수 없다고 말합니다. 운동량 보존 법칙... 또한 두 물체의 상호 작용 잠재력이 이러한 물체의 좌표 차이의 계수에만 의존한다고 요구하면 다음이 발생합니다. 총 역학적 에너지 보존 법칙상호 작용하는 기관:

뉴턴의 법칙은 역학의 기본 법칙입니다. 기계 시스템의 운동 방정식은 이들로부터 파생될 수 있습니다. 그러나 모든 역학 법칙을 뉴턴의 법칙에서 연역할 수 있는 것은 아닙니다. 예를 들어, 만유인력의 법칙이나 훅의 법칙은 뉴턴의 세 법칙의 결과가 아닙니다.

고전 역학의 주요 법칙은 뉴턴의 세 가지 법칙입니다. 이제 우리는 그것들을 더 자세히 살펴볼 것입니다.

뉴턴의 첫 번째 법칙

관찰과 경험은 물체가 지구에 대해 가속도를 받는다는 것을 보여줍니다.

공기 "권총"의 플러그가 확장된 피스톤에 의해 압축된 가스의 작용으로 움직인다고 상상해 봅시다. 우리는 일관된 힘 체인을 얻습니다.

피스톤을 구동하는 힘 => 실린더에서 가스를 압축하는 피스톤의 힘 => 플러그를 구동하는 가스의 힘.

이 경우 및 기타 유사한 경우, 속도의 변화, 즉 가속도의 출현은 다른 물체의 주어진 물체에 힘이 작용한 결과입니다.

힘이 몸에 작용하지 않으면 (또는 힘이 보상됩니다.), 그러면 몸은 (지구에 대해) 정지 상태를 유지하거나 균일하고 직선적으로 움직일 것입니다. 가속 없이.

이를 바탕으로 관성의 법칙이라고 불리는 뉴턴의 제1법칙을 세울 수 있었습니다.

그러한 관성 기준 좌표계가 있으며, 신체가 힘에 의해 작용되지 않거나 이러한 힘의 작용이 보상되는 경우 신체가 정지해 있거나(운동의 특수한 경우) 균일하고 직선적으로 움직입니다.

주변의 모든 힘의 작용, 특히 마찰 작용을 완전히 제거하는 것은 불가능하기 때문에 간단한 실험으로 이 법칙을 검증하는 것은 사실상 불가능합니다.

물체의 운동 연구에 대한 세심한 실험은 20세기 말 이탈리아 물리학자 갈릴레이 갈릴레오에 의해 처음 수행되었습니다. XVI 및 초기 XVII 수세기. 나중에 이 법칙은 아이작 뉴턴에 의해 더 자세히 기술되었으므로 이 법칙은 그의 이름을 따서 명명되었습니다.

이러한 신체 관성의 표현은 일상 생활과 기술에서 널리 사용됩니다. 먼지가 많은 걸레를 흔들어 온도계에 수은 기둥을 "떨어뜨리는".

뉴턴의 제2법칙

다양한 실험에서 가속도가 이러한 가속을 유발하는 힘의 방향과 일치함을 보여줍니다. 따라서 가속도에 대한 신체에 가해지는 힘의 의존성 법칙을 공식화하는 것이 가능합니다.

관성 기준 시스템에서 질량과 가속도의 곱은 합력과 같습니다(합력은 본체에 적용된 모든 힘의 기하학적 합입니다).

체중은 이 관계의 비례 계수입니다.가속도의 정의에 의해() 법률을 다른 형식으로 작성하고또한 평등의 오른쪽 분자에서 운동량 Δ의 변화가 있음이 밝혀졌습니다.NSΔ 이후 피 = mΔv

따라서 두 번째 법칙은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

이 형식에서 Newton은 두 번째 법칙을 기록했습니다.

이 법칙은 빛의 속도보다 훨씬 느린 속도와 관성 기준 좌표계에서만 유효합니다.

뉴턴의 제3법칙

두 물체가 충돌하면 속도가 변합니다. 두 몸 모두 가속도를 얻습니다. 지구는 달을 끌어당겨 곡선 경로를 따라 움직이게 합니다. 차례로, 달은 또한 지구(중력)를 끌어당깁니다.

이 예는 힘이 항상 쌍으로 발생한다는 것을 보여줍니다. 한 물체가 다른 물체에 힘으로 작용하면 두 번째 물체가 첫 번째 물체에 같은 힘으로 작용합니다. 모든 힘은 상호 작용합니다.

그러면 뉴턴의 제3법칙을 공식화할 수 있습니다.

물체는 크기가 같고 방향이 반대인 직선을 따라 향하는 힘으로 서로 쌍으로 작용합니다.

이 법칙은 종종 어려운 법칙이라고 불립니다. 이 법의 의미를 이해하지 못합니다. 법에 대한 이해를 돕기 위해 이것을 다시 작성할 수 있습니다.법 ( "행동은 반응과 같다") on « 반대하는 힘은 작용하는 힘과 같다", 이러한 힘이 다른 몸체에 적용되기 때문입니다.

시체의 추락조차도 반대의 법칙을 엄격히 준수합니다. 사과는 지구에 끌리기 때문에 지구에 떨어집니다. 하지만 정확히 같은 힘으로 사과는 지구 전체를 끌어당깁니다.

로렌츠 힘의 경우 뉴턴의 제3법칙은 성립하지 않습니다.

뉴턴은 그의 저서 "자연철학의 수학적 원리"에서 역학의 기본 법칙을 공식화했습니다.

따라서 우리는 이 세 가지 뉴턴의 법칙이 모두 고전 역학의 기본이라는 결론을 내릴 수 있습니다. 그리고 각각의 법칙은 서로에게 흐른다.

힘이 작용하지 않으면(또는 힘이 서로 균형을 이루면) 정지 상태 또는 균일한 직선 운동 상태에 있습니다.

역사적 표현

현대적 표현

어디 p → = m v → (\ displaystyle (\ vec (p)) = m (\ vec (v)))- 포인트 임펄스, v → (\ displaystyle (\ vec (v)))속도이고 t (\ 표시 스타일 t)- 시각 . 이 공식을 사용하면 이전 공식과 마찬가지로 물질 점의 질량이 시간에 따라 변하지 않는다고 믿어집니다.

방정식의 범위를 확장하려는 시도가 때때로 이루어집니다. d p → d t = F → (\ displaystyle (\ frac (d (\ vec (p))) (dt)) = (\ vec (F)))그리고 가변 질량의 몸체의 경우. 그러나 방정식에 대한 이러한 폭넓은 해석과 함께 기존에 채택된 정의를 크게 수정하고 다음과 같은 기본 개념의 의미를 변경할 필요가 있습니다. 재료 점, 운동량 및 힘 .

비고

중첩의 원리를 고려하여 여러 힘이 물질 점에 작용할 때 뉴턴의 두 번째 법칙은 다음과 같은 형식으로 작성됩니다.

m a → = ∑ i = 1 n F i → (\ displaystyle m (\ vec (a)) = \ sum _ (i = 1) ^ (n) (\ vec (F_ (i)))) d p → d t = ∑ i = 1 n F i →. (\ displaystyle (\ frac (d (\ vec (p))) (dt)) = \ sum _ (i = 1) ^ (n) (\ vec (F_ (i))).)

모든 고전역학과 마찬가지로 뉴턴의 제2법칙은 빛의 속도보다 훨씬 느린 속도로 물체의 운동에만 유효합니다. 물체가 빛의 속도에 가까운 속도로 움직일 때 특수 상대성 이론의 틀 내에서 얻은 두 번째 법칙의 상대론적 일반화가 사용됩니다.

특별한 경우를 고려하는 것은 불가능하다는 점을 염두에 두어야 합니다. F → = 0(\ 표시 스타일(\ vec(F)) = 0)) 첫 번째 법은 IFR의 존재를 가정하고 두 번째 법은 이미 IFR에 공식화되어 있기 때문에 두 번째 법의 첫 번째 법과 동등합니다.

역사적 표현

뉴턴의 원래 공식:

뉴턴의 제3법칙

이 법칙은 두 물질 점이 상호 작용하는 방식을 설명합니다. 첫 번째 점이 두 번째 점에 약간의 힘으로 작용할 수 있고 두 번째 점이 첫 번째 점에 힘으로 작용할 수 있는 두 개의 재료 점으로 구성된 닫힌 시스템이 있다고 가정합니다. 뉴턴의 제3법칙은 작용력을 말한다. F → 1 → 2 (\ displaystyle (\ vec (F)) _ (1 \ ~ 2))반력의 크기는 같고 방향은 반대 F → 2 → 1 (\ displaystyle (\ vec (F)) _ (2 \ to 1)).

뉴턴의 세 번째 법칙은 공간의 균질성, 등방성 및 거울 대칭의 결과입니다.

뉴턴 역학의 나머지 법칙과 마찬가지로 뉴턴의 세 번째 법칙은 고려 중인 시스템의 모든 물체의 속도가 상호 작용의 전파 속도(광속)에 비해 무시할 수 있는 경우에만 실질적으로 정확한 결과를 제공합니다.

현대적 표현

법칙에 따르면 힘은 쌍으로만 발생하며 물체에 작용하는 모든 힘은 다른 물체의 형태로 근원을 가집니다. 즉, 힘은 항상 결과입니다. 상호 작용전화 상호 작용하는 물체 없이 독립적으로 발생하는 힘의 존재는 불가능합니다.

역사적 표현

Newton은 다음과 같은 법칙을 공식화했습니다.

뉴턴의 법칙의 결과

뉴턴의 법칙은 고전 뉴턴 역학의 공리입니다. 결과적으로 그들로부터 기계 시스템의 운동 방정식과 아래에 표시된 "보존 법칙"이 파생됩니다. 물론 뉴턴의 세 가지 가정을 따르지 않는 법칙(예: 만유인력 또는 훅)이 있습니다.

운동 방정식

방정식 F → = m a → (\ displaystyle (\ vec (F)) = m (\ vec (a)))미분 방정식: 가속도는 시간 좌표의 2차 도함수입니다. 이것은 시간에 따른 기계 시스템의 진화(운동)가 초기 좌표와 초기 속도를 지정함으로써 명확하게 결정될 수 있음을 의미합니다.

우리 세계를 설명하는 방정식이 1차 방정식이라면 관성, 진동, 파동과 같은 현상이 우리 세계에서 사라질 것입니다.

운동량 보존 법칙

운동량 보존 법칙에 따르면 시스템의 모든 물체에 작용하는 외부 힘의 벡터 합이 0이면 시스템의 모든 물체의 운동량 벡터 합은 일정한 값입니다.

기계적 에너지 보존 법칙

뉴턴의 법칙과 관성력

뉴턴의 법칙의 사용은 특정 IFR의 작업을 전제로 합니다. 그러나 실제로는 비관성 참조 프레임을 처리해야 합니다. 이러한 경우 뉴턴의 제2법칙과 제3법칙에서 논의되는 힘 외에 역학에서 이른바 관성의 힘.

일반적으로 우리는 두 가지 다른 유형의 관성력에 대해 이야기하고 있습니다. 첫 번째 유형의 힘(달랑베르 관성력)은 마이너스 기호로 취해진 가속도에 의한 재료 점의 질량의 곱과 동일한 벡터 양입니다. 두 번째 유형의 힘(오일러의 관성력)은 뉴턴의 두 번째 법칙의 형식과 일치하는 형식으로 비관성 참조 프레임에서 물체의 운동 방정식을 작성할 수 있는 형식적인 가능성을 얻는 데 사용됩니다. 정의에 따르면, 관성의 오일러 힘은 한편으로는 이 힘이 도입되는 비관성 기준 좌표계에서 가속도 값 간의 차이에 의한 재료 점의 질량 곱과 같습니다. 모든 관성 참조 프레임에서, 다른 쪽에서. 이러한 방식으로 결정된 관성력은 진정한 의미의 힘이 아니라 가짜 , 보이는또는 의사 힘 .

역학 과정의 논리에서 뉴턴의 법칙

고전 역학을 공식화하는 방법론적으로 다른 방법이 있습니다. 즉, 법칙-결과 및 운동 방정식이 도출되는 기반에 기초한 기본 가정을 선택합니다. 경험적 자료에 기초한 공리의 상태를 뉴턴의 법칙에 부여하는 것은 그러한 방법 중 하나일 뿐입니다("뉴턴 역학"). 이 접근 방식은 일반 물리학의 대부분의 대학 과정뿐만 아니라 중등 학교에서도 채택됩니다.

라그랑주 역학은 이론 물리학 과정에서 주로 사용되는 대안적인 접근 방식입니다. 라그랑주 형식주의의 틀 안에서는 하나의 공식(작용의 기록)과 하나의 유일한 가정(작용이 정지되도록 몸이 움직인다)이 있는데, 이는 이론적인 개념이다. 그러나 모든 Newton의 법칙은 Lagrangian 시스템(특히 보수 시스템의 경우)에 대해서만 이로부터 파생될 수 있습니다. 그러나 알려진 모든 기본 상호 작용은 Lagrangian 시스템으로 설명됩니다. 더욱이 라그랑주 형식주의의 틀 내에서 행동이 다른 형식을 갖는 가상의 상황을 쉽게 고려할 수 있습니다. 이 경우 운동 방정식은 더 이상 뉴턴의 법칙과 유사하지 않지만 고전 역학 자체는 여전히 적용할 수 있습니다.

역사적 스케치

제조업, 건축, 조선 및 대포 사용에서 기계를 사용하는 관행을 통해 뉴턴 시대에는 기계적 과정에 대한 많은 관찰을 축적할 수 있었습니다. 관성, 힘, 가속도의 개념은 17세기에 점점 더 명확해졌습니다. 역학에 대한 Galileo, Borelli, Descartes, Huygens의 작업에는 이미 Newton이 역학에서 논리적이고 일관된 정의 및 정리 시스템을 만드는 데 필요한 모든 이론적 전제 조건이 포함되어 있습니다.

원본 텍스트(위도)
렉스 나
Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quantenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare.
렉스 II
Mutationem motus proportionalem esse vi motrici impressae et fieri secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur.
Actioni contrariam semper et aequalem esse reactionem: sive corporum duorum actiones in se mutuo semper esse aequales et in partes contrarias dirigi.

이러한 법률 공식의 러시아어 번역은 이전 섹션을 참조하십시오.

Newton은 또한 다음과 같은 물리적 개념에 대한 엄격한 정의를 제공했습니다. 이동량(데카르트가 명확하게 사용하지 않음) 힘... 그는 물리학에 질량의 개념을 물체의 불활성과 동시에 중력 속성의 척도로 도입했습니다(초기 물리학자들은 이 개념을 사용했습니다). 무게).

17세기 중반에는 아직 미적분과 적분의 현대적 기법이 없었습니다. 1680년대에 상응하는 수학적 장치는 뉴턴 자신(1642-1727)과 라이프니츠(1646-1716)에 의해 동시에 만들어졌습니다. 오일러(1707-1783)와 라그랑주(1736-1813)가 역학 기초의 수학화를 완료했습니다.

메모(편집)

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"물질 점의 추가 특성(기하학적 특성과 비교)은 스칼라 양 m입니다. 일반적으로 말해서 일정하고 가변적일 수 있는 물질 점의 질량입니다. ... 고전적인 뉴턴 역학에서 재료 점은 일반적으로 관성의 척도인 고유한 질량이 있는 기하학적 점으로 모델링됩니다." 137페이지 Sedov LI, Tsypkin AG 중력 및 전자기 이론의 거시적 이론 기초. 남: 과학, 1989.
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뉴턴의 역학 법칙(고전 역학)은 적용 범위가 제한적입니다. 그들은 진공에서 빛의 속도보다 훨씬 느린 속도로 움직이는 거시적 물체에 유효합니다.

뉴턴의 첫 번째 법칙(관성의 법칙이라고도 함)의 공식화:

뉴턴의 첫 번째 법칙다른 물체가 그것에 작용하지 않거나 이 물체의 작용이 보상되는 경우 물체가 직선으로 균일하게 움직이는 관성이라고 하는 참조 프레임이 있습니다.

관성 좌표계에서 물체는 힘이 작용하지 않는 상태에서 균일하고 직선으로 움직입니다.

관성 외부 영향이 없거나 보상을 받은 상태에서 물체의 속도를 유지하는 현상을 관성이라고 합니다. 따라서 뉴턴의 제1법칙을 관성의 법칙이라고 합니다.

주어진 물체에 작용하는 모든 힘의 합이 0이면 물체는 균일하고 직선적으로 움직이거나 전혀 움직이지 않습니다. 실제로, 합력의 0에 대한 평등을 달성하는 것은 불가능합니다. 그러나 신체의 속도가 크게 변하지 않을 때 일부 동작을 무시하고 모션 섹션을 선택할 수 있습니다.

관성의 법칙은 갈릴레오 갈릴레이(Galileo Galilei, 1632)에 의해 처음 공식화되었습니다. 뉴턴은 갈릴레오의 발견을 요약하고 기본 운동 법칙에 포함시켰습니다.

IFR 관성 기준 좌표계는 뉴턴의 제1법칙이 충족되는 기준 좌표계입니다.

따라서 관성 기준 프레임에서 신체의 이동 속도가 변화하는 이유는 항상 다른 신체와의 상호 작용 때문입니다. 다른 물체의 영향을 받는 물체의 운동을 정량적으로 설명하려면 두 가지 새로운 물리량인 비활성을 도입해야 합니다. 체중그리고 힘.

무게

질량은 관성을 특징짓는 물체의 속성입니다. 주변 물체의 동일한 영향으로 한 물체는 빠르게 속도를 변경할 수 있지만 다른 물체는 동일한 조건에서 훨씬 더 느리게 속도를 변경할 수 있습니다. 이 두 몸체 중 두 번째 몸체가 더 큰 관성을 가지고 있다고 말하는 것이 일반적입니다. 즉, 두 번째 몸체가 더 큰 질량을 가지고 있습니다.

두 몸체가 서로 상호 작용하면 결과적으로 두 몸체의 속도가 변경됩니다. 즉, 상호 작용 과정에서 두 몸체가 가속도를 얻습니다. 주어진 두 물체의 가속도 비율은 어떤 영향에서도 일정한 것으로 판명되었습니다. 물리학에서는 상호 작용하는 물체의 질량이 상호 작용의 결과로 물체가 획득한 가속도에 반비례한다는 것이 인정됩니다.

두 물체의 질량 비교.

\ [\ dfrac (m_1) (m_2) = - \ dfrac (a_2) (a_1) \]

이 관계에서 양 \ (a_1 \) 및 \ (a_2 \)는 OX 축에 대한 벡터 \ (a_1 \) 및 \ (a_2 \)의 투영으로 간주되어야 합니다. 공식의 오른쪽에 있는 빼기 기호는 상호 작용하는 물체의 가속도가 반대 방향으로 향함을 의미합니다.

국제 단위계(SI)에서 체중은 킬로그램(kg).

모든 물체의 질량은 다음과 비교하여 실험적으로 결정할 수 있습니다. 표준 질량 (\ (m _ (\ 텍스트 (fl)) = 1 \ 텍스트 (kg) \)). 하자 \ (m_1 = m _ (\ 문자(바닥)) = 1 \ 문자(kg) \)... 그 다음에

\ [m_2 = - \ dfrac (a_1) (a_2) m _ (\ 텍스트(바닥)) \]

체질량 - 스칼라... 경험에 따르면 질량이 \ (m_1 \) 및 \ (m_2 \) 인 두 물체가 하나로 결합되면 복합 물체의 질량 \ (m \)은 질량 \ (m_1 \) 및 \ (m_2 \) 다음 바디:

\ [M = m_1 + m_2 \]

이 대중의 속성을 가산성.

힘

힘 신체 상호 작용의 정량적 측정입니다. 힘은 신체 속도의 변화의 원인입니다. 뉴턴 역학에서 힘은 마찰력, 중력, 탄성력 등 다른 물리적 특성을 가질 수 있습니다. 힘은 벡터 수량, 모듈, 방향 및 적용 지점 포함.

몸에 작용하는 모든 힘의 벡터 합을 합력.

신체의 운동 속도를 변경하려면 약간의 힘을 가해야 합니다. 당연히 다른 몸체에 동일한 크기의 힘이 작용한 결과는 다를 것입니다.

4가지 주요 유형이 있습니다 상호 작용:

중력,
전자기,
강한,
약한.

모든 상호 작용은 이러한 기본 유형의 표현입니다.

힘의 예: 중력, 탄성력, 체중, 마찰력, 부력(아르키메데스) 힘, 양력.

힘이란 무엇입니까? 힘은 한 물체가 다른 물체에 미치는 영향의 척도입니다.

힘은 벡터량입니다. 강도는 다음과 같은 특징이 있습니다.

모듈(절대값);
방향;
응용 프로그램으로 점.

힘을 측정하려면 다음을 설정해야 합니다. 힘의 기준그리고 비교 방법이 기준을 가진 다른 힘.

미리 정해진 길이만큼 늘어난 스프링을 힘의 기준으로 삼을 수 있습니다. 전원 모듈 NS고정된 장력의 이 용수철이 그것에 부착된 몸체에 작용하는 것을 0이라고 합니다. 힘의 기준... 표준과 다른 힘을 비교하는 방법은 다음과 같습니다. 측정된 힘 \ (\ vec (F) \) 및 기준 힘 \ (\ vec (F_0) \)의 작용에 따라 본체가 정지 상태(또는 균일하고 직선으로 움직인다), 힘은 모듈로 \ (\ vec (F) \) = \ (\ vec (F_0) \)와 같습니다.

힘 \ (\ vec (F) \)과 표준의 비교. \ (\ vec (F) \) = \ (\ vec (F_0) \)

측정된 힘 \(\ vec (F) \)이 기준 힘보다 (절대값에서) 더 크면 두 개의 기준 스프링을 병렬로 연결할 수 있습니다. 이 경우 측정된 힘은 \(\vec (2 F_0) \)입니다. 마찬가지로 힘 \ (\ vec (3 F_0) \), \ (\ vec (4 F_0) \) 등을 측정할 수 있습니다.

힘 \ (\ vec (F) \)과 표준의 비교. \ (\ vec (F) \) = \ (\ vec (2 F_0) \)

\ (\ vec (2 F_0) \)보다 작은 힘의 측정

힘 \ (\ vec (F) \)과 표준의 비교. \ (\ vec (F) \) = \ (\ vec (2 F_0) \ cos (\ 알파) \)

국제 단위계의 기준 힘은 뉴턴(N)이라고 합니다.

1N의 힘은 1kg 무게의 물체에 1m/s2의 가속도를 부여합니다.

치수 [H]

\ [1 \ text (N) = 1 \ dfrac (\ text (kg) \ cdot \ text (m)) (\ text (c) ^ 2) \]

실제로 측정된 모든 힘을 표준과 비교할 필요는 없습니다. 힘을 측정하기 위해 위에서 설명한 대로 보정된 스프링이 사용됩니다. 이러한 보정된 스프링은 동력계 ... 힘은 동력계의 인장 강도로 측정됩니다.

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아이작 뉴턴 경의 세 가지 법칙은 거대한 물체의 운동과 그들이 상호 작용하는 방식을 설명합니다.

뉴턴의 법칙은 오늘날 우리에게 명백해 보이지만 300년 전에는 혁명적인 것으로 여겨졌습니다.

콘텐츠:

뉴턴은 중력과 행성 운동에 대한 연구로 가장 잘 알려져 있습니다. 천문학자 에드먼드 핼리(Edmond Halley)가 몇 년 전에 타원 궤도의 증거를 잃어버렸다고 인정한 후 부름을 받은 뉴턴은 1687년 자신의 원본 저서 Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica(자연 철학의 수학 원리)에서 자신의 법칙을 발표했습니다. 거대한 물체가 외부 힘의 영향을 받는 방식으로 움직이는 것입니다.

뉴턴은 자신의 세 가지 법칙을 공식화하여 질량이나 회전이 없는 수학적 점으로 간주하여 질량에 대한 참조를 단순화했습니다. 이를 통해 그는 마찰, 공기 저항, 온도, 재료 특성 등과 같은 요소를 무시하고 질량, 길이 및 시간 측면에서만 설명할 수 있는 현상에 집중할 수 있었습니다. 결과적으로, 세 가지 법칙은 강하거나 변형 가능한 큰 물체의 거동의 정확성을 설명하는 데 사용할 수 없습니다. 그러나 많은 경우에 적절하고 정확한 근사치를 제공합니다.

뉴턴의 법칙

뉴턴의 법칙은 뉴턴 자신이 그러한 프레임을 기술한 적이 없지만 관성 기준 좌표계(때로는 뉴턴 기준 좌표계라고도 함)에서 거대한 물체의 운동을 나타냅니다. 관성 기준 좌표계는 정지하거나 균일하게 선형인 3차원 좌표계로 설명할 수 있습니다. 즉, 가속하지 않고 회전하지 않습니다. 그는 그러한 관성 기준계에서의 운동이 세 가지 간단한 법칙으로 설명될 수 있음을 발견했습니다.

뉴턴의 운동 제1법칙

읽기: 힘이 몸에 작용하지 않거나 그 작용이 보상되면 이 몸은 정지 상태 또는 균일한 직선 운동 상태에 있습니다. 그것은 단순히 사물이 스스로 시작, 중지 또는 방향을 변경할 수 없음을 의미합니다.

그러한 변화를 일으키기 위해서는 외부에서 그들에게 작용하는 힘이 필요합니다. 운동의 변화에 저항하는 이 거대한 물체의 특성을 관성이라고 합니다.

현대 물리학에서 뉴턴의 제1법칙은 일반적으로 다음과 같이 공식화됩니다.

어떤 힘도 작용하지 않을 때(또는 힘이 서로 균형을 이룰 때) 재료 점에 대해 관성이라고 하는 기준 좌표계가 정지하거나 균일한 직선 운동을 합니다.

뉴턴의 운동 제2법칙

외력이 작용할 때 거대한 몸체에 어떤 일이 발생하는지 설명합니다. 그것은 말합니다: 물체에 작용하는 힘은 가속도의 이 물체의 질량과 같습니다. F는 힘, m은 질량, a는 가속도인 F = ma와 같은 수학 형식으로 작성됩니다. 굵은 글자는 힘과 가속도가 벡터 양임을 나타내며, 이는 크기와 방향이 모두 있음을 의미합니다. 힘은 하나의 힘일 수도 있고, 모든 힘이 결합된 후 순수한 힘인 둘 이상의 힘의 벡터 합일 수도 있습니다.

질량이 큰 물체에 일정한 힘이 작용하면 물체가 가속됩니다. 즉, 일정한 속도로 속력이 바뀝니다. 가장 단순한 경우, 정지된 물체에 힘이 가해지면 물체가 힘의 방향으로 가속됩니다. 그러나 물체가 이미 움직이고 있거나 이 상황을 움직이는 기준 좌표계에서 보면 힘의 방향과 물체가 움직이는 방향에 따라 물체가 가속, 감속 또는 방향을 바꾸는 것처럼 보일 수 있습니다. 프레임이 서로 상대적으로 움직입니다.

현대 물리학에서 뉴턴의 제2법칙은 일반적으로 다음과 같이 공식화됩니다.

관성 좌표계에서 질량이 일정한 점의 가속도는 적용된 모든 힘의 합에 정비례하고 질량에 반비례합니다.

측정 단위를 적절하게 선택하면 이 법칙을 공식 형식으로 작성할 수 있습니다.

뉴턴의 운동 제3법칙

읽는다: 모든 행동에는 동등한 반응이 있습니다. 이 법칙은 물체가 다른 물체에 힘을 가할 때 물체에 일어나는 일을 설명합니다. 힘은 항상 쌍으로 만나므로 한 몸이 다른 몸을 밀면 다른 몸도 마찬가지로 세게 밀어냅니다. 예를 들어 카트를 밀면 카트가 사용자에게서 멀어집니다. 밧줄을 당기면 밧줄이 몸쪽으로 기울어집니다. 중력이 당신을 지면으로 끌어당기면 지구가 당신을 밀고 로켓이 뒤에서 연료를 점화할 때 팽창하는 배기 가스가 로켓을 밀어 가속을 유발합니다.

한 물체가 다른 물체보다 훨씬 더 무겁다면, 특히 첫 번째 물체가 지구에 묶인 경우에는 사실상 모든 가속도가 두 번째 물체로 전달되고 첫 번째 물체의 가속도는 안전하게 무시할 수 있습니다. 예를 들어, 공을 서쪽으로 던졌다면 공이 공중에 있는 동안 실제로 지구가 더 빨리 회전한다고 가정할 필요가 없습니다. 그러나 롤러블레이드를 타고 볼링 공을 던지면 눈에 띄는 속도로 뒤로 움직이기 시작합니다.

현대 물리학에서 뉴턴의 제3법칙은 일반적으로 다음과 같이 공식화됩니다.

재료 점은 크기가 같고 방향이 반대인 이러한 점을 연결하는 직선을 따라 향하는 동일한 성질의 힘에 의해 서로 상호 작용합니다.

세 가지 법칙은 지난 3세기 동안 수많은 실험을 통해 검증되었으며, 우리가 일상 생활에서 접하는 물체의 유형과 속도를 설명하는 데 여전히 널리 사용되고 있습니다. 그것들은 현재 고전 역학으로 알려진 것의 기초를 형성합니다. 즉, 양자 역학에서 고려되는 매우 작은 규모보다 크고 초고속 상대론적 역학보다 느리게 움직이는 거대한 물체에 대한 연구입니다.