Videnskab > Fysik > Kræfter > Newtons første bevægelseslov

Newtons bevægelseslove er tre fysiske love, der tilsammen dannede grundlaget for den klassiske mekanik. I denne artikel skal vi diskutere Newtons første bevægelseslov og begrebet om et legemes inerti.

Udtalelse af Newtons første bevægelseslov:

Alle materielle legemer fortsætter med at forblive i deres hviletilstand eller tilstand af ensartet bevægelse i en lige linje, medmindre de påvirkes af en ydre ubalanceret kraft til at ændre bevægelsestilstanden. Denne lov kaldes også for inertieloven.

Forklaring: Denne lov består af to dele, hvoraf den første del giver os begrebet inerti, mens den anden del hjælper os med at definere kraften. Den første del angiver, at hvis et legeme er i hvile, så kan det ikke begynde at bevæge sig af sig selv. På samme måde kan et legeme, der befinder sig i en ensartet bevægelse i en lige linje, ikke øge eller mindske sin hastighed eller ændre retning af sig selv. Hvert legeme er således ude af stand til selv at ændre sin hviletilstand eller ensartede bevægelse langs en lige linje, og denne iboende egenskab ved et legeme kaldes et legemes inerti. Et legemes inerti afhænger af legemets masse. Massen er således et mål for et legemes inerti.

Den anden del af loven hjælper os med at definere kraften. I første del har vi set, at et legeme ikke kan ændre sin bevægelsestilstand af sig selv, men at der kræves en ydre fysisk størrelse for at gøre det. Denne eksterne fysiske størrelse, som er nødvendig for at ændre et legemes bevægelsestilstand, kaldes kraft.

Begrebet om et legemes inerti:

• Legemets tendens til at modsætte sig ændring af hviletilstand eller tilstand af ensartet bevægelse kaldes legemets inerti.
• Hvis der ikke virker nogen ubalanceret kraft på et legeme, forbliver det hvilende legeme i hvile. Denne inerti kaldes undertiden for hviletræghed.
• Hvis der ikke virker nogen ubalanceret kraft på et legeme, forbliver legemet i ensartet bevægelse langs en ret linje i ensartet bevægelse langs den samme lige linje. Denne inerti kaldes undertiden for bevægelsestræthed.
• Tendensen hos et legeme til at fortsætte med at bevæge sig med en ensartet bevægelse i en lineær retning kaldes retningstræthed.

Eksempler på hviletræghed:

Eksempel: En mønt er placeret på et glat kort, der fungerer som låg på et glas. Når kortet pludselig trækkes i den vandrette retning, falder mønten ned i glasset. (hviletræghed)

Oplysning: Når kortet trækkes vandret, opnår det bevægelse på grund af trækkraften. Men da der ikke virker nogen kraft på mønten i vandret retning. Mønten, der oprindeligt lå i hvile på kortet på grund af inerti, forbliver i hvile. Den bliver således adskilt fra kortet. Nu er der ingen støtte i bunden, og kortet falder ned i glasset under tyngdekraftens påvirkning.

Flere eksempler på hvilens inerti:

• En cyklist, der kører på en flad vej, kommer ikke til hvile umiddelbart efter, at han holder op med at træde i pedalerne.

• Når man slår på mønten nederst i en bunke karamellemønter med et slagjern, bevæger denne mønt sig kun væk, mens resten af bunken forbliver i den oprindelige position.
• Når et hængende tæppe slås med en pind, begynder støvpartiklerne at komme ud af det. Når et tæppe slås med en pind, sættes tæppet i bevægelse. Men på grund af inerti forbliver støvpartiklerne i hvile. Således bliver de adskilt fra tæppet.
• Når man ryster eller giver ryk til grenene på et træ, falder frugterne ned. Når grenene rystes i én retning, forbliver frugterne og bladene på grund af inertien i den oprindelige position på grund af hvilens inerti. Dette bevirker, at stilken brydes op, og de falder ned.
• Når en kugle affyres mod en glasrude, dannes der et hul i den. Dette skyldes, at kun den del af glasset bevæger sig med kuglen, hvor kuglen rammer glasset. Den resterende del forbliver på grund af inertien i sin position. Kuglen er således i stand til at danne et hul i glasruden på grund af vinduesrudens inerti.
• En tryllekunstner snupper en dug fra under et fuldt dækket service. Når der trækkes i dugen, sættes den i bevægelse, men service på grund af hvilens inerti forbliver på bordet.
• Når lokaltoget pludselig starter eller stopper, kan skydedørene i nogle kupéer åbne eller lukke sig.

Eksempel på bevægelsens inerti:

Eksempel: Når en stationær bus begynder at bevæge sig, læner passagererne i bussen sig tilbage på samme måde, når en bus, der bevæger sig med ensartet hastighed, pludselig stopper, bevæger passagererne sig fremad. (Bevægelsens inerti)

Oplysning: Når bussen står stille, står passagererne også stille. Når bussen begynder at bevæge sig, begynder den del af kroppen (den nederste del), der er i kontakt med bussen, at bevæge sig, men på grund af inertien forbliver den øverste del stationær, og han bliver således tilbagelænet. Hvis han står op, vil han falde bagover. Når bussen bevæger sig med en ensartet bevægelse i en lige linje, har passagererne den samme bevægelse. Når bussen stopper, stopper den del af kroppen (den nederste del), der er i kontakt med bussen, men på grund af inertien fortsætter den øverste del med at bevæge sig fremad, og han bevæger sig således fremad. Hvis han står, vil han falde fremad.

MereEksempler:

• Når en passager hopper ud af et tog i bevægelse, falder han ned. Det skyldes, at så snart personen forlader det kørende tog, er hans hastighed den samme som togets hastighed. Når hans fødder kommer i kontakt med jorden, bringes den nederste del af hans krop til hvile, men den øverste del af kroppen fortsætter med at bevæge sig med den oprindelige hastighed. Dette får ham til at falde i fremadgående retning. For at undgå dette må han løbe i fremadgående retning, indtil hans hastighed er reduceret til nul.
• En bold, der kastes lodret opad af en person i et kørende tog, kommer tilbage til hans hånd. Årsagen er, at i det øjeblik bolden blev kastet, var bolden i bevægelse sammen med personen og toget på grund af bevægelsens inerti. Så i den tid, bolden forbliver i luften, bevæger både personen og bolden sig fremad med den samme afstand. Dette gør, at bolden kommer tilbage til hans hånd, når den kommer tilbage.
• Athleter løber, inden de tager et længdespring, for at øge sin hastighed og dermed sin bevægelsestræthed. Den øgede bevægelsestræthed gør det muligt for ham at springe en længere distance.
• Atleter (længdespringere / spydkastere / kuglestødere) undlader ofte at stoppe sig selv før fejlstregen på grund af bevægelsestrætheden den øverste del af atletens krop fortsætter med at bevæge sig i fremadgående retning, mens den nederste del kommer til at standse. Derfor kan han måske ikke stoppe ved fejllinjen og krydser den.

Eksempel på retningsinerti :

Eksempel: Når et køretøj tager et pludseligt sving mod venstre, bliver den person, der sidder i køretøjet, skubbet mod højre. (Retningstræghed)

Forklaring: Når et køretøj tager et skarpt sving til venstre, ændrer det retning. Mens den person, der sidder i køretøjet, har en tendens til at bevæge sig i den oprindelige retning på grund af inerti. Han skubbes således mod højre.

MereEksempler:

• Når en bus drejer rundt om et hjørne, skal passagererne holde fast i noget støtte for at forhindre, at de svajer. Bussen og passagererne er begge i en tilstand af bevægelse. Når bussen ændrer retning, fortsætter passagererne med at bevæge sig i samme retning på grund af retningens inerti. Hvis passagererne ikke holder fast i noget støtte ville blive kastet i den retning.

Notes:

• Hvis et legeme er i hvile, så er den nettokraft, der virker på legemet, nul.
• Hvis et legeme bevæger sig i en ensartet bevægelse i en lige linje, så er den nettokraft, der virker på legemet, nul.
• Hvis et legeme hverken er i hvile eller i en ensartet bevægelse, så er den nettokraft, der virker på legemet, ikke nul.
• Hvis et legeme ændrer retning, så er den nettokraft, der virker på legemet, ikke nul.
• Hvis den nettokraft, der virker på et legeme, er nul, må legemet være i hvile eller i en ensartet bevægelse i en ret linje.
• Hvis den nettokraft, der virker på et legeme, ikke er nul, er legemet hverken i hvile eller i en ensartet bevægelse i en ret linje.

Stop af et køretøj i bevægelse:

Hvis bilmotoren slukkes eller bremserne aktiveres for at standse en bil, standser bilen ikke med det samme. Nogle gange er en chauffør nødt til at foretage nødbremsninger. Tidsintervallet mellem det tidspunkt, hvor man ser forhindringen, og det tidspunkt, hvor man faktisk anvender bremsen, kaldes responstid eller tænketid. Den afstand, som bilen tilbagelægger i denne periode, kaldes tænkeafstand. Tidsintervallet mellem bremsningen og den faktiske standsning af bilen kaldes bremsetiden. Den afstand, som bilen tilbagelægger i dette tidsrum, kaldes bremsedistancen. Summen af tænkeafstand og bremsedistance kaldes bremsedistancen. For at undgå en ulykke skal bremselængden således være mindre end afstanden til forhindringen fra det tidspunkt, hvor man ser den.

Vinding af korn:

Ved at vinge kornet bliver det adskilt fra skallen. Vinding er en landbrugsproces, hvor kornet og skallen adskilles fra hinanden. Kornet har en større masse end skallen. Kornets inerti er derfor større end skallens inerti. Der kræves således en større kraft for at ændre deres bevægelsesvej. Når de falder ned fra en højde i en let vind, falder de på grund af deres større inerti bare lodret ned. Hyldpartiklerne har en ubetydelig masse og en meget ubetydelig inerti. Der kræves derfor kun en lille kraft for at ændre deres bevægelsesvej. Når de falder ned fra en højde i en let vind, bliver de ført væk i vindretningen over en vis afstand. Således bliver skallen og kornet adskilt.

Bagagen på bussens tag er bundet:

Det anbefales at binde bagagen med reb på bussens tag. Når en bus bevæger sig (især med høj hastighed) på vejen pludselig stopper eller pludselig ændrer retning, fortsætter bagagen på toppen på grund af bevægelsens og retningens inerti med at forblive i bevægelsen eller i samme bevægelsesretning. Som følge heraf kan bagagen blive kastet ud fra bussens tag, hvis den ikke er bundet med rebet.

Tørring af klude ved rystning:

Når en våd klud rystes, begynder vandpartiklerne at komme ud af den. Når kluden rystes, sættes kluden i bevægelse. Men på grund af inerti forbliver vandpartiklerne i hvile. Således bliver de adskilt fra det våde klæde. Således kan klude tørres tidligt.

En person, der sidder i en bil, forsøger at flytte bilen ved at anvende en kraft på bilens vægge.Vil bilen bevæge sig?

Newtons første lov fastslår, at “Ethvert materielt legeme fortsætter med at forblive i sin hviletilstand eller tilstand af ensartet bevægelse i en lige linje, medmindre der påvirkes af en ydre ubalanceret kraft, der ændrer bevægelsestilstanden”. Der kræves således en ydre ubalanceret kraft for at bevæge et hvilende legeme. I dette tilfælde er den kraft, der påføres af personen, intern. Derfor vil bilen ikke bevæge sig.

Eksempler, hvor lav inerti er at foretrække, og et eksempel, hvor høj inerti er at foretrække (anbefales):

Tømrer arbejder med træ og søm. For at slå søm i træ er der brug for mindre kraft. Derfor anbefales en lav inerti på hammeren. Tømrerhammer er således et eksempel på lav inerti. En smed arbejder med jern og stål. For at ændre jernets eller stålets form kræves der stor kraft. Det anbefales derfor at bruge en hammer med høj inerti. Smedens hammer er således et eksempel på høj inerti.

Præcedent emne: Begrebet afbalanceret og ubalanceret kraft

Næste emne: Newtons anden bevægelseslov

Naturvidenskab > Fysik > Kraft > Newton’s første bevægelseslov