Tudomány > Fizika > Erő > Newton első mozgástörvénye

Newton mozgástörvényei három fizikai törvény, amelyek együttesen megalapozták a klasszikus mechanikát. Ebben a cikkben Newton első mozgástörvényét és a test tehetetlenségének fogalmát tárgyaljuk.

Newton első mozgástörvényének megállapítása:

Minden anyagi test továbbra is nyugalmi vagy egyenes vonalú egyenletes mozgásállapotban marad, hacsak nem hat rá külső, kiegyensúlyozatlan erő, amely megváltoztatja a mozgásállapotot. Ezt a törvényt a tehetetlenség törvényének is nevezik.

Magyarázat: Ez a törvény két részből áll, az első rész a tehetetlenség fogalmát adja meg, míg a második rész az erő meghatározásában segít. Az első rész azt jelzi, hogy ha egy test nyugalomban van, akkor nem tud magától mozgásba lendülni. Hasonlóképpen, ha a test egyenes vonalú egyenletes mozgásban van, nem tudja növelni vagy csökkenteni a sebességét, vagy nem tudja megváltoztatni az irányát önmagától. Tehát minden test képtelen önmagától megváltoztatni a nyugalmi állapotot vagy az egyenes vonalú egyenletes mozgás állapotát, a testnek ezt a velejáró tulajdonságát nevezzük a test tehetetlenségének. A test tehetetlensége a test tömegétől függ. A tömeg tehát a test tehetetlenségének mértékegysége.

A törvény második része segít az erő meghatározásában. Az első részben láttuk, hogy egy test nem képes önmagától megváltoztatni a mozgási állapotát, hanem ehhez valamilyen külső fizikai mennyiségre van szükség. Ezt a külső fizikai mennyiséget, amely a test mozgásállapotának megváltoztatásához szükséges, erőnek nevezzük.

A test tehetetlenségének fogalma:

• A testnek azt a tendenciáját, hogy ellenálljon a nyugalmi állapot vagy az egyenletes mozgásállapot változásának, a test tehetetlenségének nevezzük.
• Ha egy testre nem hat kiegyensúlyozatlan erő, akkor a nyugalmi állapotban lévő test nyugalomban marad. Ezt a tehetetlenséget néha nyugalmi tehetetlenségnek nevezik.
• Ha egy testre nem hat kiegyensúlyozatlan erő, akkor az egyenes mentén egyenletes mozgásban lévő test ugyanezen egyenes mentén egyenletes mozgásban marad. Ezt a tehetetlenséget néha a mozgás tehetetlenségének nevezik.
• Egy testnek azt a tendenciáját, hogy egyenletes mozgással egyenes irányban mozogjon tovább, iránytehetetlenségnek nevezzük.

Példák a nyugalmi tehetetlenségre: Egy érmét egy sima kártyára helyezünk, amely egy pohár fedeleként szolgál. Ha a kártyát hirtelen vízszintes irányban meghúzzuk, az érme a pohárba esik. (Nyugalmi tehetetlenség)

Magyarázat: Amikor a kártyát vízszintesen meghúzzuk, a húzóerő hatására mozgást vesz fel. Mivel azonban az érmére vízszintes irányban nem hat erő. Az eredetileg a kártyán a tehetetlenség miatt nyugalomban lévő érme nyugalomban marad. Így elválik a kártyától. Most már nincs alul támasz, a kártya a gravitáció hatására a pohárba esik.

Más példák a nyugalmi tehetetlenségre:

• A kerékpáros, aki egy sík úton halad, nem áll meg azonnal, miután abbahagyja a pedálozást.

• A karamellás érmék halmának alján lévő érmét ütővel megütve ez az érme csak elmozdul, míg a halom többi része az eredeti helyén marad.
• Ha egy lógó szőnyeget bottal ütögetünk, a porszemek elkezdenek kijönni belőle. Amikor egy szőnyeget bottal ütögetnek, a szőnyeg mozgásba jön. De a tehetetlenség miatt a porszemcsék nyugalomban maradnak. Így leválnak a szőnyegről.
• Ha egy fa ágait megrázzuk vagy rángatjuk, a gyümölcsök lehullanak. Amikor az ágakat egy irányba rázzuk, a gyümölcsök és a levelek a tehetetlenség miatt a nyugalmi tehetetlenség miatt eredeti helyzetükben maradnak. Ez okozza a szár letörését, és leesnek.
• Amikor egy golyót kilőnek egy üvegablakra, lyuk keletkezik benne. Ez azért van, mert az üvegnek csak az a része mozog a golyóval együtt, ahol a golyó az üvegbe csapódik. A többi rész a tehetetlenség miatt a helyén marad. Így a golyó az ablaküveg tehetetlensége miatt képes lyukat képezni az üvegablakon.
• Egy bűvész kikap egy asztalterítőt egy teljes étkészlet alól. Amikor az asztalterítőt meghúzza, az mozgásba lendül, de az étkészlet a nyugalmi tehetetlenség miatt az asztalon marad.
• Ha a helyi vonat hirtelen elindul vagy megáll, egyes fülkék tolóajtói kinyílhatnak vagy becsukódhatnak.

Példa a mozgás tehetetlenségére:

Példa: Amikor egy álló busz elindul, az utasok a buszban hátradőlnek, hasonlóképpen, amikor az egyenletes sebességgel mozgó busz hirtelen megáll, az utasok előre mozognak. (A mozgás tehetetlensége)

Magyarázat: Amikor a busz áll, az utasok is állnak. Amikor a busz mozgásba lendül, a testnek a busszal érintkező része (alsó része) mozgásba lendül, de a tehetetlenség miatt a felső része mozdulatlan marad, és így hátradől. Ha állva marad, akkor hátrafelé fog esni. Amikor a busz egyenes vonalban egyenletes mozgással halad, az utasok is ugyanúgy mozognak. Amikor a busz megáll, a testnek a busszal érintkező része (alsó része) megáll, de a tehetetlenség miatt a felső rész továbbra is előre mozog, és így előre mozog. Ha áll, akkor előre fog esni.

Még több példa:

• Ha egy utas kiugrik a mozgó vonatból, akkor leesik. Ennek az az oka, hogy amint az illető elhagyja a haladó vonatot, sebessége megegyezik a vonat sebességével. Amikor a lába érintkezik a talajjal, a teste alsó része nyugalomba kerül, de a felső része eredeti sebességgel halad tovább. Ezáltal előrefelé esik. Hogy ezt elkerülje, addig kell előrefelé futnia, amíg a sebessége nullára nem csökken.
• A mozgó vonaton egy személy által függőlegesen felfelé dobott labda visszatér a kezébe. Ennek az az oka, hogy abban a pillanatban, amikor a labdát eldobták, a labda a mozgás tehetetlensége miatt a személlyel és a vonattal együtt mozgásban volt. Tehát amíg a labda a levegőben marad, a személy és a labda is ugyanolyan távolságra halad előre. Ezáltal a labda visszatéréskor a kezébe kerül.
• A sportoló azért fut, mielőtt távolugrásba kezd, hogy növelje a sebességét, és ezáltal a mozgási tehetetlenségét. A megnövekedett mozgási tehetetlensége lehetővé teszi számára, hogy nagyobb távolságot ugorjon.
• A sportolók (távolugrók / gerelyhajítók / dobóatléták) gyakran nem sikerül megállniuk a hibahatár előtt, mert a mozgási tehetetlenség miatt a sportoló felső testrésze tovább mozog előrefelé, míg az alsó testrésze megáll. Így előfordulhat, hogy nem tud megállni a hibahatárnál és átlépi azt.

Példa az irány tehetetlenségére :

Példa: Amikor egy jármű hirtelen balra kanyarodik, a járműben ülő személyt jobbra tolja. (Az irány tehetetlensége)

Magyarázat: Amikor egy jármű hirtelen balra kanyarodik, irányt változtat. Míg a benne ülő személy a tehetetlenség miatt hajlamos az eredeti irányba mozogni. Így őt jobbra tolja.

Még több példa:

• Amikor egy busz kanyarodik egy kanyarban, az utasoknak meg kell kapaszkodniuk valamilyen támaszba, hogy ne inogjanak meg. A busz és az utas is mozgásban van. Amikor a busz irányt változtat, az utasok az irány tehetetlensége miatt ugyanabba az irányba mozognak tovább. Ha az utasok nem kapaszkodnak valamilyen támaszba, akkor az adott irányba kilökődnek.

Jegyzetek:

• Ha egy test nyugalomban van, akkor a testre ható nettó erő nulla.
• Ha egy test egyenes vonalban egyenletes mozgást végez, akkor a testre ható nettó erő nulla.
• Ha egy test sem nyugalomban, sem egyenletes mozgásban nincs, akkor a testre ható nettó erő nem nulla.
• Ha egy test irányt változtat, akkor a testre ható nettó erő nem nulla.
• Ha egy testre ható nettó erő nulla, akkor a testnek nyugalomban vagy egyenes vonalú egyenletes mozgásban kell lennie.
• Ha egy testre ható nettó erő nem nulla, akkor a test nem nyugalomban és nem egyenes vonalú egyenletes mozgásban van.

Mozgó jármű megállítása:

Ha egy autó motorját leállítjuk vagy fékezzük, hogy megállítsunk egy autót, az autó nem áll meg azonnal. Előfordul, hogy a járművezetőnek vészfékeznie kell. Az akadály észlelése és a tényleges fékezés közötti időintervallumot nevezzük reakcióidőnek vagy gondolkodási időnek. Az autó által ez alatt az idő alatt megtett távolságot gondolkodási távolságnak nevezzük. A fékezés és az autó tényleges megállása közötti időintervallumot fékezési időnek nevezzük. Az autó által ezen időszak alatt megtett távolságot fékútnak nevezzük. A gondolkodási távolság és a féktávolság összegét féktávolságnak nevezzük. A baleset elkerülése érdekében tehát a féktávolságnak kisebbnek kell lennie, mint az akadály látószögtől mért távolsága.

A gabona szárzúzása:

A szárzúzással a gabona elválik a héjtól. Az aratás olyan mezőgazdasági folyamat, amelynek során a gabonaszemeket és a héjat elválasztják egymástól. A gabona nagyobb tömegű, mint a héj. Így a gabona tehetetlensége nagyobb, mint a héjé. Így több erőre van szükség a mozgáspályájuk megváltoztatásához. Ha enyhe szélben a magasból leejtik, a nagyobb tehetetlenség miatt csak függőlegesen esnek lefelé. A héjrészecskék tömege elhanyagolható, tehetetlensége pedig igen csekély. Így kis erőre van szükség a mozgáspályájuk megváltoztatásához. Ha enyhe szélben a magasból ledobjuk őket, akkor a szél irányában bizonyos távolságon keresztül elszállnak. Így a héj és a gabona elválik egymástól.

Az autóbusz tetejére kötött csomagok:

Tanácsos a csomagokat kötelekkel az autóbusz tetejére kötni. Amikor az úton mozgó busz (különösen nagy sebességgel) hirtelen megáll vagy hirtelen irányt változtat, a mozgás és az irány tehetetlensége miatt a tetején lévő poggyász továbbra is a mozgásban vagy a mozgás irányában marad. Ennek következtében a csomagok kirepülhetnek a busz tetejéről, ha nincsenek kötéllel összekötve.

Ruhák szárítása rázással:

Ha egy nedves ruhát megrázunk, a vízrészecskék elkezdenek kijönni belőle. Amikor a ruhát megrázzuk, a ruha mozgásba jön. De a tehetetlenség miatt a vízrészecskék nyugalomban maradnak. Így elválnak a nedves ruhától. Így a ruhák hamarabb megszáradhatnak.

Egy autóban ülő személy megpróbálja elmozdítani az autót úgy, hogy erőt gyakorol a falakra.Meg fog mozdulni az autó?

Newton első törvénye kimondja, hogy “Minden anyagi test továbbra is nyugalmi vagy egyenletes mozgási állapotban marad egyenes vonalban, hacsak nem hat rá külső, kiegyensúlyozatlan erő, amely megváltoztatja a mozgásállapotot”. Tehát két nyugalomban lévő test mozgatásához valamilyen külső, kiegyensúlyozatlan erőre van szükség. Ebben az esetben a személy által kifejtett erő belső erő. Ezért az autó nem fog mozogni.

Példák, ahol a kis tehetetlenségi erő előnyös, és egy példa, ahol a nagy tehetetlenségi erő előnyös (ajánlott):

Asztalos fával és szögekkel dolgozik. A szögek fába veréséhez kisebb erőre van szükség. Ezért a kalapács kis tehetetlensége ajánlott. Így az ácskalapács az alacsony tehetetlenségi erőre példa. A kovács vasat, acélt használ. A vas vagy acél alakjának megváltoztatásához nagy erőre van szükség. Így a kalapács nagy tehetetlensége ajánlott. Így a kovács kalapácsa a nagy tehetetlenségi erő példája.

Előző téma: Következő téma: Newton második mozgástörvénye

Tudomány > Fizika > Fizika > Erő > Newton első mozgástörvénye

.