Vetenskap > Fysik > Krafter > Newtons första rörelselag

Newtons rörelselagar är tre fysikaliska lagar som tillsammans lade grunden för den klassiska mekaniken. I den här artikeln ska vi diskutera Newtons första rörelselag och begreppet tröghet hos en kropp.

Uttalande av Newtons första rörelselag:

Alla materiella kroppar fortsätter att förbli i sitt viloläge eller sin enhetliga rörelse i en rak linje om de inte påverkas av en yttre obalanserad kraft som ändrar rörelseglädjen. Denna lag kallas också för tröghetslagen.

Förklaring: Den första delen ger oss begreppet tröghet medan den andra delen hjälper oss att definiera kraften. Den första delen anger att om en kropp är i vila kan den inte börja röra sig av sig själv. På samma sätt kan en kropp som befinner sig i en jämn rörelse i en rak linje inte öka eller minska sin hastighet eller ändra riktning av sig själv. Varje kropp har således en oförmåga att själv ändra sitt viloläge eller sin enhetliga rörelse längs en rak linje. En kropps tröghet beror på kroppens massa. Massan är således ett mått på en kropps tröghet.

Den andra delen av lagen hjälper oss att definiera kraften. I den första delen har vi sett att en kropp inte kan ändra sitt rörelsetillstånd på egen hand utan det krävs en yttre fysisk storhet för att göra det. Denna yttre fysiska kvantitet som krävs för att ändra en kropps rörelsetillstånd kallas kraft.

Konceptet om en kropps tröghet:

• Kroppens tendens att motsätta sig förändringen av vilotillstånd eller tillstånd av jämn rörelse kallas för kroppens tröghet.
• Om ingen obalanserad kraft verkar på en kropp förblir den vilande kroppen i vila. Denna tröghet kallas ibland för vilotröghet.
• Om ingen obalanserad kraft verkar på en kropp så förblir kroppen i jämn rörelse längs en rak linje i jämn rörelse längs samma raka linje. Denna tröghet kallas ibland för rörelsens tröghet.
• Tendensen hos en kropp att fortsätta att röra sig med en jämn rörelse i en linjär riktning kallas för riktningströghet.

Exempel på vilotröghet:

Exempel: Ett mynt placeras på ett slätt kort som fungerar som lock på ett glas. När kortet plötsligt dras i horisontell riktning faller myntet ner i glaset. (Vilotröghet)

Förklaring: När kortet dras horisontellt får det rörelse på grund av dragkraften. Men eftersom ingen kraft verkar på myntet i horisontell riktning. Myntet som ursprungligen låg i vila på kortet på grund av tröghet förblir i vila. Det lossnar alltså från kortet. Nu finns det inget stöd i botten och kortet faller ner i glaset under inverkan av gravitationen.

Fler exempel på vilotröghet:

• En cyklist som cyklar på en jämn väg kommer inte till vila omedelbart efter att han slutar trampa.

• När man slår på myntet längst ner i en hög med karamellmynt med en slagträ, flyttar sig bara detta mynt iväg, medan resten av högen förblir i sin ursprungliga position.
• När en hängande matta slås med en käpp börjar dammpartiklarna komma ut ur den. När en hängande matta slås med en pinne sätts mattan i rörelse. Men på grund av trögheten förblir dammpartiklarna i vila. Således separeras de från mattan.
• När man skakar eller ger ryck till ett träds grenar faller frukterna ner. När grenarna skakas i en riktning förblir frukterna och bladen på grund av trögheten kvar i den ursprungliga positionen på grund av vilotrögheten. Detta leder till att stjälken bryts upp och de faller ner.
• När en kula avfyras mot en glasruta bildas ett hål i den. Detta beror på att endast den del av glaset rör sig med kulan, där kulan träffar glaset. Den återstående delen på grund av trögheten förblir i sin position. Kulan kan alltså bilda ett hål i glasfönstret på grund av fönsterrutans tröghet.
• En trollkarl rycker fram en bordsduk under en hel servis. När duken dras ut sätts den i rörelse, men servisen förblir på grund av vilans tröghet kvar på bordet.
• När lokaltåget startar eller stannar plötsligt kan skjutdörrar i vissa kupéer öppnas eller stängas.

Exempel på rörelsens tröghet:

Exempel: När en stillastående buss börjar röra sig, lutar sig passagerarna i bussen bakåt på samma sätt när en buss som rör sig med jämn hastighet plötsligt stannar, rör sig passagerarna framåt. (Rörelsens tröghet)

Förklaring: När bussen står stilla är passagerarna också stilla. När bussen börjar röra sig börjar den del av kroppen (nedre delen) som är i kontakt med bussen röra sig, men på grund av trögheten förblir den övre delen stationär och därmed lutar han sig bakåt. Om han står kommer han att falla bakåt. När bussen rör sig med en jämn rörelse i en rak linje har passagerarna samma rörelse. När bussen stannar stannar den del av kroppen (nedre delen) som är i kontakt med bussen, men på grund av trögheten fortsätter den övre delen att röra sig framåt och därmed rör han sig framåt. Om han står kommer han att falla framåt.

MerExempel:

• När en passagerare hoppar ut ur ett tåg i rörelse faller han ner. Detta beror på att så snart personen lämnar det rullande tåget är hans hastighet densamma som tågets. När hans fötter kommer i kontakt med marken kommer den nedre delen av hans kropp till vila, men den övre delen av kroppen fortsätter att röra sig med ursprunglig hastighet. Detta gör att han faller framåt. För att undvika detta måste han springa i framåtriktad riktning tills hans hastighet har reducerats till noll.
• En boll som kastas vertikalt uppåt av en person i ett tåg i rörelse kommer tillbaka till hans hand. Orsaken är att i det ögonblick bollen kastades var bollen i rörelse tillsammans med personen och tåget på grund av rörelsens tröghet. Så under den tid bollen är i luften rör sig både personen och bollen framåt med samma avstånd. Detta gör att bollen kommer tillbaka till hans hand när den återvänder.
• Attleter springer innan de tar ett långt hopp för att öka sin hastighet och därmed sin rörelsetröghet. Den ökade rörelsetrögheten gör det möjligt för honom att hoppa en längre sträcka.
• Attleter (längdhoppare / spjutkastare / kulstötare) misslyckas ofta med att stanna sig själva före fellinjen på grund av rörelsetrögheten den övre delen av atletens kropp fortsätter att röra sig i framåtriktad riktning medan den nedre delen kommer till stillastående. Därmed kanske han inte kan stanna vid fellinjen och korsar den.

Exempel på tröghet i riktning :

Exempel: När ett fordon tar en plötslig sväng åt vänster, skjuts den person som sitter i fordonet åt höger. (Riktningens tröghet)

Förklaring: När ett fordon tar en skarp sväng till vänster ändrar det riktning. Medan den person som sitter inuti tenderar att röra sig i den ursprungliga riktningen på grund av trögheten. Han trycks alltså åt höger.

MerExempel:

• När en buss gör en sväng runt ett hörn måste passagerarna hålla fast vid något stöd för att inte svänga. Bussen och passagerarna befinner sig båda i ett rörelsetillstånd. När bussen ändrar riktning fortsätter passagerarna att röra sig i samma riktning på grund av riktningens tröghet. Om passagerarna inte håller sig fast vid något stöd skulle de kastas i den riktningen.

Anteckningar:

• Om en kropp är i vila är den nettokraft som verkar på kroppen noll.
• Om en kropp rör sig i en jämn rörelse i en rak linje är den nettokraft som verkar på kroppen noll.
• Om en kropp varken är i vila eller i jämn rörelse är den nettokraft som verkar på kroppen inte noll.
• Om en kropp ändrar riktning är den nettokraft som verkar på kroppen inte noll.
• Om den nettokraft som verkar på en kropp är noll måste kroppen vara i vila eller i jämn rörelse i en rak linje.
• Om den nettokraft som verkar på en kropp inte är noll är kroppen varken i vila eller i jämn rörelse i en rak linje.

Stopp av ett rörligt fordon:

Om bilmotorn stängs av eller bromsarna används för att stanna en bil stannar bilen inte genast. Ibland måste en förare använda nödbromsar. Tidsintervallet mellan det att man ser hindret och att man faktiskt tillämpar bromsen kallas reaktionstid eller tanketid. Den sträcka som bilen tillryggalägger under denna period kallas tankeavstånd. Tidsintervallet mellan bromsningen och det faktiska stoppet av bilen kallas bromsningstid. Den sträcka som bilen tillryggalägger under denna period kallas bromssträcka. Summan av tankeavståndet och bromsavståndet kallas stoppsträckan. För att undvika en olycka bör således stoppsträckan vara kortare än hindrets avstånd från den punkt där man ser det.

Vinning av säd:

Vinning av säd separerar säden från skalet. Vinstning är en jordbruksprocess där korn och skal separeras från varandra. Korn har en större massa än skalet. Därför är kornets tröghet större än skalets. Det krävs alltså mer kraft för att ändra deras rörelsebana. När de släpps från en höjd i en svag vind faller de bara vertikalt ner på grund av sin större tröghet. Skalpartiklarna har försumbar massa och mycket försumbar tröghet. Därför krävs en liten kraft för att ändra deras rörelsebana. När de släpps från en höjd i en svag vind, förs de bort i vindriktningen över en viss sträcka. På så sätt separeras skalet och säden.

Bagaget på bussens tak är bundet:

Det rekommenderas att binda bagaget med rep på bussens tak. När en buss som rör sig (särskilt med hög hastighet) på vägen plötsligt stannar eller plötsligt ändrar riktning, fortsätter bagaget på taket på grund av rörelsens och riktningens tröghet att förbli i rörelsen eller i samma rörelseriktning. Detta leder till att bagaget kan slungas ut från busstaket om det inte är bundet med repet.

Torkning av trasor genom skakning:

När en våt trasa skakas börjar vattenpartiklarna att komma ut ur den. När duken skakas sätts duken i rörelse. Men på grund av trögheten förblir vattenpartiklarna i vila. Således separeras de från den våta duken. På så sätt kan trasor torkas tidigt.

En person som sitter i en bil försöker flytta bilen genom att utöva kraft på väggarna.Kommer bilen att röra sig?

Newtons första lag säger att ”Varje materiell kropp fortsätter att förbli i sitt viloläge eller i sitt tillstånd av jämn rörelse i en rak linje, såvida den inte påverkas av en yttre obalanserad kraft som ändrar rörelseglädjen”. För att flytta en kropp i vila krävs alltså en yttre obalanserad kraft. I det här fallet är den kraft som tillämpas av personen en inre kraft. Därför kommer bilen inte att röra sig.

Exempel där låg tröghet är att föredra och ett exempel där hög tröghet är att föredra (rekommenderas):

Timmerman arbetar med trä och spik. För att slå in spik i trä krävs mindre kraft. Därför rekommenderas låg tröghet hos hammaren. Snickarhammaren är således ett exempel på låg tröghet. En smed arbetar med järn och stål. För att ändra järnets eller stålets form krävs stor kraft. Därför rekommenderas hög tröghet hos hammaren. Smedshammaren är således ett exempel på hög tröghet.

Förra ämnet: Begreppet balanserad och obalanserad kraft

Nästa ämne Newtons andra rörelselag

Naturvetenskap > Fysik > Kraft > Newtons första rörelselag