Zasady dynamiki Newtona: Doświadczenia i wyjaśnienia, Prezentacje z Fizyka

Pobierz Zasady dynamiki Newtona: Doświadczenia i wyjaśnienia i więcej Prezentacje w PDF z Fizyka tylko na Docsity!

Poznaj genialnego fizyka

Isaac Newton 25.12.1642–20.03. Fizyk, astronom i matematyk angielski, profesor uniwersytetu w Cambridge. Sformułował podstawy mechaniki klasycznej (trzy zasady dynamiki). Innymi epokowymi odkryciami Newtona są prawo powszechnego ciążenia i uzasadnienie praw Keplera. Był zwolennikiem korpuskularnej teorii światła (zgodnie z którą światło ma postać cząstek). Jest wraz z Leibnizem twórcą rachunku różniczkowego

NA POCZĄTEK

Dlaczego niektóre ciała tak łatwo wprawić w ruch, a w przypadku innych jest to prawie niemożliwe? Które ciało łatwiej zatrzymać – to o większej masie, czy o mniejszej? Dlaczego tak jest? Gdyby nie pasy bezpieczeństwa, podczas zderzenia lub gwałtownego hamowania uderzylibyśmy w kierownicę. To przejaw I zasady dynamiki Newtona zwanej też zasadą bezwładności, dla układu odniesienia poruszającego się ruchem niejednostajnym.

To warto wiedzieć

CO WPRAWIA CIAŁA W RUCH?

Jak to się dzieje, że kamień stacza się z góry? Dlaczego nieruchome przedmioty zaczynają się poruszać? Przyczyną tych zjawisk są skutki działania sił – oczywiste jest, że w celu przesunięcia danego przedmiotu np. szafy musimy zadziałać odpowiednią siłą. Siła ta musi pokonać siłę tarcia. A co gdyby nie było tarcia? Gdyby nie tarcie między drogą a oponami samochodu, nie byłby on w stanie ruszyć, jego koła kręciłyby się w miejscu. Gdyby jednak się to udało, nie bylibyśmy się w stanie zatrzymać – nie byłoby ani tarcia między szczękami hamulców a tarczą hamulcową, ani między oponami a drogą.

I ZASADA DYNAMIKI NEWTONA

Działanie niezrównoważonej siły tzn. siły wypadkowej różnej od zera powoduje zmianę prędkości poruszającego się ciała. Obserwujemy jednak i takie ciała, które poruszają się ze stałą prędkością lub pozostają w spoczynku względem wybranego układu odniesienia.

Gdy ciało spoczywa wszystkie działające na nie siły równoważą się. Wartość siły wypadkowej wynosi zero. Na ciało nie działa żadna siła niezrównoważona a jego prędkość V względem wybranego układu odniesienia równa jest zeru. Podobnie jest ze spadochroniarzem. Opada on ruchem jednostajnym, jednak bez początkowego odcinka drogi. Wiemy, że swobodnie opadający kamień porusza się ruchem jednostajnie przyspieszonym. Dlaczego więc spadochroniarz opada ze stałą prędkością?

Dlaczego lecący po linii prostej samolot może poruszać się ze stałą prędkością? Na lecący samolot działają łącznie cztery siły, które muszą się równoważyć:

• (^) Siła grawitacji skierowana pionowo w dół i siła nośna zwrócona pionowo do góry.
• (^) Siła ciągu silników zwrócona w stronę, w którą leci samolot oraz siły oporu ruchu zwrócone przeciwnie do zwrotu prędkości samolotu. Gdy zostanie spełniony warunek ich równowagi, tzn. siła wypadkowa działająca na samolot wyniesie zero, to będzie on się poruszał z prędkością o stałej wartości, kierunku oraz zwrocie.

REGUŁA: I ZASADA DYNAMIKI NEWTONA

Jeżeli na ciało nie działają żadne siły lub siły działające równoważą się, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym względem wybranego, nieruchomego układu odniesienia. I zasadę dynamiki Newtona można obliczyć z poniższego wzoru: F = m * a  (^) a – przyspieszenie wyrażone w  (^) m – masa ciała wyrażona w kg

Co się stanie w czasie hamowania autobusu? Ciała będą kontynuować swój ruch z prędkością, jaką miał przed rozpoczęciem hamowania. Ich stopy związane są jednak siłami tarcia z podłogą pojazdu. Możemy wówczas zaobserwować, że pasażerowie, czasem nawet gwałtownie poruszają się do przodu. Aby zmienić stan ruchu ciała tzn. zwiększyć lub zmniejszyć prędkość, zatrzymać lub zmienić kierunek ruchu, jeśli w takowym się znajduje, lub wprawić w ruch, gdy spoczywa wymagane jest działanie siły niezrównoważonej.

II ZASADA DYNAMIKI NEWTONA

DOŚWIADCZENIE I

PROBLEM BADAWCZY:

Jakim ruchem będzie poruszało się ciało pod wpływem zewnętrznej siły niezrównoważonej? HIPOTEZA: Działanie siły niezrównoważonej powoduje zmianę prędkości, czyli nadanie mu określonego przyspieszenia. Przyspieszenie to może być stałe, a tym samym ruch ciała – jednostajnie przyspieszony.

CO BĘDZIE POTRZEBNE:

 (^) Tor powietrzny z wózkiem o masie 1 kg  (^) Bloczek  (^) Ciężarek o masie pięciu gramów  (^) Wytrzymała nić;  (^) Chromatograf, jeśli znajduje się w zestawie z torem powietrznym; można także użyć taśmy papierowej ciągniętej przez wózek i zamocowanej w jednym miejscu strzykawki z zabarwionym płynem.

F [N] [δελτα] Δt [s] s [m] v = Δv [ a = []

Przyjmij, że chromatograf odmierzał czas co 0,1 s i zmierz kolejne odcinki drogi przebytej przez ciało. Oblicz średnią wartość prędkości wózka w poszczególnych przedziałach czasu, korzystając z zależności. Następnie oblicz wartości zmiany prędkości na drugim odcinku w stosunku do pierwszego, potem na trzecim w stosunku do drugiego i tak dalej. Możesz kolejno sprawdzić, czy i jak zmienia się stosunek zmiany wartości prędkości wózka do czasu, w którym ta zmiana nastąpiła.

DOŚWIADCZENIE 2

PROBLEM BADAWCZY:

Jeśli kierunki i zwroty wektorów niezrównoważonej siły zewnętrznej i prędkości poruszającego się ciała są zgodne i działająca siła wzrośnie, to czy wzrośnie również przyspieszenie ciała? HIPOTEZA: Wzrost wartości siły zewnętrznej działającej na ciało o stałej masie pociąga za sobą proporcjonalny wzrost jego przyspieszenia.