NEWTON'UN BIRINCI YASASI: FORMÜLLER, DENEYLER VE ALIŞTIRMALAR - FIZIKSEL - 2025

Newton'un birinci yasası da eylemsizlik yasası olarak bilinen, önce Isaac Newton, fizikçi, matematikçi, filozof, teolog, İngiliz mucit ve simyacı tarafından önerilmişti. Bu yasa şöyle der: "Bir cisim herhangi bir kuvvete maruz kalmazsa veya ona etki eden kuvvetler birbirini götürürse, o zaman düz bir çizgide sabit hızla hareket etmeye devam eder."

Bu ifadede anahtar kelime devam edecek. Yasanın dayanakları yerine getirilirse, nesne olduğu gibi hareketine devam edecektir. Dengesiz bir kuvvet görünmediği ve hareket durumunu değiştirmediği sürece.

Newton'un birinci yasasının açıklaması. Kaynak: kendi kendine.

Bu, nesne hareketsizse, bir kuvvet onu bu durumdan çıkarması dışında, dinlenmeye devam edeceği anlamına gelir. Aynı zamanda, bir nesne sabit bir hızla düz bir yönde hareket ediyorsa, o şekilde hareket etmeye devam edeceği anlamına gelir. Sadece bazı dış etmenler üzerine bir kuvvet uyguladığında ve hızını değiştirdiğinde değişecektir.

Hukukun arka planı

Isaac Newton, 4 Ocak 1643'te Woolsthorpe Malikanesi'nde (Birleşik Krallık) doğdu ve 1727'de Londra'da öldü.

Sir Isaac Newton'un birinci yasa da dahil olmak üzere üç dinamik yasasını keşfettiği kesin tarih kesin olarak bilinmemektedir. Ancak 5 Temmuz 1687'de ünlü Doğa Felsefesinin Matematiksel İlkeleri kitabının yayınlanmasından çok önce olduğu biliniyor.

Kraliyet İspanyol Akademisi'nin sözlüğü atalet kelimesini şu şekilde tanımlar:

"Bir kuvvetin etkisiyle değilse, dinlenme veya hareket hallerini koruyacak bedenlerin mülkiyeti."

Bu terim aynı zamanda herhangi bir durumun değişmeden kaldığını, çünkü ona ulaşmak için hiçbir çaba sarf edilmediğini, bu nedenle bazen eylemsizlik kelimesi rutin veya tembellik anlamına gelir.

Newton öncesi görüş

Newton'dan önce baskın fikirler, bir nesnenin hareket halinde kalması için üzerinde bir kuvvetin hareket etmesi gerektiğini onaylayan büyük Yunan filozofu Aristoteles'in fikirleriydi. Kuvvet durduğunda, hareket de biter. Öyle değil, ama bugün bile birçok kişi öyle düşünüyor.

1564-1642 yılları arasında yaşayan parlak bir İtalyan astronom ve fizikçi olan Galileo Galilei, vücut hareketlerini denedi ve analiz etti.

Galileo'nun gözlemlerinden biri, pürüzsüz ve cilalı bir yüzey üzerinde belirli bir ilk dürtüyle kayan, durması daha uzun süren ve vücut ile yüzey arasındaki sürtünme daha az olduğu için düz bir çizgide daha uzun bir yolculuk yapan bir gövdenin olduğuydu.

Galileo'nun eylemsizlik fikrini ele aldığı açıktır, ancak Newton kadar kesin bir ifade formüle etmeye gelmedi.

Aşağıda, okuyucunun gerçekleştirebileceği ve sonuçları doğrulayabileceği bazı basit deneyler öneriyoruz. Gözlemler ayrıca Aristotelesçi hareket görüşüne ve Newtoncu görüşe göre analiz edilecektir.

Eylemsizlik deneyleri

Deney 1

Zemine bir kutu itilir ve ardından itici güç askıya alınır. Kutunun durana kadar kısa bir yoldan gittiğini gözlemliyoruz.

Önceki deneyi ve sonucunu Newton'dan önceki teoriler çerçevesinde ve sonra da birinci yasaya göre yorumlayalım.

Aristotelesçi görüşte açıklama çok açıktı: Kutu durdu çünkü onu hareket ettiren kuvvet askıya alındı.

Newtoncu görüşe göre, zemindeki / yerdeki kutu, kuvvetin askıya alındığı andaki hızıyla hareket etmeye devam edemez, çünkü zemin ile kutu arasında dengesiz bir kuvvet vardır, bu da hızın kutu durur. Sürtünme kuvveti.

Bu deneyde, Newton'un birinci yasasının dayanakları yerine getirilmedi, bu nedenle kutu durdu.

Deney 2

Yine zemindeki / zemindeki kutudur. Bu fırsatta kutu üzerindeki kuvvet, sürtünme kuvvetini telafi edecek veya dengeleyecek şekilde korunur. Bu, kutuyu sabit bir hızla ve düz bir yönde takip ettiğimizde olur.

Bu deney, Aristotelesçi hareket görüşüyle ​​çelişmez: kutu, üzerine bir kuvvet uygulandığı için sabit hızla hareket eder.

Kutuya etki eden tüm kuvvetler dengelendiği için, Newton'un yaklaşımıyla da çelişmez. Bakalım:

• Yatay yönde kutuya uygulanan kuvvet, kutu ile zemin arasındaki sürtünme kuvvetine eşit ve ters yöndedir.
• Yani yatay yöndeki net kuvvet sıfırdır, bu nedenle kutu hızını ve yönünü korur.

Ayrıca dikey yönde kuvvetler dengelenir, çünkü dikey olarak aşağıya bakan bir kuvvet olan kutunun ağırlığı, zeminin kutu üzerine dikey olarak yukarı doğru uyguladığı temas (veya normal) kuvvet ile tam olarak telafi edilir.

Bu arada, kutunun ağırlığı Dünya'nın yerçekiminden kaynaklanıyor.

Deney 3

Yere oturan kutu ile devam ediyoruz. Dikey yönde kuvvetler dengelidir, yani net dikey kuvvet sıfırdır. Kutunun yukarı doğru hareket etmesi kesinlikle çok şaşırtıcı olurdu. Ancak yatay yönde sürtünme kuvveti vardır.

Şimdi, Newton'un birinci yasasının öncülünün gerçekleşmesi için, sürtünmeyi minimum ifadesine indirmemiz gerekiyor. Silikon yağı püskürttüğümüz çok pürüzsüz bir yüzey ararsak, bu oldukça kabaca başarılabilir.

Silikon yağı sürtünmeyi neredeyse sıfıra indirdiğinden bu kutu yatay olarak atıldığında uzun süre hızını ve yönünü koruyacaktır.

Bir buz pateni pistinde bir patenci ile veya buz hokeyi diski kendi isteğiyle itilip serbest bırakıldığında meydana gelen aynı fenomendir.

Newton'un birinci yasasına göre, sürtünmenin neredeyse sıfıra indirildiği anlatılan durumlarda, ortaya çıkan kuvvet pratik olarak sıfırdır ve nesne hızını korur.

Aristotelesçi görüşe göre bu olamaz, çünkü bu naif teoriye göre, hareket yalnızca hareketli nesne üzerinde net bir kuvvet olduğunda meydana gelir.

Donmuş yüzey çok düşük sürtünme olarak kabul edilebilir. Kaynak: Pixabay.

Newton'un İlk Yasası Açıklaması

Atalet ve kütle

Kütle, bir cismin veya nesnenin içerdiği madde miktarını gösteren fiziksel bir niceliktir.

O halde kütle, maddenin içsel bir özelliğidir. Ancak madde, kütlesi olan atomlardan oluşur. Atomun kütlesi çekirdekte yoğunlaşmıştır. Atom ve maddenin kütlesini pratik olarak tanımlayan, çekirdekteki protonlar ve nötronlardır.

Kütle genellikle kilogram (kg) cinsinden ölçülür, Uluslararası Birimler Sisteminin (SI) temel birimidir.

Kg'nin prototipi veya referansı, Fransa'daki Sèvres'teki Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Ofisinde tutulan bir platin ve iridyum silindiridir, ancak 2018'de Planck sabiti ile bağlantılıydı ve yeni tanım şu tarihten itibaren yürürlüğe giriyor: 20 Mayıs 2019.

Atalet ve kütle birbiriyle ilişkilidir. Kütle ne kadar büyükse, bir nesnenin sahip olduğu atalet o kadar büyüktür. Daha büyük bir nesnenin hareket durumunu değiştirmek, daha az büyük bir nesneye göre enerji açısından çok daha zor veya maliyetlidir.

Misal

Örneğin, bir tonluk (1000 kg) bir kutuyu bir kilogramlık (1 kg) kutudan kaldırmak için çok daha fazla güç ve çok daha fazla iş gerekir. Bu nedenle, sık sık ilkinin ikinciden daha fazla eylemsizliğe sahip olduğu söylenir.

Eylemsizlik ve kütle arasındaki ilişkiden dolayı Newton, hızın tek başına hareket durumunu temsil etmediğini fark etti. Bu nedenle, p harfi ile gösterilen ve m kütlesinin ve v hızının çarpımı olan momentum veya momentum olarak bilinen bir miktarı tanımladı :

p = m v

P ve v'deki kalın harflerin vektör fiziksel büyüklükler olduklarını, yani büyüklük, yön ve anlamdaki miktarlar olduklarını belirtir.

Öte yandan, m kütlesi, sıfıra eşit veya sıfırdan büyük olabilen, ancak asla negatif olmayan bir sayının atandığı skaler bir miktardır. Şu ana kadar bilinen evrende negatif kütleli bir nesne bulunamadı.

Newton, sözde özgür parçacığı tanımlayarak hayal gücünü ve soyutlamasını en uç noktaya taşıdı. Parçacık, maddi bir noktadır. Yani matematiksel bir nokta gibidir ama kütle ile:

Özgür bir parçacık, evrendeki başka bir nesneden o kadar uzakta ki, hiçbir şey ona herhangi bir etkileşim veya kuvvet uygulayamayacak kadar izole olan parçacıktır.

Daha sonra Newton, üç hareket yasasının uygulanacağı eylemsiz referans sistemlerini tanımlamaya devam etti. İşte bu kavramlara göre tanımlar:

Atalet referans sistemi

Serbest bir parçacığa bağlı olan veya serbest parçacığa göre sabit hızda hareket eden herhangi bir koordinat sistemi, eylemsiz bir referans sistemi olacaktır.

Newton'un birinci yasası (atalet yasası)

Bir parçacık serbestse, atalet referans çerçevesine göre sabit bir momentuma sahiptir.

Newton'un birinci yasası ve momentumu. Kaynak: kendi kendine.

Çözülmüş egzersizler

1. Egzersiz

160 gramlık bir hokey diski 3 km / s hızla buz pateni pistine çıkıyor. Momentumunu bulun.

Çözüm

Diskin kilogram cinsinden kütlesi: m = 0.160 kg.

Saniyede metre cinsinden hız: v = (3 / 3.6) m / s = 0.8333 m / s

Hareket veya momentum miktarı p aşağıdaki gibi hesaplanır: p = m * v = 0.1333 kg * m / s,

Egzersiz 2

Ön diskteki sürtünme sıfır olarak kabul edilir, bu nedenle diskin düz seyrini hiçbir şey değiştirmediği sürece momentum korunur. Bununla birlikte, diske iki kuvvetin etki ettiği bilinmektedir: diskin ağırlığı ve zeminin üzerine uyguladığı temas veya normal kuvvet.

Normal kuvvetin Newton cinsinden değerini ve yönünü hesaplayın.

Çözüm

Momentum korunduğundan, hokey diskine etki eden kuvvet sıfır olmalıdır. Ağırlık dikey olarak aşağıyı gösterir ve geçerlidir: P = m * g = 0,16 kg * 9,81 m / s²

Normal kuvvet, ağırlığa mutlaka karşı koymalıdır, bu nedenle dikey olarak yukarı doğru bakmalıdır ve büyüklüğü 1.57 N olacaktır.

İlgi makaleleri

Gerçek hayatta Newton yasasının örnekleri.

Referanslar

1. Alonso M., Finn E.Fizik cilt I: Mekanik. 1970. Fondo Educativo Interamericano SA
2. Hewitt, P. Kavramsal Fiziksel Bilim. Beşinci baskı. Pearson. 67-74.
3. Genç, Hugh. Modern Fizikle Üniversite Fiziği. 14. Baskı Pearson. 105-107.