Undang-undang mekanik Newton • James Trefil, Ensiklopedia "Dua ratus hukum alam semesta"

Undang-undang mekanik Newton

Undang-undang Newton, bergantung kepada sudut di mana untuk melihatnya, sama ada akhir permulaan atau permulaan akhir mekanik klasik. Dalam apa jua keadaan, ini adalah titik perubahan dalam sejarah sains fizikal – kompilasi yang cemerlang dari semua pengetahuan mengenai pergerakan badan-badan fizikal yang terkumpul oleh momen bersejarah itu dalam rangka teori fizikal, yang kini dikenali ramai mekanik klasik. Boleh dikatakan bahawa undang-undang gerakan Newton kembali kepada sejarah fizik moden dan sains semula jadi secara umum.

Walau bagaimanapun, Isaac Newton tidak mengambil undang-undang yang dinamakan sempena dia dari udara. Mereka, pada hakikatnya, adalah kemunculan proses sejarah yang panjang untuk merumuskan prinsip-prinsip mekanik klasik. Pemikir dan ahli matematik – kami hanya menyebut Galileo (lihat Persamaan gerakan yang sama dipercepatkan) – Selama berabad-abad, mereka cuba mendapatkan formula untuk menggambarkan undang-undang gerakan badan-badan material – dan mereka sentiasa tersandung mengenai apa yang saya sebut konvensyen yang tidak dipersetujui secara peribadi untuk saya sendiri, iaitu, kedua-dua idea asas mengenai prinsip-prinsip di mana material material didasarkan terus memasuki fikiran orang-orang yang kelihatan tidak dapat dinafikan.Sebagai contoh, ia tidak pernah berlaku kepada ahli falsafah purba bahawa badan-badan angkasa boleh bergerak di orbit selain daripada pekeliling; paling baik, idea itu timbul bahawa planet-planet dan bintang-bintang mengelilingi bumi dengan sepusat (iaitu, tertanam ke dalam satu sama lain) orbit sfera. Kenapa Ya, kerana sejak zaman pemikir kuno Yunani purba, tiada siapa yang mempunyai idea bahawa planet dapat menyimpang dari kesempurnaan, penjelmaan yang merupakan lingkaran geometri yang ketat. Ia adalah perlu untuk memiliki jenius Johann Kepler untuk jujur ​​melihat masalah ini dari sudut yang berbeza, untuk menganalisis data pemerhatian sebenar dan tarik keluar daripada mereka, bahawa pada hakikatnya planet berputar mengelilingi matahari sepanjang lintasan elips (lihat Undang-undang Kepler).

Undang-undang pertama Newton

Memandangkan kegagalan yang berlaku pada sejarah yang serius, undang-undang pertama Newton dirumus tanpa syarat secara revolusioner. Beliau berhujah bahawa jika mana-mana zarah atau badan material tidak menyentuh, ia akan terus bergerak dengan cara yang lurus pada kelajuan yang tetap dan sendiri. Jika badan bergerak sama rata dalam garis lurus,ia akan bergerak dalam garisan lurus pada kelajuan yang berterusan. Sekiranya badan sedang berehat, ia akan berehat seperti itu sehingga kuasa luaran digunakan untuknya. Untuk hanya memindahkan badan fizikal dari tempatnya, anda perlu semestinya memohon kuasa pihak ketiga. Ambil pesawat: ia tidak akan rosak sehingga enjin dimulakan. Seolah-olah, pemerhatian itu jelas, bagaimanapun, ia memberi kesan kepada kita untuk mengalihkan perhatian dari gerakan rectilinear, kerana ia tidak kelihatan begitu. Dengan pergerakan inersia tubuh sepanjang trajektori siklik tertutup, analisisnya dari sudut pandangan undang-undang Newton yang pertama hanya membolehkan seseorang menentukan dengan tepat ciri-cirinya.

Bayangkan sesuatu seperti tukul atletik – teras pada akhir rentetan yang anda berputar di sekitar kepala anda. Dalam kes ini, teras bergerak tidak di sepanjang garis lurus, tetapi di sepanjang bulatan, yang bermaksud, mengikut undang-undang pertama Newton, ada yang memegangnya; ini "sesuatu" adalah daya centripetal yang anda memohon kepada inti, berputar itu. Sebenarnya, anda sendiri boleh merasakannya – mengendalikan pistol atletik dengan ketara di telapak tangan anda. Sekiranya anda membuka tangan anda dan melepaskan tukul, tanpa ketiadaan kuasa luaran, dia akan segera menyerang di sepanjang garis lurus.Ia lebih tepat untuk mengatakan bahawa tukul akan berkelakuan dalam keadaan yang ideal (contohnya, di ruang terbuka), kerana di bawah pengaruh daya graviti Bumi, ia akan terbang dengan ketat dalam garis lurus hanya pada saat Anda membiarkannya pergi, dan di masa depan jalur penerbangan akan menyimpang lebih jauh ke permukaan bumi. Sekiranya anda cuba untuk melepaskan tukul, ternyata tukul yang dikeluarkan dari orbit pekeliling akan terputus secara tegas dalam garis lurus, yang bersifat tangen (tegak lurus dengan jejari bulatan di mana ia tidak dilepaskan) dengan halaju linear sama dengan kelajuan putarannya di sepanjang "orbit".

Sekarang mari kita menggantikan inti tukul olahraga dengan planet, hammerman dengan Matahari, dan rentetan dengan daya tarikan graviti: di sini anda mempunyai model Newtonian Sistem Suria.

Analisa apa yang berlaku apabila satu badan berkisar antara satu sama lain di orbit pekeliling pada pandangan pertama seolah-olah menjadi sesuatu yang diambil untuk diberikan, tetapi seseorang itu tidak sepatutnya lupa bahawa ia menyerap sejumlah kesimpulan dari wakil terbaik pemikiran saintifik generasi terdahulu (hanya ingat Galileo Galilei).Masalahnya ialah apabila bergerak sepanjang orbit pekeliling pegun, badan celestial (dan lain-lain) kelihatan sangat tenang dan nampaknya berada dalam keadaan keseimbangan dinamik dan kinematik yang stabil. Walau bagaimanapun, jika anda melihatnya, hanya modul (nilai mutlak) halaju linear badan sedemikian, sementara itu arah sentiasa berubah di bawah pengaruh graviti graviti. Ini bermakna tubuh surgawi bergerak. sama dipercepatkan. Dengan cara itu, Newton sendiri memanggil percepatan "perubahan gerakan."

Undang-undang pertama Newton juga memainkan peranan penting lain dari sudut pandang sikap sains semulajadi kita terhadap sifat dunia material. Dia memberitahu kita bahawa apa-apa perubahan dalam sifat pergerakan badan menunjukkan kehadiran daya luar yang bertindak di atasnya. Secara relatifnya, jika kita memerhatikan bagaimana pemfailan besi, sebagai contoh, melantun dan melekat pada magnet, atau, mengambil pakaian dari pengering mesin basuh, mengetahui bahawa benda-benda telah terperangkap dan tersekat antara satu sama lain, kita dapat merasa tenang dan yakin akibat daripada tindakan pasukan semula jadi (dalam contoh yang diberikan, ini adalah daya tarik magnet dan elektrostatik, masing-masing).

Undang-undang Kedua Newton

Sekiranya undang-undang pertama Newton membantu kita menentukan sama ada badan itu berada di bawah pengaruh kuasa luar, hukum kedua menggambarkan apa yang berlaku kepada badan fizikal di bawah pengaruh mereka. Semakin besar jumlah daya luaran yang digunakan untuk badan, undang-undang ini mengatakan, semakin besar pecutan mendapat badan. Kali ini. Pada masa yang sama, badan yang lebih besar, yang mana jumlah kuasa luaran yang sama digunakan, semakin kurang percepatan ia diperolehi. Ini adalah dua. Secara intuitif, kedua-dua fakta tersebut kelihatan jelas, dan dalam bentuk matematik mereka ditulis seperti berikut:

F = ma

di mana F – kekuatan m – jisim, a – pecutan Ini mungkin yang paling berguna dan paling banyak digunakan untuk tujuan praktikal dari semua persamaan fizikal. Adalah cukup untuk mengetahui magnitud dan arah semua kuasa yang bertindak dalam sistem mekanikal, dan jisim badan-badan material di mana ia terdiri, dan tingkah lakunya dalam masa dapat dikira dengan ketepatan yang lengkap.

Ia adalah undang-undang kedua Newton yang memberikan semua mekanik klasik keistimewaan istimewa – ia mula kelihatan seolah-olah seluruh dunia fizikal diatur seperti kronometer yang paling canggih, dan tiada apa-apa di dalamnya akan melarikan diri dari mata pemerhati yang ingin tahu.Berikan saya koordinat spatial dan kelajuan semua perkara penting dalam Alam Semesta, seolah-olah Newton memberitahu kita, memberi saya arahan dan keamatan semua kuasa yang bertindak di dalamnya, dan saya akan meramalkan keadaan masa depannya. Dan pandangan semacam itu mengenai sifat-sifat dalam Alam Semesta wujud sehingga munculnya mekanik kuantum.

Undang-undang Ketiga Newton

Untuk undang-undang ini, kemungkinan besar, Newton telah memperoleh penghormatan dan penghormatan dari bukan hanya saintis, tetapi juga para ilmuan kemanusiaan dan hanya orang awam. Mereka suka memetiknya (di perniagaan dan bukan perniagaan), melukiskan paralel terluas dengan apa yang kita terpaksa diperhatikan dalam kehidupan seharian kita, dan menarik hampir dengan telinga untuk membuktikan kedudukan yang paling kontroversi semasa perbincangan mengenai apa-apa isu, bermula dengan interpersonal dan berakhir dengan hubungan antarabangsa dan politik global. Newton, bagaimanapun, memasukkan undang-undang yang kemudiannya bernama makna fizikal sepenuhnya konkrit dan tidak mengandungnya dalam kapasiti yang berbeza daripada sebagai cara yang tepat untuk menerangkan sifat interaksi daya. Undang-undang ini menyatakan bahawa jika badan A bertindak dengan daya tertentu pada badan B, maka badan B juga bertindak pada tubuh A dengan sama besarnya dan kekuatan yang berlawanan arah.Dengan kata lain, berdiri di atas lantai, anda sedang bekerja di atas lantai dengan kekuatan yang berkadar dengan jisim badan anda. Mengikut undang-undang Newton yang ketiga, lantai pada masa yang sama memberi kesan kepada anda dengan kekuatan kekuatan yang sama, tetapi tidak diarahkan ke bawah, tetapi secara tegas ke atas. Ia tidak sukar untuk mengesahkan secara eksperimen undang-undang ini: anda sentiasa merasakan bagaimana bumi menekan ke tapak tangan anda.

Di sini adalah penting untuk memahami dan mengingati bahawa Newton bercakap tentang dua daya yang sama sekali berbeza, setiap daya bertindak pada objek "sendiri". Apabila epal jatuh dari pokok, Bumi ini bertindak pada epal dengan daya graviti tarikannya (akibatnya, epal bergegas di permukaan Bumi), tetapi pada masa yang sama epal menarik Bumi dengan kekuatan yang sama. Dan hakikat bahawa kita seolah-olah adalah epal yang jatuh di Bumi, dan bukan sebaliknya, ini sudah menjadi akibat daripada undang-undang kedua Newton. Berbanding dengan jisim bumi, jisim epal adalah rendah kepada ketidakcukupan, oleh itu pecutannya kelihatan kepada mata pemerhati. Jisim Bumi, berbanding dengan jisim epal, sangat besar, jadi percepatannya hampir tidak dapat dilihat. (Dalam kes epal yang jatuh, pusat Bumi beralih ke atas dengan jarak yang kurang daripada radius nukleus atom.)

Dalam agregat, tiga undang-undang Newton memberi ahli fizik alat-alat yang diperlukan untuk memulakan pemerhatian kompleks semua fenomena yang berlaku di Alam Semesta kita. Dan, walaupun semua kemajuan yang luar biasa dalam sains yang telah berlaku sejak zaman Newton, untuk merancang kereta baru atau menghantar kapal angkasa ke Musytari, anda akan menggunakan semua tiga hukum Newton yang sama.

Lihat juga:
1609, 1619
Undang-undang Kepler
1659
Daya sentrifugal
1668
Undang-undang pemuliharaan momentum linier
1736
Undang-undang pemuliharaan Momentum
1738
Persamaan Bernoulli
1835
Kesan Coriolis
1851
Kelajuan maksimum jatuh
1891
Prinsip kesetaraan
1923
Prinsip pematuhan
Isaac Newton
Isaac Newton, 1642-1727

Orang Inggeris, yang banyak dianggap sebagai saintis terbesar sepanjang masa dan masyarakat. Dilahirkan kepada keluarga pemilik tanah kecil di sekitar bandar Woolsthorpe (Lincolnshire, England). Saya tidak menemui bapanya hidup (dia meninggal tiga bulan sebelum kelahiran anaknya). Setelah berkahwin semula, ibu meninggalkan Ishak berusia dua tahun dalam menjaga neneknya. Tingkah laku aneh aneh seorang saintis dewasa, banyak penyelidik biografinya menyangkal fakta bahawa sehingga usia sembilan, ketika kematian ayah tirinya diikuti, anak lelaki itu sepenuhnya kehilangan perawatan orang tua.

Untuk sementara waktu, anak muda Ishak mempelajari kebijaksanaan pertanian di sekolah vokasional. Kerana ia sering berlaku dengan orang-orang hebat kemudian, masih terdapat banyak legenda mengenai sifat eksentriknya pada masa awal hidupnya. Jadi, khususnya, mereka mengatakan bahawa sebaik sahaja dia dihantar untuk merumput untuk menjaga ternakan, yang selamat berjalan-jalan di arah yang tidak diketahui, sementara anak lelaki itu duduk di bawah pokok dan bersemangat membaca buku yang menarik perhatiannya. Suka atau tidak, keinginan remaja untuk pengetahuan tidak lama lagi diperhatikan – dan dihantar kembali ke Grantham High School, selepas itu pemuda itu berjaya memasuki Trinity College, Cambridge University.

Newton dengan cepat menguasai kurikulum dan terus mengkaji karya-karya saintis terkemuka pada masa itu, khususnya pengikut ahli falsafah Perancis René Descartes (René Descartes, 1596-1650), yang memegang pandangan mekanistik pada Alam Semesta. Pada musim bunga 1665, dia menerima ijazah sarjana muda – dan kemudian ada peristiwa yang paling luar biasa dalam sejarah sains. Pada tahun yang sama, wabak terakhir wabak bubonic berlaku di England, loceng pengebumian lebih kerap berlaku dan University of Cambridge ditutup.Newton kembali ke Woolsthorpe selama hampir dua tahun, setelah berjaya membawakan hanya beberapa buku dan kecerdasan yang luar biasa untuk tawaran itu.

Apabila Universiti Cambridge dibuka semula dua tahun kemudian, Newton telah (1) mengembangkan kalkulus kebezaan – bahagian matematik yang berasingan, (2) menggariskan asas-asas teori warna moden, (3) menerbitkan hukum kelepasan dunia, dan tiada siapa yang boleh membuat keputusan. Seperti yang Newton sendiri berkata, "Pada masa itu, saya berada di perdana kuasa inventif saya, dan Matematik dan Falsafah sejak itu tidak pernah merampas saya seperti yang mereka lakukan pada masa itu." (Saya sering bertanya kepada pelajar saya, memberitahu mereka sekali lagi mengenai pencapaian Newton: "Dan apa anda berjaya lakukan untuk cuti musim panas? ")

Tidak lama selepas kembali ke Cambridge, Newton terpilih ke majlis akademik Trinity College, patungnya masih menghiasi gereja universiti. Beliau memberi kursus kuliah mengenai teori warna, di mana dia menunjukkan bahawa perbezaan warna dijelaskan oleh ciri-ciri utama gelombang cahaya (atau, seperti yang mereka katakan, panjang gelombang), dan cahaya itu mempunyai sifat zarah. Dia juga merancang teleskop cermin, dan penemuan ini menarik perhatian Royal Society.Kajian jangka panjang cahaya dan warna diterbitkan pada tahun 1704 dalam karya asasnya "Optik" (Optik).

Penegasan teori "cahaya" Newton (pada masa itu, konsep gelombang yang berlaku) menyebabkan konflik dengan Robert Hooke (lihat Hooke's Law), ketua Royal Society. Sebagai tindak balas, Newton membuat hipotesis menggabungkan konsep-konsep zarah dan gelombang cahaya. Hooke menuduh Newton plagiarisme dan membuat tuntutan keutamaan dalam penemuan ini. Konflik berlanjut sehingga kematian Hooke pada tahun 1702 dan membuat kesan yang menindas terhadap Newton bahawa dia enggan berpartisipasi dalam kehidupan intelektual selama enam tahun. Walau bagaimanapun, sesetengah psikologi masa menjelaskan perkara ini dengan pecahan saraf yang semakin memburuk selepas kematian ibunya.

Pada tahun 1679, Newton kembali bekerja dan memperoleh kemasyhuran dengan meneroka trajektori planet dan satelit mereka. Sebagai hasil daripada kajian-kajian ini, yang juga disertai dengan perselisihan dengan Hooke tentang keutamaan, undang-undang pelebaran dunia dan undang-undang mekanik Newton, seperti yang kita panggil sekarang, telah dirumuskan. Newton meringkaskan penyelidikannya dalam buku "Prinsip Matematik Falsafah Asal" (Philosophiae naturalis principia mathematica), diserahkan kepada Royal Society pada tahun 1686 dan diterbitkan setahun kemudian. Kerja ini, yang menandakan permulaan revolusi saintifik pada masa itu, membawa pengiktirafan di seluruh dunia Newton.

Pandangan keagamaannya, kepatuhannya terhadap Protestanisme, juga menarik perhatian kalangan elit intelektual Inggeris, dan khususnya ahli falsafah John Locke (John Locke, 1632-1704), kepada Newton. Membelanjakan lebih banyak masa di London, Newton terlibat dalam kehidupan politik ibu kota dan pada tahun 1696 telah dilantik menjadi penjaga Mint. Walaupun kedudukan ini secara tradisinya dianggap Sinecura, Newton mendekati kerjanya dengan segala kesungguhan, memandangkan penukaran duit syiling Inggeris sebagai langkah efektif untuk memerangi pemalsu. Pada masa ini Newton terlibat dalam pertikaian lain mengenai keutamaan, kali ini dengan Gottfreid Leibniz, 1646-1716, tentang penemuan kalkulus diferensial. Pada akhir hidupnya, Newton mengeluarkan edisi baru karya-karyanya yang utama, dan juga berkhidmat sebagai presiden Royal Society, sambil menduduki kedudukan seumur hidup pengarah Mint.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: