Niutono antrasis dėsnis ir trečiasis dėsnis
Šiame palyginime nagrinėjamas skirtumas tarp antrojo Niutono dėsnio, kuris aprašo, kaip pasikeičia vieno objekto judėjimas, kai jam veikia jėga, ir trečiojo dėsnio, kuris paaiškina abipusį jėgų tarp dviejų sąveikaujančių kūnų pobūdį. Kartu jie sudaro klasikinės dinamikos ir mechanikos inžinerijos pagrindą.
Akcentai
- Antrasis dėsnis susieja jėgą su objekto greičio pokyčiu.
- Trečiasis dėsnis teigia, kad jėgos visada veikia lygiomis ir priešingomis poromis.
- Pagreitis yra pagrindinis Antrojo dėsnio lygties rezultatas.
- Abipusė sąveika yra pagrindinis Trečiojo dėsnio principas.
Kas yra Antrasis Niutono dėsnis?
Dėmesys sutelkiamas į jėgos, masės ir pagreičio santykį atskiram objektui.
- Bendrinis pavadinimas: Pagreičio dėsnis
- Pagrindinė formulė: F = ma
- Sistemos dėmesys: vieno objekto analizė
- Matavimo vienetas: niutonas (N)
- Pagrindinis kintamasis: pagreitis (a)
Kas yra Trečiasis Niutono dėsnis?
Apibūdina dviejų objektų sąveiką, teigdamas, kad jėgos visada egzistuoja poromis.
- Bendrinis pavadinimas: Veiksmo ir atoveikio dėsnis
- Pagrindinė koncepcija: jėgų poros
- Sistemos dėmesys: dviejų kūnų sąveika
- Kryptingumas: lygiavertis ir priešingas
- Pagrindinis kintamasis: sąveikos jėga
Palyginimo lentelė
| Funkcija | Antrasis Niutono dėsnis | Trečiasis Niutono dėsnis |
|---|---|---|
| Pagrindinis dėmesys | Jėgos poveikis vienam objektui | Dviejų objektų sąveikos pobūdis |
| Matematinis vaizdavimas | Jėga lygi masės ir pagreičio sandaugai | A jėga, veikianti B = - B jėga, veikianti A |
| Dalyvaujančių objektų skaičius | Vienas (objektas, kuris yra greitinamas) | Du (vienu kitu besikeičiantys kūnai) |
| Įstatymo rezultatas | Prognozuoja kūno judėjimą | Užtikrina impulso išsaugojimą |
| Priežastis ir pasekmė | Paaiškina „efektą“ (pagreitį) | Paaiškina jėgos (sąveikos) „kilmę“ |
| Vektorinė kryptis | Pagreitis yra ta pačia kryptimi kaip ir grynoji jėga | Jėgos veikia visiškai priešingomis kryptimis |
Išsamus palyginimas
Individualus judėjimas ir abipusė sąveika
Antrasis Niutono dėsnis naudojamas konkretaus objekto elgesiui sekti. Jei žinote automobilio masę ir jo variklio jėgą, antrasis dėsnis nurodo, kaip greitai jis įsibėgės. Tačiau trečiasis dėsnis žvelgia į platesnį sąveikos vaizdą; jis paaiškina, kad automobilio padangoms spaudžiant kelią, kelio danga spaudžia padangas ta pačia jėga.
Kiekybinis skaičiavimas ir simetrija
Antrasis dėsnis yra iš esmės matematinis, pateikiantis tikslias vertes, reikalingas inžinerijai ir balistikai, per formulę F=ma. Trečiasis dėsnis yra fizinės simetrijos teiginys, teigiantis, kad negalite paliesti kažko, kad jis jūsų neliestų. Nors Antrasis dėsnis leidžia mums apskaičiuoti, kiek jėgos reikia konkrečiam rezultatui pasiekti, Trečiasis dėsnis garantuoja, kad kiekviena jėga turi dvynę.
Vidinės ir išorinės perspektyvos
Izoliuotoje sistemoje Antrasis dėsnis aprašo išorinės jėgos sukeltą vidinį pagreitį. Trečiasis dėsnis paaiškina, kodėl objektas negali judėti pats, naudodamas vien vidines jėgas. Kadangi kiekvienas vidinis stūmimas sukuria lygiavertį vidinį traukos jėgą priešinga kryptimi, Trečiasis dėsnis parodo, kodėl žmogus negali savęs pakelti už plaukų ar pakelti automobilio iš vidaus.
Taikymas variklyje
Varymo sistemos, tokios kaip raketos, vienu metu remiasi abiem dėsniais. Trečiasis dėsnis paaiškina mechanizmą: raketa stumia išmetamąsias dujas žemyn, o dujos stumia raketą aukštyn. Antrasis dėsnis tada nustato gautą našumą, tiksliai apskaičiuodamas, kaip greitai raketa įsibėgės, remdamasis laivo mase ir tos sąveikos sukurta trauka (jėga).
Privalumai ir trūkumai
Antrasis Niutono dėsnis
Privalumai
- +Būtina trajektorijų skaičiavimams
- +Kiekybiškai įvertina fizines pastangas
- +Numato objekto elgesį
- +Mechanikos inžinerijos pagrindai
Pasirinkta
- −Reikalingi tikslūs masės duomenys
- −Matematika gali tapti sudėtinga
- −Apribota vieno kūno fokusavimu
- −Reikia nustatyti visas jėgas
Trečiasis Niutono dėsnis
Privalumai
- +Paaiškina, kaip prasideda judėjimas
- +Užtikrina impulso išsaugojimą
- +Supaprastina sąveikos analizę
- +Universaliai pritaikomas gamtoje
Pasirinkta
- −Nepateikia judesio verčių
- −Dažnai studentai neteisingai interpretuoja
- −Lengva supainioti su pusiausvyra
- −Aprašo tik jėgų poras
Dažni klaidingi įsitikinimai
Veiksmo ir reakcijos jėgos viena kitą panaikina.
Jėgos viena kitą panaikina tik tada, kai veikia tą patį objektą. Kadangi veiksmo ir reakcijos jėgos veikia skirtingus objektus (A – B, o B – A), jos niekada viena kitos nepanaikina, o sukelia objektų judėjimą arba deformaciją.
„Reakcijos“ jėga atsiranda šiek tiek po „veiklos“ jėgos.
Abi jėgos veikia vienu metu. Tarp veiksmo ir reakcijos nėra laiko uždelsimo; tai yra tos pačios sąveikos dvi pusės, egzistuojančios tol, kol objektai sąveikauja.
Formulėje F=ma jėga yra tai, ką objektas „turi“ arba „neša“.
Objektas neturi jėgos; jis turi masę ir pagreitį. Jėga yra išorinė įtaka objektui, kaip paaiškina Antrojo dėsnio matematinis ryšys.
Susidūrimo metu sunkesni objektai stumia stipriau nei lengvesni.
Pagal Trečiąjį dėsnį, net jei sunkvežimis atsitrenkia į drugelį, jėga, kurią sunkvežimis veikia drugelį, yra lygiai lygi jėgai, kurią drugelis veikia sunkvežimį. „Žalos“ skirtumas atsiranda dėl Antrojo dėsnio, nes maža drugelio masė lemia didelį pagreitį.
Dažnai užduodami klausimai
Kaip veikia veiksmo ir reakcijos poros, jei objektas juda?
Ar Antrasis dėsnis galioja objektams, kurių masė kinta?
Kodėl dvi jėgos, aprašytos Trečiajame dėsnyje, nesukuria pusiausvyros?
Kaip raketa veikia vakuume, kur nėra ko spausti?
Jei F = ma, ar nulinis pagreitis reiškia nulinę jėgą?
Koks jėgos vienetas šiuose dėsniuose?
Ar trečiasis dėsnis gali būti taikomas gravitacijai?
Kaip šie dėsniai paaiškina, kodėl ginklas atatrankos metu?
Nuosprendis
Antrąjį dėsnį naudokite, kai reikia apskaičiuoti greitį, laiką ar jėgą, reikalingą konkrečiam žinomos masės objektui perkelti. Trečiąjį dėsnį naudokite, kai reikia suprasti jėgos šaltinį arba išanalizuoti dviejų skirtingų objektų ar paviršių sąveiką.
Susiję palyginimai
AC vs DC (kintamoji srovė ir nuolatinė srovė)
Šiame palyginime nagrinėjami esminiai kintamosios srovės (AC) ir nuolatinės srovės (DC) – dviejų pagrindinių elektros energijos srautų – skirtumai. Jame aptariamas jų fizinis elgesys, generavimo būdas ir kodėl šiuolaikinė visuomenė, teikdama energiją viskam – nuo nacionalinių elektros tinklų iki nešiojamųjų išmaniųjų telefonų, – pasikliauja strateginiu abiejų deriniu.
Atomas prieš molekulę
Šis išsamus palyginimas paaiškina skirtumą tarp atomų, pavienių pagrindinių elementų vienetų, ir molekulių, kurios yra sudėtingos struktūros, susidarančios cheminių jungčių būdu. Jame pabrėžiami jų stabilumo, sudėties ir fizinio elgesio skirtumai, suteikiant pagrindinį materijos supratimą tiek studentams, tiek mokslo entuziastams.
Atspindys ir refrakcija
Šiame išsamiame palyginime nagrinėjami du pagrindiniai šviesos sąveikos su paviršiais ir terpėmis būdai. Atspindys apima šviesos atspindėjimą nuo ribos, o refrakcija apibūdina šviesos lenkimąsi jai pereinant į kitą medžiagą, ir abu šiuos būdus lemia skirtingi fizikiniai dėsniai ir optinės savybės.
Banga ir dalelė
Šiame palyginime nagrinėjami esminiai skirtumai ir istorinė įtampa tarp materijos ir šviesos bangų ir dalelių modelių. Nagrinėjama, kaip klasikinė fizika juos laikė vienas kitą paneigiančiais dariniais, kol kvantinė mechanika nepristatė revoliucinės bangų ir dalelių dualumo koncepcijos, kai kiekvienas kvantinis objektas, priklausomai nuo eksperimentinės aplinkos, pasižymi abiejų modelių savybėmis.
Centripetalinė jėga ir išcentrinė jėga
Šis palyginimas paaiškina esminį skirtumą tarp įcentrinių ir išcentrinių jėgų sukimosi dinamikoje. Nors įcentrinė jėga yra reali fizinė sąveika, traukianti objektą link jo trajektorijos centro, išcentrinė jėga yra inercinė „tariamoji“ jėga, jaučiama tik besisukančioje atskaitos sistemoje.