La fisica come scienza che studia le leggi del nostro Universo, utilizza una metodologia di ricerca standard e un certo sistema di unità di misura. L'unità di forza è comunemente indicata come N (newton). Che cos'è la forza, come trovarla e misurarla? Esploriamo questo problema in modo più dettagliato.
Interessante dalla storia
Isaac Newton è un eccezionale scienziato inglese del 17° secolo che ha dato un contributo inestimabile allo sviluppo delle scienze matematiche esatte. È lui il capostipite della fisica classica. Riuscì a descrivere le leggi che governano sia gli enormi corpi celesti che i piccoli granelli di sabbia portati via dal vento. Una delle sue principali scoperte è la legge di gravitazione universale e le tre leggi fondamentali della meccanica che descrivono l'interazione dei corpi in natura. In seguito, altri scienziati riuscirono a ricavare le leggi dell'attrito, del riposo e dello scorrimento solo grazie alle scoperte scientifiche di Isaac Newton.
Un po' di teoria
Una quantità fisica prende il nome da uno scienziato. Newton è un'unità di forza. La definizione stessa di forza può essere descritta come segue: "la forza è una misura quantitativa dell'interazione tra corpi, o una quantità,che caratterizza il grado di intensità o tensione dei corpi."
La forza è misurata in Newton per un motivo. È stato questo scienziato a creare tre leggi incrollabili di "potere" che sono rilevanti fino ad oggi. Studiamoli con esempi.
Prima legge
Per una comprensione completa delle domande: "Cos'è un newton?", "L'unità di misura di cosa?" e "Qual è il suo significato fisico?", vale la pena studiare attentamente le tre leggi fondamentali della meccanica.
Il primo dice che se il corpo non è influenzato da altri corpi, allora sarà a riposo. E se il corpo era in movimento, in assenza di qualsiasi azione su di esso, continuerà il suo movimento uniforme in linea retta.
Immagina che un certo libro con una certa massa giace su una superficie piana di un tavolo. Denotando tutte le forze che agiscono su di esso, otteniamo che questa è la forza di gravità, che è diretta verticalmente verso il basso, e la forza di reazione del supporto (in questo caso, il tavolo), diretta verticalmente verso l' alto. Poiché entrambe le forze bilanciano le azioni l'una dell' altra, l'entità della forza risultante è zero. Secondo la prima legge di Newton, questo è il motivo per cui il libro è fermo.
Seconda legge
Descrive la relazione tra la forza che agisce su un corpo e l'accelerazione che riceve a causa della forza applicata. Isaac Newton, nel formulare questa legge, fu il primo ad utilizzare il valore costante della massa come misura della manifestazione di inerzia e inerzia di un corpo. Chiamano inerziala capacità o la proprietà dei corpi di mantenere la loro posizione originaria, cioè di resistere alle influenze esterne.
La seconda legge è spesso descritta dalla seguente formula: F=am; dove F è la risultante di tutte le forze applicate al corpo, a è l'accelerazione ricevuta dal corpo e m è la massa del corpo. La forza è infine espressa in kgm/s2 . Questa espressione è solitamente indicata in newton.
Cos'è un newton in fisica, qual è la definizione di accelerazione e come è correlata alla forza? A queste domande risponde la formula della seconda legge della meccanica. Dovrebbe essere chiaro che questa legge funziona solo per quei corpi che si muovono a velocità molto inferiori alla velocità della luce. A velocità prossime a quella della luce, funzionano leggi leggermente diverse, adattate da una sezione speciale di fisica sulla teoria della relatività.
Terza legge di Newton
Questa è forse la legge più comprensibile e semplice che descrive l'interazione di due corpi. Dice che tutte le forze sorgono in coppia, cioè se un corpo agisce su un altro con una certa forza, allora anche il secondo corpo agisce sul primo con una forza uguale.
La stessa formulazione della legge degli scienziati è la seguente: "… le interazioni di due corpi l'uno sull' altro sono uguali tra loro, ma dirette in direzioni opposte."
Capiamo cos'è un newton. In fisica, quindi, è consuetudine considerare tutto su fenomeni specificiEcco alcuni esempi che descrivono le leggi della meccanica.
- Gli uccelli acquatici come anatre, pesci o rane si muovono dentro o attraverso l'acqua esattamente interagendo con essa. La terza legge di Newton dice che quando un corpo agisce su un altro, sorge sempre un'azione contraria, che è equivalente in forza al primo, ma diretta nella direzione opposta. Sulla base di ciò, possiamo concludere che il movimento delle anatre è dovuto al fatto che spingono indietro l'acqua con le zampe e nuotano in avanti a causa della risposta dell'acqua.
- La ruota dello scoiattolo è un ottimo esempio di dimostrazione della terza legge di Newton. Probabilmente tutti sanno cos'è una ruota di scoiattolo. Questo è un design abbastanza semplice, che ricorda sia una ruota che un tamburo. È installato in gabbie in modo che animali domestici come scoiattoli o topi decorativi possano correre. L'interazione di due corpi, la ruota e l'animale, fa muovere entrambi i corpi. Inoltre, quando lo scoiattolo corre veloce, la ruota gira ad alta velocità e quando rallenta, la ruota inizia a girare più lentamente. Ciò dimostra ancora una volta che azione e reazione sono sempre uguali tra loro, sebbene siano dirette in direzioni opposte.
- Tutto ciò che si muove sul nostro pianeta si muove solo per "azione di risposta" della Terra. Può sembrare strano, ma in re altà, quando camminiamo, facciamo solo uno sforzo per spingere il terreno o qualsiasi altra superficie. E stiamo andando avanti, perché la terra ci sta spingendo in risposta.
Cos'è un newton: un'unità di misura oquantità fisica?
La stessa definizione di "newton" può essere descritta come segue: "è un'unità di forza". Ma qual è il suo significato fisico? Quindi, in base alla seconda legge di Newton, si tratta di una quantità derivata, che è definita come una forza in grado di modificare la velocità di un corpo con una massa di 1 kg di 1 m/s in appena 1 secondo. Si scopre che il newton è una quantità vettoriale, cioè ha una sua direzione. Quando applichiamo una forza a un oggetto, ad esempio spingendo una porta, impostiamo contemporaneamente la direzione del movimento che, secondo la seconda legge, sarà la stessa della direzione della forza.
Se segui la formula, risulta che 1 Newton=1 kgm/s 2 . Quando si risolvono vari problemi di meccanica, molto spesso è necessario convertire i newton in altre quantità. Per comodità, quando si trovano determinati valori, si consiglia di ricordare le identità di base che collegano i newton con altre unità:
- 1 H=105 dyne (dyna è un'unità di misura nel sistema CGS);
- 1 N=0,1 kgf (la forza-chilogrammo è un'unità di forza nel sistema ICSS);
- 1 H=10 -3 sten qualsiasi corpo che pesa 1 tonnellata).
La legge di gravitazione universale
Una delle scoperte più importanti dello scienziato, che ha trasformato l'idea del nostro pianeta, è la legge di gravità di Newton (cos'è la gravità, leggi sotto). Naturalmente, prima di lui c'erano tentativi di svelare il mistero dell'attrazioneTerra. Ad esempio, Johannes Kepler è stato il primo a suggerire che non solo la Terra ha una forza attrattiva, ma anche i corpi stessi sono in grado di attrarre la Terra.
Tuttavia, solo Newton è riuscito a dimostrare matematicamente la relazione tra gravità e legge del moto planetario. Dopo molti esperimenti, lo scienziato si è reso conto che in re altà non solo la Terra attrae oggetti a se stessa, ma tutti i corpi sono attratti l'uno dall' altro. Ha derivato la legge di gravità, che afferma che tutti i corpi, compresi i corpi celesti, sono attratti con una forza uguale al prodotto di G (costante gravitazionale) e le masse di entrambi i corpi m1 m 2 diviso per R2 (il quadrato della distanza tra i corpi).
Tutte le leggi e le formule derivate da Newton hanno permesso di creare un modello matematico integrale, che è ancora utilizzato nella ricerca non solo sulla superficie della Terra, ma anche ben oltre il nostro pianeta.
Conversione unità
Quando risolvi i problemi, dovresti ricordare i prefissi SI standard, che sono usati anche per le unità di misura "Newtoniani". Ad esempio, nei problemi relativi agli oggetti spaziali, dove le masse dei corpi sono grandi, molto spesso è necessario semplificare i valori grandi a quelli più piccoli. Se la soluzione risulta essere 5000 N, sarà più conveniente scrivere la risposta sotto forma di 5 kN (kiloNewton). Tali unità sono di due tipi: multipli e sottomultipli. Ecco quelli più utilizzati: 102 N=1 hectoNewton (hN); 103 H=1kiloNewton (kN); 106 N=1 megaNewton (MN) e 10-2 N=1 centiNewton (cN); 10-3 N=1 milliNewton (mN); 10-9 N=1 nanoNewton (nN).
