Čo hovoria Newtonove zákony pohybu?
Newtonove zákony pohybu, nazývané tiež newtonovská mechanika alebo klasická mechanika, sa často používajú pri riešení úloh z mechaniky. Inými slovami, sú dobre známe stredoškolákom, najmä tým, ktorí sa pripravujú na prijímacie skúšky po maturite alebo na samotnú maturitu. Tu je to, čo treba vedieť o týchto slávnych Newtonových zákonoch.
Aké sú Newtonove zákony?
Newtonove zákony pohybu sú dobre známe fyzikálne princípy. Samozrejme, ich autorom je Sir Isaac Newton, britský matematik a fyzik. Po prvýkrát ich sformuloval v roku 1687 vo svojom diele s názvom Philosophiae Naturalis Principia Mathematica a je ich celkom 3. O čom presne hovoria?
V skutočnosti ide o všeobecné pravidlá týkajúce sa pohybu rôznych objektov vo vesmíre. Newtonove teórie teda predstavujú jasnejšie vysvetlenie povahy pohybu, ktorú opísal Aristoteles. Treba povedať, že tento veľký britský fyzik použil jednoduché matematické vzorce.
Newtonove zákony pohybu nie sú len jednoduchými teóriami. Uplatňujú sa v reálnom svete. Umožnili rozvoj mnohých odborných zručností. Techniky používané pri navigácii kozmických lodí sú napríklad založené na slávnych Newtonových zákonoch pohybu. To isté platí aj pre pohyby, ktoré vykonávajú hráči biliardu.
Tri Newtonove zákony
Ako už bolo spomenuté, Newton sformuloval tri jasne odlíšené zákony. Zistite, ktoré to sú.
Prvý zákon
Podľa pôvodného znenia prvého Newtonovho zákona „Každé teleso zotrváva v stave pokoja alebo rovnomerného pohybu v priamke, v ktorom sa nachádza, pokiaľ naň nepôsobí nejaká sila, ktorá by ho prinútila zmeniť tento stav.“
V praxi tento zákon stanovuje, že teleso alebo predmet zostáva v pokoji, pokiaľ naň nepôsobí žiadna sila. Podobne sa pohybujúci predmet snaží udržať rovnakú rýchlosť, pokiaľ naň nepôsobí sila, ako je trenie alebo gravitácia.
Ak teda hodíte loptu do prázdna, bude sa pohybovať rovnakou rýchlosťou, pokiaľ na ňu nepôsobí sila vetra alebo iného telesa, napríklad stromu. Táto Newtonova teória je známa ako zákon zotrvačnosti alebo princíp zotrvačnosti.
Druhý zákon
Nazýva sa základný princíp dynamiky a vyjadruje ho nasledujúci matematický vzorec: Σ F = ma. F predstavuje silu, m hmotnosť telesa a a zrýchlenie telesa.
Prostredníctvom tohto vzorca Newton vysvetľuje zmeny, ktoré môže sila vyvolať v pohybe telesa. Presnejšie povedané, keď na teleso pôsobí sila, spôsobuje to zmenu rýchlosti, konkrétne zrýchlenie.
Treba poznamenať, že na teleso môžu pôsobiť rôzne druhy síl. Ide napríklad o trecie sily, gravitačné sily a elektromagnetické sily. Ak sa to zohľadní, tento vzorec možno použiť na riešenie rôznych typov úloh. Preto sa základný princíp dynamiky považuje za najdôležitejší fyzikálny zákon.
Aby sme vám pomohli lepšie ho pochopiť, vezmime si príklad dvoch guľatých telies. Jedným z nich je malá gumová loptička a druhým je bowlingová guľa. Aby sa tieto dva predmety valili rovnakou rýchlosťou, je potrebné na bowlingovú guľu pôsobiť väčšou silou, pretože má väčšiu hmotnosť. Táto sila pri odraze teda spôsobila zrýchlenie rýchlosti bowlingovej gule.
Ak obe gule kotúľajú sa po svahu a narazia na stenu, náraz nebude rovnaký. Náraz bowlingovej gule bude silnejší a ničivejší, keďže je ťažšia.
Tretí zákon alebo princíp akcie a reakcie
Podľa Isaaca Newtona „Akcia sa vždy rovná reakcii“, to znamená, že pôsobenia dvoch telies na seba navzájom sú vždy rovnaké a opačného smeru. Konkrétne si vezmime príklad dvoch objektov, ktoré na seba pôsobia. Budeme ich označovať ako A a B. Ak teleso A pôsobí silou na teleso B, platí to aj naopak.
Aby sme lepšie pochopili tento Newtonov zákon, stačí pozorovať spätný ráz strelnej zbrane. Keď guľka opustí hlaveň, zbraň sa posunie v opačnom smere. Ten istý fyzikálny jav nastáva, keď položíte knihu na stôl. Stôl pôsobí silou na knihu a tá zase pôsobí silou na stôl.
Uplatňovanie Newtonových zákonov
Kedy treba uplatniť prvý, druhý alebo tretí Newtonov zákon? Vo všeobecnosti platí princíp zotrvačnosti, keď sa ťažisko systému pohybuje rovnomerne po priamke, ako napríklad pri Newtonovom kyvadle.
Druhý zákon sa naopak uplatňuje vtedy, keď dráha ťažiska telesa nie je priamka alebo keď jeho rýchlosť nie je konštantná. Umožňuje určiť vývoj pohybu telesa na základe pôsobenia síl, ktoré naň pôsobia, a tým identifikovať jeho smer. Nakoniec, tretí zákon sa používa na určenie charakteristík vektora sily telesa.
