Физика біздің Ғаламның заңдылықтарын зерттейтін ғылым ретінде стандартты зерттеу әдістемесін және белгілі бір өлшем бірлік жүйесін пайдаланады. Күш бірлігі әдетте N (ньютон) деп аталады. Күш дегеніміз не, оны қалай табуға және өлшеуге болады? Бұл мәселені толығырақ қарастырайық.
Тарихтан қызықты
Исаак Ньютон – 17 ғасырдағы көрнекті ағылшын ғалымы, нақты математика ғылымдарының дамуына баға жетпес үлес қосқан. Ол классикалық физиканың түп атасы болып табылады. Ол үлкен аспан денелерін де, жел алып кеткен ұсақ құм түйірлерін де басқаратын заңдарды сипаттай алды. Оның негізгі ашқан жаңалықтарының бірі – бүкіләлемдік тартылыс заңы және табиғаттағы денелердің өзара әрекеттесуін сипаттайтын механиканың үш негізгі заңы. Кейінірек басқа ғалымдар үйкеліс, тыныштық және сырғанау заңдарын Исаак Ньютонның ғылыми жаңалықтарының арқасында ғана шығара алды.
Біраз теория
Физикалық шама ғалымның атымен аталған. Ньютон – күш бірлігі. Күштің анықтамасын былайша сипаттауға болады: «Күш – денелер арасындағы өзара әсерлесудің сандық өлшемі немесе шама,денелердің қарқындылығы немесе кернеу дәрежесін сипаттайды."
Күш бір себеппен Ньютонмен өлшенеді. Дәл осы ғалым бүгінгі күнге дейін өзекті болып табылатын үш мызғымас «құдірет» заңдылығын жасаған. Оларды мысалдар арқылы зерттеп көрейік.
Бірінші заң
Сұрақтарды толық түсіну үшін: «Ньютон дегеніміз не?», «Ненің өлшем бірлігі?» және «Оның физикалық мағынасы қандай?» механиканың үш негізгі заңын мұқият зерттеген жөн.
Біріншісі денеге басқа денелер әсер етпесе, ол тыныштықта болады дейді. Ал егер дене қозғалыста болса, онда оған ешқандай әрекет болмаса, ол бірқалыпты қозғалысын түзу сызықта жалғастырады.
Елестетіп көріңізші, белгілі бір массасы бар белгілі бір кітап үстелдің тегіс бетінде жатыр. Оған әсер ететін барлық күштерді белгілей отырып, біз бұл тігінен төмен бағытталған ауырлық күші және тік жоғары бағытталған тіректің реакция күші (бұл жағдайда кесте) екенін аламыз. Екі күш бір-бірінің әрекетін теңестіретіндіктен, нәтиже күшінің шамасы нөлге тең. Ньютонның бірінші заңы бойынша кітаптың тыныштықта болуының себебі осы.
Екінші Заң
Ол денеге әсер ететін күш пен оның түсірілген күш әсерінен алатын үдеуінің арасындағы байланысты сипаттайды. Исаак Ньютон осы заңды тұжырымдаған кезде дененің инерциясы мен инерциясының көріну өлшемі ретінде массаның тұрақты мәнін бірінші болып пайдаланды. Олар инерция деп атайдыденелердің бастапқы орнын сақтау қабілеті немесе қасиеті, яғни сыртқы әсерлерге қарсы тұру.
Екінші заң жиі келесі формуламен сипатталады: F=am; Мұндағы F – денеге түсірілген барлық күштердің нәтижесі, a – дене қабылдаған үдеу, m – дененің массасы. Күш ең соңында кгм/с2 түрінде көрсетіледі. Бұл өрнек әдетте Ньютонмен белгіленеді.
Физикада Ньютон дегеніміз не, үдеу анықтамасы қандай және оның күшпен байланысы қандай? Бұл сұрақтарға механиканың екінші заңының формуласы жауап береді. Бұл заң жарық жылдамдығынан әлдеқайда аз жылдамдықпен қозғалатын денелер үшін ғана жұмыс істейтінін түсіну керек. Жарық жылдамдығына жақын жылдамдықтарда салыстырмалылық теориясы туралы физиканың арнайы бөлімі бейімделген сәл өзгеше заңдар жұмыс істейді.
Ньютонның үшінші заңы
Бұл екі дененің өзара әрекеттесуін сипаттайтын ең түсінікті және қарапайым заң шығар. Ол барлық күштер жұппен пайда болады, яғни бір дене екінші денеге белгілі бір күшпен әсер етсе, екінші дене де өз кезегінде біріншіге бірдей күшпен әсер етеді.
Заңның ғалымдар жасаған тұжырымының өзі мынадай: «…екі дененің бір-біріне әсер етуі бір-біріне тең, бірақ қарама-қарсы бағытта бағытталған.»
Ньютонның не екенін анықтайық. Физикада барлығын нақты құбылыстар бойынша қарастыру әдетке айналғанМұнда механика заңдарын сипаттайтын мысалдар берілген.
- Үйректер, балықтар немесе бақалар сияқты су құстары онымен әрекеттесу арқылы суда немесе суда дәл қозғалады. Ньютонның үшінші заңы бір дене басқа денеге әсер еткенде әрқашан қарсы әрекет пайда болады, ол күші жағынан біріншіге тең, бірақ қарама-қарсы бағытта бағытталған. Осыған сүйене отырып, үйректердің қозғалысы суды табандарымен артқа итеріп, ал өздері судың реакциясына байланысты алға қарай жүзетіндіктен болады деген қорытынды жасауға болады.
- Тиін дөңгелегі Ньютонның үшінші заңын дәлелдеудің тамаша мысалы болып табылады. Тиін дөңгелегі не екенін бәрі білетін шығар. Бұл дөңгелекті де, барабанды да еске түсіретін өте қарапайым дизайн. Ол тиін немесе сәндік егеуқұйрықтар сияқты үй жануарлары жүгіре алатындай етіп торларға орнатылады. Екі дененің, дөңгелек пен жануардың өзара әрекеттесуі бұл дененің екеуінің де қозғалуына себепші болады. Оның үстіне тиін жылдам жүгірсе, доңғалақ жоғары жылдамдықпен айналады, ал баяулағанда дөңгелек баяу айнала бастайды. Бұл әрекет пен қарсы әрекеттің қарама-қарсы бағытта болғанымен, әрқашан бір-біріне тең болатынын тағы бір рет дәлелдейді.
- Біздің планетамызда қозғалатын барлық нәрсе Жердің «жауап әрекетінің» арқасында ғана қозғалады. Бұл біртүрлі болып көрінуі мүмкін, бірақ іс жүзінде біз жаяу жүргенде жерді немесе кез келген басқа бетті итеру үшін ғана күш саламыз. Ал біз алға жылжудамыз, өйткені жер бізді итеріп жатыр.
Ньютон дегеніміз не: өлшем бірлігі немесефизикалық шама?
«Ньютон» анықтамасының өзін былай сипаттауға болады: «бұл күш бірлігі». Бірақ оның физикалық мағынасы қандай? Сонымен, Ньютонның екінші заңына сүйене отырып, бұл массасы 1 кг дененің жылдамдығын небәрі 1 секундта 1 м/с өзгертуге қабілетті күш ретінде анықталатын туынды шама. Ньютон векторлық шама болып шығады, яғни оның өзіндік бағыты бар. Затқа күш қолданғанда, мысалы, есікті итергенде, біз бір уақытта қозғалыс бағытын белгілейміз, ол екінші заңға сәйкес күштің бағытымен бірдей болады.
Егер формуланы орындасақ, 1 Ньютон=1 кгм/с 2 болып шығады. Механикадағы әртүрлі есептерді шығарғанда, көбінесе Ньютондарды басқа шамаға түрлендіру қажет. Ыңғайлы болу үшін белгілі бір мәндерді табу кезінде Ньютондарды басқа бірліктермен байланыстыратын негізгі сәйкестіктерді есте сақтау ұсынылады:
- 1 H=105 dyne (дина – CGS жүйесіндегі өлшем бірлігі);
- 1 N=0,1 кгс (килограмм-күш – ICSS жүйесіндегі күш бірлігі);
- 1 H=10 -3 sten салмағы 1 тонна кез келген дене).
Бүкіләлемдік тартылыс заңы
Ғалымның біздің планета туралы идеясын өзгерткен маңызды жаңалықтарының бірі - Ньютонның тартылыс заңы (гравитация дегеніміз не, төменде оқыңыз). Әрине, оның алдында тартымдылықтың құпиясын ашу әрекеттері болдыЖер. Мысалы, Иоганнес Кеплер бірінші болып Жердің тартымды күші ғана емес, сонымен бірге денелердің өздері де Жерді тарта алады деген болжам жасады.
Алайда ауырлық күші мен планеталар қозғалысы заңының арасындағы байланысты математикалық жолмен дәлелдей алған Ньютон ғана. Ғалым көптеген тәжірибелерден кейін шын мәнінде Жер тек заттарды өзіне тартып қоймайды, сонымен қатар барлық денелер бір-біріне тартылатынын түсінді. Ол кез келген денелер, соның ішінде аспан денелері G (тартылыс тұрақтысы) мен екі дененің массаларының m1 көбейтіндісіне тең күшпен тартылатынын көрсететін тартылыс заңын шығарды. m 2 бөлінді R2 (денелер арасындағы қашықтық квадраты).
Ньютон шығарған барлық заңдар мен формулалар интегралды математикалық модельді жасауға мүмкіндік берді, ол әлі күнге дейін Жер бетінде ғана емес, сонымен қатар біздің планетамыздан тыс жерлерде де зерттеулерде қолданылады.
Бірлікті түрлендіру
Есептерді шығарған кезде стандартты SI префикстері туралы есте сақтау керек, олар «Ньютондық» өлшем бірліктері үшін де қолданылады. Мысалы, денелердің массасы үлкен ғарыш объектілеріне қатысты есептер кезінде үлкен мәндерді кішіректерге оңайлату қажет. Егер ерітінді 5000 Н болып шықса, онда жауапты 5 кН (килоНьютон) түрінде жазу ыңғайлы болады. Мұндай бірліктер екі түрлі болады: еселік және ішкі еселік. Мұнда ең көп қолданылатындары берілген: 102 N=1 гектоНьютон (hN); 103 H=1килоНьютон (кН); 106 N=1 мегаНьютон (MN) және 10-2 N=1 центНьютон (cN); 10-3 N=1 миллиньютон (мН); 10-9 N=1 наноНьютон (nN).
