18新利最新登入牛顿运动定律是如何工作的

让我们重申在日常术语:牛顿第一定律

“永远”有时是难以吞下。但是想象一下,你有三个坡道设置如下所示。18新利最新登入还想象坡道是无限长和无限光滑。你让一个大理石第一斜面滚下,设定在一个轻微的倾斜。大理石加速沿着坡道。

现在,你给温柔的推动大理石上坡第二坡道。它减慢上升。最后,你推一个大理石的坡道上代表了前两个之间的中间状态——换句话说,一个斜坡,完美的水平。在这种情况下,大理石会既不放慢速度也加快。事实上,它应该保持滚动。直到永远。

物理学家使用术语惯性来描述对象的这种倾向拒绝改变它的运动。惯性的拉丁语根是同一根“惰性”,这意味着缺乏行动的能力。所以,你可以看到科学家们想出了这18新利最新登入个词。更令人惊奇的是,他们提出了这个概念。惯性不是立即明显的物理性质,如长度或体积。然而,与物体的18新利最新登入质量有关。了解,考虑如下所示的相扑选手18新利最新登入,男孩。

比方说左边的摔跤手的质量是136公斤,和右边的男孩的质量是30千克(公斤)科学家测量质量。记得相扑的目的是将你的对手从自己的立场。这人在我们的示例中会更容易吗?常识告诉你,那个男孩会更容易移动,或少对惯性。

你经历的惯性在一个移动的汽车。事实上,安全带存在于汽车专门来抵消惯性的影响。想象一下,一辆车在赛道上测试的速度旅行55英里(80公里)。现在想象一下,在汽车碰撞试验假人,骑在前面的座位。如果汽车猛烈撞击墙壁,假苍蝇前进到仪表板。

为什么?因为,根据牛顿第一定律,物体将保持运动状态,直到一个外力作用于它。汽车撞到墙上时,假继续朝着一条直线,以恒定的速度,直到仪表板应用力。安全带持有假人(和乘客),保护他们从自己的惰性。

有趣的是,牛顿并不是第一个科学家提出了惯性定律。这等殊荣属于伽利略勒奈·笛卡尔。事实上,marble-and-ramp思想实验前面描述的是伽利略。牛顿很大程度上要归功于事件和之前他的人。我们继续他的其他两个法律之前,让我们回顾一些重要的历史,告诉他们。

希腊哲学家亚里士多德科学思维主导很多年了。他对运动的观点被广泛接受,因为它们似乎支持人们在自然界中观察到。例如,亚里士多德认为体重下降影响对象。一个重的对象,他认为,将达到地面的速度比轻的对象在同一时间从同一高度。他还拒绝了惯性的概念,主张相反,必须不断地应用力保持移动的东西。这两个概念是错误的,但它需要许多年,几个大胆的思想家——推翻他们。

第一个大打击亚里士多德的思想出现在16世纪当时Nicolaus哥白尼发表了他sun-centered宇宙的模型。亚里士多德的理论,太阳,月亮地球和行星都围绕在一组人三界。哥白尼提出了太阳系的行星围绕着太阳旋转,而不是地球。虽然不是力学本身的主题,哥白尼的日心宇宙学描述显示的脆弱性亚里士多德的科学。

伽利略是下一个挑战希腊哲学家的思想。伽利略进行了两次到了穷途末路,实验,定下了基调和男高音的科学工作。在第一个实验中,他把炮弹和步枪球从比萨斜塔。亚里士多德的理论预测,炮弹,更加巨大,会更快,先撞到地面。但是伽利略发现两个物体以同样的速度下降,撞到地上大约在同一时间。

一些历史学家的问题伽利略是否实施了比萨斜塔实验中,但他之后的第二阶段的工作,已经证据确凿的。这些实验包括各种大小的铜球滚下来一个斜木平面。伽利略记录多远一个球滚在每一秒钟的18新利最新登入时间间隔。他发现,球的大小并不重要,下降的速度沿着坡道保持不变。,他得出结论,体验自由落体对象等加速度不管质量,只要外部力量,如空气阻力和摩擦,可以最小化。

但笛卡尔,法国伟大的哲学家,谁会添加新的深度和维度惯性运动。在他的“哲学原理”,笛卡尔提出三个自然法则。第一个法律规定每一件事情,只要在它的力量,总是在相同的状态;因此,当它一旦移动,它总是继续。第二个认为所有运动,沿着直线本身。这是牛顿第一定律,明确表示在1644年出版的一本书中,当牛顿还是一个新生!

显然,艾萨克·牛顿研究笛卡尔。他好好利用,研究一手发起了现代的科学思考。牛顿在数学微分和积分导致工作。他的工作在光学导致第一个反射式望远镜。然而,他最著名的贡献的形式出现的三个可以用相对简单的法律,与伟大的预测能力,来描述物体的运动地球和在天上。这些法律直接来自笛卡尔的第一,但剩下的两个属于牛顿。

他描述了所有三个“自然哲学的数学原理,原理,在1687年出版。今天,原理仍然是最具影响力的书籍在人类生存的历史。的重要性在于优雅简单的第二定律,F = ma,这是下一节的主题。

你可能会惊奇地发现,牛顿没有惯性定律背后的天才。但牛顿自己写了他能够看到到目前为止只是因为他站在“巨人的肩膀”。And see far he did. Although the law of inertia identified部队行动要求停止或开始运动,它没有量化这些部队。牛顿第二定律提供了缺失的一环,有关力加速度。这是说:

从技术上讲,牛顿把力微分动力单位时间内的变化。动力是一个移动身体的特点决定了身体的质量和速度的乘积。确定单位时间微分动量的变化,牛顿发明了一种新型的数学,微分学。他的原始方程看上去是这样的:

F = (m)(Δv /Δt)

三角符号表示变化的地方。因为瞬时加速度的定义是在瞬间改变速度的时间(Δv /Δt),方程经常被重写为:

F = ma

的F,米和一个在牛顿力学公式是非常重要的概念。的F是力,一个推或拉对一个对象。的米是质量衡量多少物质的一个对象。18新利最新登入和一个是加速度,它描述了对象的速度会随着时间而改变。18新利最新登入速度类似于速度,它是一个物体的距离在一定的时间旅行。

牛顿第二定律的方程形式允许我们指定一个力的测量单位。因为质量的标准单位是千克(公斤)和加速度的标准单位是米每秒的平方(米/秒²力),单位必须是一个产品的两个——(公斤)(m / s²)。这有点尴尬,所以科学家们决定用牛顿作为官方单位力量。一个牛顿,或者N,等于1千克米每秒的平方。有1磅4.448 N。

所以,你能做什么和牛顿第二定律吗?事实证明,F = ma可以量化的各种各样的运动。例如,假设你想计算的加速度左图所示的狗拉雪橇。18新利最新登入

现在假设雪橇的质量保持在50公斤,另一只狗被添加到团队。如果我们假设第二狗拉以同样的力量第一(100 N),总力将200 N和加速度4 m / s²。18新利最新登入然而,质量加倍到100公斤将减半加速度2 m / s²。

最后,让我们想象一下,第二个狗团队是附加到雪橇,这样就可以把相反的方向。

这是很重要的,因为牛顿第二定律是关心合力。我们可以把法律说:当一个合力作用于一个对象,该对象在合力的方向加速。

现在想象一下,左边的一个狗打破自由和跑了。突然,向右拉的力比左边拉的力大,所以雪橇向右加速。

不那么明显的在我们的例子中是雪橇狗也施加一个力。换句话说,所有部队成对行动。这是牛顿第三定律,下一节的主题。

牛顿第三定律可能是最熟悉的。每个人都知道,每一个行动都有一个大小相等、方向相反的反作用力,对吧?不幸的是,这种说法缺乏一些必要的细节。这是一个更好的方法来表达:

许多人很难想象这法律,因为它并不直观。事实上,讨论法律力量对最好的方法是通过提供例子。让我们首先考虑游泳运动员面对墙上的池。如果她把她的脚放在墙上,会努力,会发生什么?她向后射击,远离墙壁。

显然,游泳者施加一个力在墙上,但是她的动作表明一个力是应用于她,。这种力量来自于墙上,等于在大小和方向相反。

接下来,考虑一本书躺在桌子上。这力量作用于什么?一个大的力是地球的引力。事实上,这本书的重量是一个测量地球的引力吸引力。所以,如果我们说这本书重10 N,我们真正的意思是,地球是应用这本书10 N的力。是垂直向下的力,对地球的中心。尽管这个力,这本书仍然一动不动,这只能意味着一件事:一定有另一个力,等于10 N,向上推。大小相等,方向相反力来自表。

如果你抓住牛顿第三定律,你应该注意到另一对力在上面的段落中描述的。地球上施加一个力的书,这本书一定是地球上施加一个力。这有可能吗?是的,它是,但是这本书是如此的小,它不能明显加速地球一样大的东西。

你看到类似,虽然规模要小的多,当一个棒球棍袭击一个球。毫无疑问蝙蝠的力量适用于球:它加速后迅速达成。但是球蝙蝠也必须施加一个力。球的质量,然而,小蝙蝠的质量相比,其中包括面18新利最新登入糊附加到它的结束。不过,如果你见过一个木质棒球棒分解成碎片罢工一个球,然后你看过球的力量的第一手证据。

这些例子不显示牛顿第三定律的实际应用。18新利最新登入有办法好好利用力对吗?喷气推进是一个应用程序。动物,如鱿鱼和使用章鱼,以及某些飞机和火箭,喷气推进包括迫使物质通过一个高速开放。鱿鱼和章鱼,吸入的物质是海水,通过地幔和通过虹吸喷射。因为动物在水射流施加一个力,动物上的水射流施加一个力,使它移动。一个类似的原则是在turbine-equipped喷气式飞机和火箭在太空中。

说到外太空,牛顿的其他法律适用。通过使用他的律法来分析行星的运动空间,牛顿能够想出万有引力定律。

本身这三个运动定律是圆满成就,但牛顿并没有止步于此。他把这些想法和应用他们的问题困扰着科学家:行星的运动。哥白尼把太阳的中心一个绕轨道运行的行星和卫星的家庭,而德国天文学家约翰尼斯·开普勒证明了行星轨道的形状是椭圆,不是圆形。但没有人能够解释这背后的力学运动。然后,随着故事的进行,牛顿见到一个苹果落在地上和被灵感。苹果下跌可能相关的旋转行星或月球吗?牛顿认为如此。这是他的思维过程来证明这一点:

这是一个惊人的洞察力,这最终导致了万有引力定律。根据这一法律,在宇宙中任何两个物体相互吸引的力量取决于两件事:交互对象的质量和它们之间的距离。更大质量物体的引力吸引更大了。距离减少这个景点。牛顿它在数学上的表达在这个方程:

F = G (m1m2 / r²)

在哪里F是群众之间的重力m1和平方米,G是一个恒量,r是群众的中心之间的距离。

多年来,几乎所有学科的科学家们测试了牛顿运动定律,发现令人惊讶的是预测和可靠的。但是有两个实例,牛顿物理分解。第一个涉及对象或接近光速的速度运行。第二个问题时,牛顿定律应用于非常小的物体,如原子或亚原子粒子的量子力学的领域。