Isaac Newton'sกฎข้อแรกของการเคลื่อนไหวรัฐ "ร่างกายที่เหลือจะยังคงพักอยู่และร่างกายที่เคลื่อนไหวจะยังคงเคลื่อนไหวเว้นแต่ว่ามันจะกระทำโดยกำลังภายนอก" แล้วเกิดอะไรขึ้นกับร่างกายเมื่อมีการใช้แรงภายนอกกับมัน? สถานการณ์ดังกล่าวอธิบายโดยกฎข้อที่สองของนิวตัน
ตามที่นาซ่ากฎหมายนี้ระบุว่า "แรงเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัมต่อการเปลี่ยนแปลงในเวลาสำหรับมวลคงที่แรงเท่ากับการเร่งความเร็วมวลเวลา" สิ่งนี้เขียนในรูปแบบทางคณิตศาสตร์เป็นf-ม.อัน
fคือกำลังม.เป็นมวลและอันคือการเร่งความเร็ว คณิตศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังเรื่องนี้ค่อนข้างง่าย หากคุณเป็นสองเท่าของแรงคุณจะเพิ่มความเร่งเป็นสองเท่า แต่ถ้าคุณเพิ่มมวลเป็นสองเท่าคุณจะลดการเร่งความเร็วลงครึ่งหนึ่ง
นิวตันเผยแพร่ของเขากฎของการเคลื่อนไหวในปี 1687 ในงานน้ำเชื้อของเขา "นักปรัชญาหลักการทางคณิตศาสตร์ตามธรรมชาติ-หลักการทางคณิตศาสตร์ของปรัชญาธรรมชาติ) ซึ่งเขาได้อธิบายคำอธิบายว่าร่างกายขนาดใหญ่เคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของกองกำลังภายนอกได้อย่างไร
นิวตันขยายงานก่อนหน้านี้ของกาลิเลโอกาลิลีผู้พัฒนากฎการเคลื่อนไหวครั้งแรกที่แม่นยำสำหรับมวลชนตาม Greg Bothun ศาสตราจารย์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยโอเรกอนการทดลองของกาลิเลโอแสดงให้เห็นว่าร่างกายทั้งหมดเร่งความเร็วในอัตราเดียวกันโดยไม่คำนึงถึงขนาดหรือมวล นิวตันยังวิพากษ์วิจารณ์และขยายงานของ Rene Descartes ซึ่งตีพิมพ์ชุดของกฎหมายธรรมชาติในปี 1644 สองปีหลังจากนั้นนิวตันเกิด-กฎหมายของเดส์การ์ตคล้ายกับกฎข้อแรกของนิวตัน
การเร่งความเร็วและความเร็ว
กฎข้อที่สองของนิวตันกล่าวว่าเมื่อแรงคงที่ดำเนินการกับร่างกายขนาดใหญ่มันทำให้มันเร่งความเร็วเช่นการเปลี่ยนความเร็วของมันในอัตราคงที่ ในกรณีที่ง่ายที่สุดแรงที่ใช้กับวัตถุที่เหลือทำให้มันเร่งความเร็วในทิศทางของแรง อย่างไรก็ตามหากวัตถุมีการเคลื่อนไหวอยู่แล้วหรือหากสถานการณ์นี้ถูกมองจากกรอบอ้างอิงเฉื่อยที่เคลื่อนไหวร่างกายนั้นอาจเพิ่มความเร็วช้าลงหรือเปลี่ยนทิศทางขึ้นอยู่กับทิศทางของแรงและทิศทางที่วัตถุและเฟรมอ้างอิงเคลื่อนที่สัมพันธ์กัน
ตัวอักษรตัวหนาfและอันในสมการระบุว่าแรงและความเร่งเป็นเวกเตอร์ปริมาณซึ่งหมายความว่าพวกเขามีทั้งขนาดและทิศทาง แรงสามารถเป็นแรงเดียวหรืออาจเป็นการรวมกันของแรงมากกว่าหนึ่ง ในกรณีนี้เราจะเขียนสมการเป็น ∑f-ม.อัน
σขนาดใหญ่ (ตัวอักษรกรีกซิกม่า) แสดงถึงผลรวมเวกเตอร์ของกองกำลังทั้งหมดหรือกองกำลังสุทธิทำหน้าที่กับร่างกาย
มันค่อนข้างยากที่จะจินตนาการว่าการใช้แรงคงที่กับร่างกายเป็นระยะเวลาไม่ จำกัด ในกรณีส่วนใหญ่กองกำลังสามารถนำไปใช้ในระยะเวลาที่ จำกัด ผลิตสิ่งที่เรียกว่าแรงกระตุ้น- สำหรับร่างกายขนาดใหญ่ที่เคลื่อนไหวในกรอบอ้างอิงเฉื่อยโดยไม่มีแรงอื่น ๆ เช่นการเสียดสีการกระทำกับมันแรงกระตุ้นบางอย่างจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงบางอย่างในความเร็ว ร่างกายอาจเร่งความเร็วช้าลงหรือเปลี่ยนทิศทางหลังจากนั้นร่างกายจะเคลื่อนไหวต่อไปที่ความเร็วคงที่ใหม่ (เว้นแต่แน่นอนแรงกระตุ้นทำให้ร่างกายหยุด)
อย่างไรก็ตามมีสถานการณ์หนึ่งที่เราเผชิญกับแรงคงที่ - แรงอันเนื่องมาจากการเร่งความเร็วของแรงโน้มถ่วงซึ่งทำให้ร่างกายขนาดใหญ่ออกแรงแรงลงบนโลก ในกรณีนี้การเร่งความเร็วคงที่เนื่องจากแรงโน้มถ่วงเขียนเป็นกและกฎข้อที่สองของนิวตันจะกลายเป็น f =มก.- สังเกตว่าในกรณีนี้ F และกไม่ได้เขียนตามอัตภาพเป็นเวกเตอร์เพราะพวกเขามักจะชี้ไปในทิศทางเดียวกัน
ผลิตภัณฑ์ของการเร่งความเร็วแรงโน้มถ่วงเวลามวลมก.เป็นที่รู้จักกันในชื่อน้ำหนักซึ่งเป็นพลังอีกประเภทหนึ่ง หากไม่มีแรงโน้มถ่วงร่างกายขนาดใหญ่จะไม่มีน้ำหนักและไม่มีร่างกายขนาดใหญ่แรงโน้มถ่วงไม่สามารถสร้างแรงได้ เพื่อที่จะเอาชนะแรงโน้มถ่วงและยกร่างกายขนาดใหญ่คุณต้องสร้างแรงที่สูงขึ้นม.อันที่ยิ่งใหญ่กว่าแรงโน้มถ่วงลงมก.-
กฎข้อที่สองของนิวตันในการดำเนินการ
จรวดที่เดินทางผ่านอวกาศครอบคลุมกฎการเคลื่อนไหวทั้งสามของนิวตัน
หากจรวดจำเป็นต้องชะลอความเร็วเร็วขึ้นหรือเปลี่ยนทิศทางแรงจะถูกใช้เพื่อผลักดันโดยทั่วไปมาจากเครื่องยนต์ ปริมาณของแรงและตำแหน่งที่ให้การผลักดันสามารถเปลี่ยนความเร็วหรือทั้งสองอย่าง (ส่วนขนาดของการเร่งความเร็ว) และทิศทาง
ตอนนี้เรารู้แล้วว่าร่างกายขนาดใหญ่ในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทำงานอย่างไรเมื่อมันอยู่ภายใต้แรงภายนอกเช่นวิธีการที่เครื่องยนต์สร้างการผลักดันการซ้อมรบจรวดจะเกิดอะไรขึ้นกับร่างกายที่ใช้กำลังนั้น? สถานการณ์นั้นอธิบายโดยกฎการเคลื่อนไหวที่สามของนิวตัน-
การรายงานเพิ่มเติมโดย Rachel Ross ผู้สนับสนุนวิทยาศาสตร์สด
ดูเพิ่มเติม:
ทรัพยากรเพิ่มเติม
