La ley del movimiento de Newton es la primera ley del movimiento de Newton, la ley de inercia, que fue resumida por Sir Isaac Newton en el siglo XVII y publicada en "Principios matemáticos de la filosofía natural". . La segunda ley del movimiento de Newton y la tercera ley del movimiento de Newton son las tres leyes básicas de la mecánica clásica.
[Editar este párrafo]Primera ley del movimiento de Newton
Bajo cualquier circunstancia, todos los objetos siempre permanecen en reposo o se mueven en línea recta a una velocidad constante cuando no actúan sobre ellos agentes externos. efectivo.
[Editar este párrafo][Contenido]
Bajo cualquier circunstancia, todos los objetos siempre permanecen estacionarios o se mueven en línea recta a una velocidad uniforme cuando no actúan sobre ellos fuerzas externas.
Todos los objetos mantienen siempre un movimiento lineal uniforme o en reposo hasta que una fuerza externa los obliga a cambiar este estado.
Esta es la primera ley de Newton.
La primera ley de Newton también se puede abreviar como: Lo que se mueve sigue moviéndose y lo que permanece quieto, permanece quieto.
Las partículas permanecerán en reposo o se moverán a una velocidad constante a menos que actúe sobre ellas una fuerza externa desequilibrada.
[Editar este párrafo][Descripción]
Todos los objetos tienden a permanecer estacionarios y moverse en línea recta a una velocidad uniforme, por lo que el estado de movimiento de un objeto está determinado por su velocidad. Sin fuerza externa, su estado de movimiento no cambiará.
La propiedad de un objeto de permanecer sin cambios en su estado original de movimiento se llama inercia, y el tamaño de la inercia se mide en masa.
Así que la primera ley de Newton también se llama ley de inercia.
La primera ley de Newton también explica el concepto de fuerza.
Deje en claro que la fuerza es la interacción entre objetos y señale que la fuerza cambia el estado de movimiento de los objetos.
Debido a que la aceleración describe el cambio en el estado de movimiento de un objeto, la fuerza está relacionada con la aceleración y no tiene nada que ver con la velocidad.
Si no prestas atención a esto en la vida diaria, muchas veces es fácil crear ilusiones.
[Nota]
(1) La primera ley de Newton no es válida en todos los sistemas de referencia. De hecho, solo es válida en los sistemas de referencia inerciales.
Por lo tanto, la primera ley de Newton a menudo se considera el criterio para determinar si un sistema de referencia es un sistema de referencia inercial.
(2) La primera ley de Newton se obtiene analizando hechos y generalizando y razonando aún más.
Todo lo que nos rodea se ve afectado por esta o aquella fuerza, por lo que esta ley no puede verificarse directamente de forma experimental.
Pero todas las inferencias extraídas de la ley han resistido la prueba de la práctica, por lo que la primera ley de Newton se ha convertido en una de las leyes básicas de la mecánica universalmente reconocidas.
El descubrimiento y resumen de la primera ley de Newton
Hace más de 300 años, Galileo analizó experimentos similares y se dio cuenta de que cuanto menor sea la resistencia a un objeto en movimiento, más lento disminuirá su velocidad. y cuanto más larga sea la distancia que recorra.
Además, mediante un razonamiento adicional, concluyó: En circunstancias ideales, si la superficie horizontal es absolutamente lisa y la resistencia del objeto es cero, entonces su velocidad no disminuirá, sino que siempre se moverá a una velocidad constante. .
Galileo estudió una vez este problema, y Newton dijo una vez: "Lo logré al subirme a los hombros de gigantes". Esta frase estaba dirigida a Galileo.
Así que Newton resumió los resultados de la investigación de sus predecesores y concluyó la famosa primera ley de Newton.
[Editar este párrafo] Segunda ley del movimiento de Newton
[Editar este párrafo][Contenido]
La aceleración de un objeto es causada por la fuerza resultante actuando sobre el objeto Directamente proporcional e inversamente proporcional a la masa del objeto, la dirección de la aceleración es la misma que la dirección de la fuerza resultante.
[Editar este párrafo][Expresión]
∑F=ma o F=ma.
[Editar este párrafo][Descripción]
(1) La segunda ley de Newton es la ley instantánea de la fuerza.
La fuerza y la aceleración se generan al mismo tiempo, cambian al mismo tiempo y desaparecen al mismo tiempo.
(2)F=ma es una ecuación vectorial y se debe especificar la dirección positiva al aplicarla. Todas las fuerzas o aceleraciones en la misma dirección que la dirección positiva toman un valor positivo y viceversa. Generalmente, la dirección de la aceleración se toma como dirección positiva.
(3) Según el principio de acción independiente de la fuerza, cuando se utiliza la segunda ley de Newton para tratar el movimiento de un objeto en un plano, la fuerza que actúa sobre el objeto se puede descomponer ortogonalmente y la La forma componente de la segunda ley de Newton se puede aplicar en dos direcciones mutuamente perpendiculares: Fx=max y Fy=max.
[Editar este párrafo][Cinco propiedades de la segunda ley de Newton]
(1) Homomorfismo: F-unión, M y A corresponden al mismo objeto.
(2) Vectorialidad: la fuerza y la aceleración son vectores, y la dirección de aceleración de un objeto está determinada por la dirección combinada de las fuerzas externas sobre el objeto.
En la expresión matemática ∑F = ma de la segunda ley de Newton, el signo igual no solo significa que los valores en los lados izquierdo y derecho son iguales, sino que también significa que la dirección es la misma, es decir, la dirección de aceleración del objeto es consistente con la dirección de la fuerza externa.
(3) Instantaneidad: Cuando la fuerza externa que actúa sobre un objeto (con una determinada masa) muta, la magnitud y dirección de la aceleración determinada por la fuerza también mutan cuando la fuerza externa es cero; La aceleración también cambia. Al mismo tiempo es cero y la aceleración y la fuerza externa están en correspondencia uno a uno.
La segunda ley de Newton es la ley de correspondencia instantánea, que expresa el efecto instantáneo de la fuerza.
(4) Relatividad: Existe un sistema de coordenadas en la naturaleza. En este sistema de coordenadas, cuando no hay fuerza sobre el objeto, mantendrá un movimiento lineal uniforme o reposo. Este sistema de coordenadas se llama sistema de referencia inercial.
Tanto el suelo como los objetos que están estacionarios o que se mueven en línea recta con una velocidad uniforme en relación con el suelo pueden considerarse sistemas de referencia inerciales. Las leyes de Newton sólo son válidas en sistemas de referencia inerciales.
(5) Independencia: Cada fuerza que actúa sobre un objeto puede producir de forma independiente una aceleración, y la suma de las aceleraciones producidas por cada fuerza es igual a la aceleración producida por la fuerza resultante.
[Editar este párrafo][Ámbito de aplicación]
(1) Sólo es aplicable a objetos que se mueven a baja velocidad (más lento que la velocidad de la luz).
(2) sólo se aplica a objetos macroscópicos, y la segunda ley de Newton no se aplica a átomos microscópicos.
(3) El sistema de referencia debe ser un sistema inercial.
[Editar este párrafo]Tercera ley del movimiento de Newton
[Editar este párrafo][Contenido]
La fuerza de acción y reacción entre dos objetos sobre el mismo recta, son iguales en magnitud y opuestas en dirección.
[Editar este párrafo][Expresión]
F=-F '
(f representa la fuerza de acción, f ' representa la fuerza de reacción y la el signo negativo representa la fuerza de reacción f' opuesta a la fuerza f)
[Editar este párrafo][Descripción]
Para cambiar el estado de movimiento de un objeto, otros objetos deben interactuar con eso.
La interacción entre objetos está representada por fuerzas.
También señala que los efectos de las fuerzas son mutuos, y si hay un efecto, debe haber una reacción.
Actúan sobre la misma recta, con igual magnitud y direcciones opuestas.
Tercera ley de Newton
Contenido: Las fuerzas de acción y reacción entre dos objetos están en la misma recta, iguales en magnitud y opuestas en dirección.
Explicación: Para cambiar el estado de movimiento de un objeto, otros objetos deben interactuar con él.
La interacción entre objetos está representada por fuerzas.
También señala que los efectos de las fuerzas son mutuos, y si hay un efecto, debe haber una reacción.
Actúan sobre la misma línea recta, con igual magnitud y direcciones opuestas.
También cabe señalar que:
(1) No existen efectos ni reacciones primarias ni secundarias.
Crear y desaparecer al mismo tiempo.
(2) Este par de fuerzas actúa sobre diferentes objetos y no pueden anularse.
(3) La fuerza de acción y la fuerza de reacción deben tener las mismas propiedades.
(4) Independiente del marco de referencia.
Tercera ley de Newton:
La acción y reacción entre dos objetos son siempre iguales en magnitud, opuestas en dirección y actúan sobre la misma línea recta.
F1=-F2
(1) Los efectos de las fuerzas son mutuos.
Aparecen y desaparecen al mismo tiempo
②La fuerza de interacción debe ser la misma fuerza.
(3) La fuerza de acción y la fuerza de reacción actúan sobre dos objetos y sus efectos no pueden anularse entre sí.
④La fuerza de acción también se puede llamar fuerza de reacción, pero los objetos de referencia seleccionados son diferentes.
⑤La fuerza de acción y la fuerza de reacción no se pueden sintetizar porque los puntos de acción no están en el mismo objeto.
2. La diferencia entre fuerza de interacción y fuerza de equilibrio
(1) La fuerza de interacción es igual en magnitud y opuesta en dirección, actuando sobre dos objetos en la misma línea recta; dos La naturaleza de la fuerza es la misma.
(2) Las fuerzas equilibradas son dos fuerzas que actúan sobre el mismo objeto, con la misma magnitud y direcciones opuestas, y que actúan sobre la misma línea recta.
Las propiedades de estas dos fuerzas pueden ser diferentes.
(3) Dos fuerzas que se equilibran pueden existir independientemente, pero las fuerzas mutuas existen y desaparecen al mismo tiempo.
Por ejemplo, si un objeto se coloca sobre una mesa, las fuerzas de gravedad y de apoyo sobre el objeto son fuerzas de equilibrio. Cuando se retira el objeto, la fuerza de soporte desaparece, pero la gravedad permanece.
Cuando el objeto está sobre la mesa, la fuerza de apoyo del objeto y la presión de la mesa son un par de fuerzas de acción y reacción. Luego de que se llevaron el objeto, ambos hombres desaparecieron.
[Editar este párrafo][Ámbito de aplicación]
La ley del movimiento de Newton se basa en la llamada acción a distancia y la correspondiente acción a distancia basada en el espacio absoluto y tiempo, lo que significa que los objetos separados no requieren ningún medio ni tiempo para transmitir sus interacciones.
Es decir, la interacción se transmite a una velocidad infinita.
Además de las ideas básicas anteriores, en la época de Newton la gente entendía la interacción.
Por ejemplo, la gravedad, la fuerza magnética entre imanes y la fuerza entre objetos en contacto entre sí están a lo largo de la dirección de las líneas que conectan los objetos que interactúan, y la velocidad de movimiento de los objetos que interactúan es dentro del rango de velocidad constante.
En este caso, Newton descubrió la tercera ley a partir de experimentos.
"Toda acción siempre tiene una fuerza de reacción igual y su resistencia opuesta; en otras palabras, la interacción entre dos objetos es siempre igual, cada objeto está dirigido hacia el otro."Acción y reacción son iguales, opuestas , y ** líneas, interactúan, se producen simultáneamente y tienen las mismas propiedades. Estas son a menudo las cosas que queremos enfatizar al enseñar esta ley.
Y dentro de cierto rango, la tercera ley de Newton está estrechamente relacionada con la conservación del momento en los sistemas materiales.
Sin embargo, con el desarrollo de la comprensión de la interacción entre objetos, en el siglo XIX se descubrió la relación entre la electricidad y el magnetismo y se establecieron los conceptos de campos eléctricos y magnéticos. Además de la interacción de fuerzas de Coulomb entre cargas estáticas a lo largo de la dirección de conexión, se descubrió que las cargas en movimiento también se ven afectadas por las fuerzas del campo magnético, concretamente la fuerza de Lorentz. Las cargas en movimiento excitan un campo magnético, por lo que hay una interacción entre dos cargas en movimiento.
Basado en el estudio de los fenómenos electromagnéticos, Maxwell (1831-1879) completó un estudio exhaustivo de los fenómenos electromagnéticos y sus leyes de 1855 a 1873, y estableció una teoría electromagnética sistemática. Se descubrió que la acción electromagnética se transmite a través del campo electromagnético a una velocidad finita (la velocidad de la luz C).
El desarrollo posterior de la física ha revelado que la tercera ley de Newton no se aplica a todas las interacciones.
Si la interacción de Coulomb entre cargas electrostáticas se produce a lo largo de la línea que conecta las dos cargas, la interacción electrostática puede considerarse como un efecto a una distancia de "velocidad infinita", entonces la tercera ley de Newton sigue siendo aplicable, entonces la de Newton La tercera ley no se aplica a la interacción entre cargas en movimiento.
Como se muestra en la figura, la fuerza ejercida por la carga en movimiento B sobre la carga en movimiento A a través del campo magnético excitante es (no a lo largo de la línea AB), mientras que el campo magnético de la carga en movimiento A tiene no hay fuerza sobre la carga B en este momento (en la figura no se muestra la fuerza de Coulomb entre las dos).
Se puede ver que no hay reacción a la acción en este momento, y aquí falla la ley de acción y reacción.
Los experimentos demuestran que siempre hay un retraso en los efectos de corto alcance de la transmisión de campos electromagnéticos.
La tercera ley de Newton obviamente no se aplica a interacciones con efectos retardados.
De hecho, la tercera ley de Newton sólo es válida cuando la fuerza que actúa sobre dos objetos a lo largo de una línea recta (llamada fuerza centrípeta) puede ignorarse (es decir, puede considerarse como una acción directa a distancia ).
Pero en el sistema mecánico de Newton, la ley de conservación del momento, que está estrechamente relacionada con la tercera ley, es una ley universal de la naturaleza.
En el caso de la interacción electromagnética, el concepto de momento debería ampliarse desde el momento de los objetos físicos para incluir el momento de los campos, desde la conservación del momento mecánico de las partículas físicas hasta la conservación del momento total de; todas las partículas y campos, conservación del momento La ley se convierte en una ley de conservación universal.
[Editar este párrafo][La importancia de las leyes del movimiento de Newton]
Las tres leyes del movimiento de Newton forman la base de la física y la ingeniería.
Así como el teorema fundamental de Euclides sentó las bases de la geometría moderna, las tres leyes del movimiento de Newton proporcionaron el teorema fundamental para el establecimiento de la ciencia física.
La promulgación de las tres leyes, el descubrimiento de la gravedad y la creación del cálculo convirtieron a Newton en el gigante científico más destacado de los últimos 1.000 años.
[Editar este párrafo][El proceso de creación de las leyes del movimiento de Newton]
En 1609, Johannes Kepler descubrió que los planetas giran alrededor del sol en órbitas elípticas (no circulares).
Desde entonces, los científicos han intentado con entusiasmo explicar matemáticamente estas órbitas.
Robert Hooke y John Halley lo intentaron, pero sus métodos matemáticos fracasaron.
En 1642 Isaac Newton nació en Lincolnshire, a 60 millas de Cambridge, Inglaterra.
Isaac es un niño difícil.
Su padre murió tres meses antes de que él naciera. No le agradaba su padrastro, por lo que lo enviaron con sus abuelos para que lo criaran.
Sin embargo, a Newton no le agradaba nadie: no le agradaba su madre, ni sus abuelos, ni siquiera sus medio hermanos y hermanas.
A menudo amenazaba con golpear a estos familiares y quemar la casa.
En la escuela, a menudo violaba la disciplina y causaba dolores de cabeza a los profesores.
Sólo una persona: William Askew notó la inteligencia y el potencial de Newton. Hizo arreglos para que Newton estudiara en el Trinity College (afiliado a la Universidad de Cambridge).
Como era demasiado pobre para pagar la costosa matrícula, Newton trabajó como sirviente para otros estudiantes para ganar dinero para alojamiento y comida.
Siempre es una persona solitaria y reservada. Otros dicen que siempre tiene la cara seria y le gusta discutir con los demás.
Una plaga estalló en Londres en 1665 y la Universidad de Cambridge se vio obligada a cerrar, por lo que Newton regresó a la mansión de su hermana en el campo.
Estaba frustrado por la insularidad de la finca y la falta de las herramientas matemáticas necesarias para describir las fuerzas y movimientos en constante cambio que le interesaban.
Estaba decidido a descubrir la fuerza que hace que los objetos se muevan (o se detengan).
Además de leer los tratados relativamente recientes de Kepler y Halley, Newton también estudió las obras de Galileo y Aristóteles.
Recopiló los resultados de las investigaciones y las teorías de los primeros eruditos griegos, que estaban fragmentados y a menudo contradictorios.
Examinó cuidadosamente el material y lo perfeccionó para encontrar verdades y falacias generales.
Newton era muy bueno seleccionando algunos puntos de vista que contienen verdad desde una gran cantidad de puntos de vista, y su talento era asombroso.
Newton no era un experimentador. Le gusta pensar y hacer experimentos mentales como Einstein.
Se concentrará en una cosa durante mucho tiempo hasta obtener la respuesta que necesita.
En sus propias palabras, "pondría el problema frente a él y luego comenzaría a esperar hasta que aparezca el primer rayo de luz, y luego gradualmente se aclarará y finalmente se aclarará".
Muy bien, pronto una pregunta comenzó a preocupar a Newton: ¿Qué fuerza causaba el movimiento? Se centró en las leyes de caída libre de Galileo y las leyes del movimiento planetario de Kepler.
Estaba tan obsesionado que se olvidó de comer y dormir, y su cuerpo estuvo al borde del colapso.
A principios de 1666, Newton estableció las tres leyes del movimiento, que crearon las condiciones necesarias para que inventara el cálculo y descubriera la gravedad terrestre.
Pero no fue hasta 20 años después, cuando Halley animó a Newton a escribir los principios matemáticos de la filosofía natural, que Newton publicó las tres leyes que creó.
En 1684, Jean Piccard calculó con precisión por primera vez el tamaño y la masa de la Tierra.
Con estas cifras necesarias, Newton pudo demostrar que utilizando las tres leyes del movimiento y su ecuación de gravedad se podía calcular correctamente la verdadera órbita del movimiento planetario.
Incluso con pruebas matemáticas concluyentes, Newton publicó "Principios de filosofía natural y matemáticas" en 1687 sólo a petición y persuasión de Halley. La razón principal para publicar este libro fue la afirmación (falsa) de Robert Hooke de que él mismo había descubierto las leyes universales del movimiento.
Principios de Filosofía Natural y Matemáticas se ha convertido en una publicación muy apreciada y de uso frecuente en la historia de la ciencia.