UNDANG-UNDANG PERTAMA NEWTON: FORMULA, EKSPERIMEN DAN LATIHAN - FIZIKAL - 2026

The undang-undang pertama Newton , juga dikenali sebagai undang-undang inersia, pertama kali dicadangkan oleh Isaac Newton, ahli fizik, ahli matematik, ahli falsafah, ahli teologi, Bahasa Inggeris pencipta dan alkimia. Undang-undang ini menyatakan yang berikut: "Jika objek tidak dikenakan kekuatan apa pun, atau jika kekuatan yang bertindak di atasnya membatalkan satu sama lain, maka ia akan terus bergerak dengan kecepatan tetap dalam garis lurus."

Dalam pernyataan ini kata kunci akan diteruskan. Sekiranya premis undang-undang dipenuhi, maka objek itu akan terus bergerak seperti yang sebelumnya. Kecuali kekuatan yang tidak seimbang muncul dan mengubah keadaan gerakan.

Penjelasan mengenai undang-undang pertama Newton. Sumber: buatan sendiri.

Ini bermaksud bahawa jika objek itu dalam keadaan rehat, ia akan terus beristirahat, kecuali jika daya mengeluarkannya dari keadaan itu. Ini juga bermaksud bahawa jika objek bergerak dengan kecepatan tetap dalam arah lurus, ia akan terus bergerak dengan cara itu. Ia hanya akan berubah apabila beberapa ejen luaran menggunakan kekuatan dan mengubah kelajuannya.

Latar belakang undang-undang

Isaac Newton dilahirkan di Woolsthorpe Manor (United Kingdom) pada 4 Januari 1643 dan meninggal di London pada tahun 1727.

Tarikh tepat bahawa Sir Isaac Newton menemui tiga undang-undang dinamika, termasuk undang-undang pertama, tidak diketahui dengan pasti. Tetapi diketahui bahawa sudah lama sebelum penerbitan buku terkenal Matematik Prinsip Filosofi Alam, pada 5 Julai 1687.

Kamus Royal Spanish Academy mendefinisikan kata inersia seperti berikut:

"Kekayaan badan untuk mengekalkan keadaan rehat atau pergerakan mereka jika tidak dengan tindakan pasukan."

Istilah ini juga digunakan untuk menegaskan bahawa keadaan apa pun tetap tidak berubah kerana tidak ada usaha untuk mencapainya, oleh itu kadang-kadang kata inersia mempunyai konotasi rutin atau kemalasan.

Pandangan pra-Newton

Sebelum Newton, idea utama adalah idea dari ahli falsafah Yunani yang hebat, Aristoteles, yang menegaskan bahawa untuk objek terus bergerak, kekuatan harus bertindak di atasnya. Apabila daya berhenti, begitu pula pergerakannya. Tidak begitu, malah hingga kini ramai yang berpendapat demikian.

Galileo Galilei, ahli astronomi dan fizik Itali yang cemerlang yang hidup antara 1564 dan 1642, bereksperimen dan menganalisis pergerakan badan.

Salah satu pemerhatian Galileo adalah bahawa badan yang meluncur pada permukaan yang halus dan digilap dengan dorongan awal tertentu, memerlukan waktu lebih lama untuk berhenti dan lebih banyak perjalanan dalam garis lurus, kerana geseran antara badan dan permukaannya kurang.

Sudah jelas bahawa Galileo menangani gagasan inersia, tetapi dia tidak datang untuk membuat pernyataan yang tepat seperti Newton.

Di bawah ini kami mencadangkan beberapa eksperimen mudah, yang dapat dilakukan oleh pembaca dan mengesahkan hasilnya. Pemerhatian juga akan dianalisis mengikut pandangan Aristotelian mengenai gerakan dan pandangan Newton.

Eksperimen inersia

Eksperimen 1

Sebuah kotak didorong ke lantai dan kemudian daya penggeraknya digantung. Kami melihat bahawa kotak itu menempuh jalan pendek sehingga berhenti.

Mari kita menafsirkan eksperimen sebelumnya dan hasilnya, dalam kerangka teori sebelum Newton dan kemudian menurut undang-undang pertama.

Dalam penglihatan Aristotelian penjelasannya sangat jelas: kotak itu berhenti kerana kekuatan yang menggerakkannya digantung.

Dalam pandangan Newtonian, kotak di lantai / tanah tidak dapat terus bergerak dengan kecepatan yang dimilikinya saat gaya ditangguhkan, kerana di antara lantai dan kotak ada kekuatan yang tidak seimbang, yang menyebabkan kecepatan menurun hingga kotak berhenti. Ia adalah daya geseran.

Dalam eksperimen ini, premis undang-undang pertama Newton tidak dipenuhi, sehingga kotak itu berhenti.

Eksperimen 2

Sekali lagi ia adalah kotak di lantai / tanah. Dalam kesempatan ini kekuatan pada kotak dipertahankan, sedemikian rupa sehingga dapat mengimbangi atau mengimbangi daya geseran. Ini berlaku apabila kita mendapat kotak untuk diikuti dengan kelajuan berterusan dan ke arah lurus.

Eksperimen ini tidak bertentangan dengan pandangan Aristotelian mengenai gerakan: kotak bergerak dengan kelajuan tetap kerana kekuatan diberikan di atasnya.

Itu juga tidak bertentangan dengan pendekatan Newton, kerana semua kekuatan yang bertindak di atas kotak seimbang. Mari lihat:

• Dalam arah mendatar, daya yang diberikan pada kotak sama dan pada arah yang bertentangan dengan daya geseran antara kotak dan lantai.
• Jadi daya jaring dalam arah mendatar adalah sifar, itulah sebabnya kotak itu mengekalkan kelajuan dan arahnya.

Juga dalam arah menegak daya seimbang, kerana berat kotak yang merupakan daya yang menunjuk secara menegak ke bawah dikompensasi dengan tepat oleh daya sentuhan (atau normal) yang dilakukan oleh tanah pada kotak secara menegak ke atas.

By the way, berat kotak disebabkan oleh tarikan graviti Bumi.

Eksperimen 3

Kami meneruskan kotak yang terletak di atas lantai. Dalam arah menegak daya seimbang, iaitu daya menegak bersih adalah sifar. Pasti akan sangat mengejutkan jika kotak bergerak ke atas. Tetapi dalam arah mendatar terdapat daya geseran.

Sekarang, agar premis undang-undang pertama Newton terpenuhi, kita perlu mengurangkan geseran hingga ekspresinya minimum. Ini dapat dicapai secara kasar jika kita mencari permukaan yang sangat halus di mana kita menyemburkan minyak silikon.

Oleh kerana minyak silikon mengurangkan geseran hingga hampir sifar, jadi apabila kotak ini dilemparkan secara mendatar, ia akan mengekalkan kelajuan dan arahnya untuk waktu yang lama.

Ini adalah fenomena yang sama yang berlaku dengan pemain skate di gelanggang es, atau dengan kepingan hoki ais ketika mereka digerakkan dan dilepaskan sendiri.

Dalam situasi yang dijelaskan, di mana geseran dikurangkan hampir menjadi sifar, daya yang dihasilkan secara praktikal adalah sifar dan objek itu mengekalkan kelajuannya, menurut hukum pertama Newton.

Dalam pandangan Aristotelian, hal ini tidak dapat terjadi, kerana menurut teori naif ini, gerakan hanya terjadi ketika ada kekuatan bersih pada objek yang bergerak.

Permukaan beku boleh dianggap geseran yang sangat rendah. Sumber: Pixabay.

Penjelasan Undang-undang Pertama Newton

Inersia dan jisim

Jisim adalah kuantiti fizikal yang menunjukkan jumlah jirim yang mengandungi badan atau objek.

Jisim adalah harta benda hakiki. Tetapi jirim terdiri daripada atom, yang mempunyai jisim. Jisim atom tertumpu di nukleus. Proton dan neutron dalam nukleus secara praktikal menentukan jisim atom dan jirim.

Jisim umumnya diukur dalam kilogram (kg), itu adalah unit asas Sistem Antarabangsa Unit (SI).

Prototaip atau rujukan kg adalah silinder platinum dan iridium yang disimpan di Pejabat timbang dan ukuran antarabangsa di Sèvres di Perancis, walaupun pada tahun 2018 ia dihubungkan dengan pemalar Planck dan definisi baru berkuat kuasa mulai 20 Mei 2019.

Nah, kebetulan inersia dan jisim berkaitan. Semakin besar jisim, semakin banyak inersia pada objek. Jauh lebih sukar atau mahal dari segi tenaga untuk mengubah keadaan pergerakan objek yang lebih besar daripada objek yang kurang besar.

Contohnya

Sebagai contoh, ia memerlukan lebih banyak kekuatan dan lebih banyak kerja untuk mengangkat kotak satu tan (1000 kg) dari keadaan rehat daripada kotak satu kilogram (1 kg). Itulah sebabnya sering dikatakan bahawa yang pertama mempunyai lebih banyak inersia daripada yang kedua.

Kerana hubungan antara inersia dan jisim, Newton menyedari bahawa halaju sahaja tidak mewakili keadaan pergerakan. Itulah sebabnya dia menentukan kuantiti yang dikenali sebagai momentum atau momentum yang dilambangkan dengan huruf p dan merupakan produk dari jisim m dan halaju v :

p = m v

Huruf tebal dalam p dan v menunjukkan bahawa mereka adalah kuantiti fizikal vektor, iaitu kuantiti dengan magnitud, arah dan akal.

Sebaliknya, jisim m adalah kuantiti skalar, yang diberi nombor yang boleh lebih besar daripada atau sama dengan sifar, tetapi tidak pernah negatif. Sejauh ini tidak ada objek berjisim negatif yang dijumpai di alam semesta yang diketahui.

Newton mengambil imajinasi dan pengabstrakannya secara melampau, yang menentukan zarah bebas yang disebut. Zarah adalah titik material. Iaitu, seperti titik matematik tetapi dengan jisim:

Partikel bebas adalah zarah yang begitu terasing, jauh dari objek lain di alam semesta sehingga tidak ada yang dapat melakukan interaksi atau kekuatan di atasnya.

Kemudian Newton kemudian menentukan sistem rujukan inersia, yang akan menjadi sistem di mana ketiga undang-undang gerakannya berlaku. Berikut adalah definisi mengikut konsep ini:

Sistem rujukan inersia

Mana-mana sistem koordinat yang melekat pada zarah bebas, atau yang bergerak pada kelajuan tetap sehubungan dengan zarah bebas, akan menjadi sistem rujukan inersia.

Undang-undang pertama Newton (undang-undang inersia)

Sekiranya zarah bebas, maka ia mempunyai momentum berterusan sehubungan dengan kerangka rujukan inersia.

Undang-undang dan momentum pertama Newton. Sumber: buatan sendiri.

Latihan yang diselesaikan

Latihan 1

Sekeping hoki 160 gram berjalan di gelanggang ais pada jarak 3 km / j. Cari momentumnya.

Penyelesaian

Jisim cakera dalam kilogram ialah: m = 0.160 kg.

Kecepatan dalam meter lebih detik: v = (3 / 3.6) m / s = 0.8333 m / s

Jumlah pergerakan atau momentum p dikira seperti berikut: p = m * v = 0.1333 kg * m / s,

Latihan 2

Geseran pada cakera anterior dianggap sifar, jadi momentum dipelihara selagi tidak ada yang mengubah arah lurus cakera. Walau bagaimanapun, diketahui bahawa dua daya bertindak pada cakera: berat cakera dan sentuhan atau daya normal yang diberikan lantai ke atasnya.

Hitungkan nilai daya normal dalam Newton dan arahnya.

Penyelesaian

Oleh kerana momentum dipelihara, daya yang dihasilkan pada poki hoki mestilah sifar. Berat menunjuk ke arah menegak ke bawah dan sah: P = m * g = 0.16 kg * 9.81 m / s²

Daya normal mestilah melawan berat, jadi ia mesti menunjuk secara menegak ke atas dan magnitudnya ialah 1.57 N.

Artikel yang menarik

Contoh undang-undang Newton dalam kehidupan sebenar.

Rujukan

1. Alonso M., Finn E. Jilid fizik I: Mekanik. 1970. Fondo Educativo Interamericano SA
2. Hewitt, P. Sains Fizikal Konseptual. Edisi kelima. Pearson. 67-74.
3. Muda, Hugh. Fizik Universiti dengan Fizik Moden. Ed. 14 Pearson. 105-107.