Obiekty Opierają Się Zmianom

Pierwsze Prawo Newtona

Obiekt będący w spoczynku pozostaje w spoczynku, a obiekt będący w ruchu pozostaje w ruchu z taką samą prędkością i w tym samym kierunku — chyba że działa na niego niezrównoważona siła.

Ta właściwość nazywa się bezwładnością. Wszystko we wszechświecie opiera się zmianie swojego ruchu.

Książka leżąca na stole będzie tam leżeć na zawsze, chyba że coś ją pchnie. Krążek hokejowy ślizgający się na lodzie bez tarcia ślizgałby się wiecznie w linii prostej, chyba że coś go zatrzyma.

To było rewolucyjne. Przed Newtonem ludzie sądzili, że obiekty naturalnie zwalniają. Newton zdał sobie sprawę, że zwalnianie nie jest naturalne — dzieje się tylko dlatego, że działają siły takie jak tarcie i opór powietrza.

Bezwładność w Codziennym Życiu

Doświadczasz Bezwładności Każdego Dnia

Pasy bezpieczeństwa istnieją z powodu bezwładności. Gdy samochód nagle się zatrzyma, ty się nie zatrzymujesz razem z samochodem — twoje ciało nadal porusza się w przód z oryginalną prędkością samochodu. Pas bezpieczeństwa to niezrównoważona siła, która cię zatrzymuje.

Sztuczka z obrusem działa z powodu bezwładności. Talerzyki są w spoczynku i opierają się ruchowi. Jeśli pociągniesz obrus wystarczająco szybko, tarcie nie ma czasu na przyspieszenie talerzyków, i pozostają na miejscu.

Piłka nożna na ziemi pozostaje doskonale nieruchoma, aż ktoś ją kopnie. Nie ma pragnienia, aby się poruszać, nie ma skłonności do ruchu. Jest całkowicie obojętna.

Siła Równa Się Masie Razy Przyspieszenie

Drugie Prawo Newtona

Siła równa się masie razy przyspieszenie: F = ma

To jest najużyteczniejsze równanie we wszystkie fizyce. Mówi ci trzy rzeczy jednocześnie:

1. Im więcej siły przyłożysz do obiektu, tym więcej się przyspiesza (przyspieszysz, zwolnisz lub zmienisz kierunek).

2. Im większą masę ma obiekt, tym mniej się przyspiesza dla tej samej siły.

3. Jeśli znasz dowolne dwie z trzech wartości — siła, masa lub przyspieszenie — możesz obliczyć trzecią.

Masa to ilość materii, którą zawiera obiekt. Mierzy się w kilogramach.

Przyspieszenie to szybkość zmiany prędkości. Mierzy się w metrach na sekundę do kwadratu (m/s²).

Siła mierzy się w Newtonach (N) — tak, jednostka nosi jego imię.

Stosowanie F = ma

Pchanie Wózków

Wyobraź sobie ten scenariusz: jesteś w sklepie spożywczym. Pchasz pusty wózek na zakupy, a on łatwo się toczy. Potem napełniasz wózek ciężkimi artykułami spożywczymi i pchasz z taką samą siłą.

Każda Akcja Ma Równą Przeciwną Reakcję

Trzecie Prawo Newtona

Dla każdej akcji istnieje równa i przeciwna reakcja.

To oznacza, że siły zawsze występują w parach. Nie możesz pchnąć bez bycia pchniętym w powrót.

Gdy chodzisz, twoja stopa pcha wstecz na ziemię, a ziemia pcha cię do przodu. Ten przód pchnie to, co cię porusza.

Gdy rakieta startuje, nie pcha się o ziemię lub powietrze. Wyrzuca gorący gaz w dół z ogromną prędkością, a gaz pcha rakietę z równą siłą — w górę.

Gdy pływasz, twoje ręce pchają wodę do tyłu, a woda pcha cię do przodu.

Siły są zawsze równe wielkością i przeciwne kierunkiem. Zawsze.

Skakanie na Ziemi

Pytanie, Które Zmienia Umysł

Gdy skaczesz, twoje nogi pchają ziemię w dół. Według Trzeciego Prawa Newtona, ziemia pcha cię w górę z równą siłą — to to uruchamia cię w powietrze.

Ale oto dziwna część: jeśli pchasz ziemię, a ziemia pcha ciebie, to siły są równe. Lecisz do góry. Więc ziemia powinna się poruszać w dół.

Uniwersalna Grawitacja

Prawo Powszechnego Ciążenia Newtona

Newton zdał sobie sprawę, że ta sama siła, która sprawia, że jabłko spada z drzewa, to ta sama siła, która utrzymuje Księżyc w orbicie wokół Ziemi.

Każdy obiekt o masie przyciąga każdy inny obiekt o masie. Siła przyciągania zależy od dwóch rzeczy:

1. Masa: bardziej masywne obiekty przyciągają się mocniej.

2. Odległość: obiekty dalej od siebie przyciągają się słabiej. Siła maleje wraz z kwadratem odległości — dwa razy dalej oznacza jedną czwartą siły.

Waga vs. Masa

Masa to ilość materii w tobie. Nie zmienia się niezależnie od tego, gdzie jesteś.

Waga to siła grawitacji działająca na twoją masę. Zmienia się w zależności od tego, gdzie jesteś.

Na Księżycu masz tę samą masę, ale jedną szóstą wagę, ponieważ grawitacja Księżyca jest słabsza.

Dlaczego Księżyc Nie Spada?

Spada — ciągle. Ale porusza się również na boki tak szybko, że zanim spadnie trochę, powierzchnia Ziemi się wygina poniżej. Ciągle spada i ciągle omija ziemię. To jest to, czym jest orbita: spadanie i omijanie ziemi na zawsze.

Bez Wagi Ale Nie Bez Grawitacji

Zagadka Stacji Kosmicznej

Astronauci na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej ulatują się wokół, tak jakby byli bez wagi. Pewnie widzieliście filmy — przewracają się, woda tworzy ulatujące kule, a nic nie spada.

Oto zaskakujący fakt: ISS krąży około 400 km ponad Ziemią. Na tej wysokości grawitacja jest wciąż około 90% tak silna jak na powierzchni.

Prawa Newtona w Realnym Świecie

Siły w Inżynierii i Sporcie

Każda konstrukcja, pojazd i sport na Ziemi podlegają prawom Newtona.

Mosty muszą zrównoważyć wszystkie siły, aby pozostać nieruchome (Pierwsze Prawo). Inżynierowie obliczają wagę ruchu ulicznego (Drugie Prawo) i upewniają się, że każdy punkt podparcia pcha z równą siłą (Trzecie Prawo).

Rakiety działają całkowicie dzięki Trzeciej Prawo — wyrzucając masę w jednym kierunku, aby przyspieszyć w drugiej. Nie ma powietrza do pchania w kosmosie. Spaliny idą w dół; rakieta idzie w górę.

Sport to zastosowana fizyka. Kij baseballowy przenosi siłę na piłkę (Drugie Prawo). Sprinter pcha wstecz na bloki startowe, a bloki pchają go do przodu (Trzecie Prawo). Krążek hokejowy ślizga się po lodzie z minimalnym tarciem, demonstrując Pierwsze Prawo.

Za każdym razem, gdy inżynier projektuje samochód, most lub statek kosmiczny, rozwiązuje równania Newtona.

Fizyka w Twoim Ulubionym Sporcie

Twoja Kolej

Teraz zastosuj to, czego się nauczyłeś.