Ньютон – что это такое?

Физика как наука, которая изучает законы нашей Вселенной, использует стандартную методику исследований и определенную систему единиц измерения. Единицу измерения силы принято обозначать Н (ньютон). Что такое сила, как ее найти и измерить? Давайте изучим этот вопрос более подробно.
 
Интересное из истории
 
Исаак Ньютон – это выдающийся английский ученый XVII века, который внес неоценимый вклад в развитие точных математических наук. Именно он является праотцом классической физики. Ему удалось описать законы, которым подчиняются и громадные небесные тела, и мелкие песчинки, уносимые потоком ветра.
 
 
Одним из главных его открытий считается закон всемирного тяготения и три основных закона механики, которые описывают взаимодействие тел в природе. Позже и другие ученые смогли вывести законы трения, покоя и скольжения только благодаря научным открытиям Исаака Ньютона.
 
Немного теории
 
В честь ученого была названа физическая величина. Ньютон – единица измерения силы. Само определение силы можно описать так: "сила – это количественная мера взаимодействия между телами, или величина, которая характеризует степень интенсивности или напряженности тел".
 
Величина силы измеряется в ньютонах не просто так. Именно этим ученым были созданы три незыблемых "силовых" закона, которые актуальны и по наши дни. Давайте изучим их на примерах.
 
Первый закон Ньютона
 
Для полного понимания вопросов: "Чем является ньютон?", "Единица измерения чего?" и "Каков его физический смысл?", стоит внимательно изучить три основных закона механики.
 
Первый говорит о том, что если на тело не оказывают никакого воздействия другие тела, то оно будет находиться в состоянии покоя. А если тело находилось в движении, то при полном отсутствии любого действия на него оно будет продолжать свое равномерное движение по прямой линии.
 
Представьте, что на плоской поверхности стола лежит некая книга с определенной массой. Обозначив все действующие на него силы, получим, что это сила тяжести, которая направлена вертикально вниз, и сила реакции опоры (в данном случае стола), направленная вертикально вверх. Так как обе силы уравновешивают действия друг друга, то величина равнодействующей силы равна нулю. Согласно первому закону Ньютона, именно по этой причине книга покоится.
 
Второй закон Ньютона
 
Он описывает взаимосвязь между силой, действующей на тело, и ускорением, которое оно получает вследствие приложенной силы. Исаак Ньютон при формулировке этого закона впервые использовал постоянную величину массы как меру проявления инерции и инертности тела. Инертностью называют способность или свойство тел сохранять свое первоначальное положение, то есть сопротивляться внешним воздействиям.
 
Второй закон часто описывают следующей формулой: F = a*m; где F – это равнодействующая всех сил, приложенных к телу, a – ускорение, получаемое телом, и m – масса тела. Сила в конечном итоге выражается в кг*м/с2 . Данное выражение и принято обозначать в ньютонах.
 
Что такое ньютон в физике, определение ускорения каково и как оно связано с силой? Вот на эти вопросы отвечает формула второго закона механики. Следует понимать, что этот закон работает только для тех тел, которые движутся со скоростями, намного меньшими скорости света. При значениях скоростей, близких к скорости света, работают уже немного другие законы, адаптированные специальным разделом физики о теории относительности.
 
Третий закон Ньютона
 
Это, пожалуй, самый понятный и простой закон, который описывает взаимодействие двух тел. Он говорит о том, что все силы возникают попарно, то есть если одно тело действует на другое с определенной силой, то и второе тело, в свою очередь, также оказывает действие на первое с равной по модулю силе.
 
Сама формулировка закона ученым выглядит следующим образом: "...взаимодействия двух тел друг на друга равны между собою, но при этом направлены в противоположные стороны".
 
Давайте разберемся, что же такое ньютон. В физике принято все рассматривать на конкретных явлениях, поэтому приведем несколько примеров, описывающих законы механики.
 
Водоплавающие животные вроде уток, рыб или лягушек движутся в воде или по воде именно благодаря взаимодействию с ней. Третий закон Ньютона говорит о том, что при действии одного тела на другое всегда возникает и противодействие, по силе равнозначное первому, но направленное в противоположную сторону. Исходя из этого, можно сделать вывод, что движение уток происходит благодаря тому, что они лапками отталкивают воду назад, а сами плывут вперед в силу ответного действия воды.
Беличье колесо – яркий пример доказательства третьего закона Ньютона. Что такое беличье колесо, наверняка знают все. Это довольно простая конструкция, напоминающая и колесо, и барабан. Ее устанавливают в клетках, чтобы домашние питомцы вроде белок или декоративных крыс могли побегать. Взаимодействие двух тел, колеса и животного, приводит к тому, что оба эти тела движутся. Причем когда белка бежит быстро, то и колесо вертится с большой скоростью, а когда она замедляет свой ход, то колесо начинает крутиться медленнее. Это еще раз доказывает, что действие и ответное противодействие всегда равны между собой, хотя и направлены в противоположные стороны.
Все, что движется на нашей планете, движется только благодаря "ответному действию" Земли. Это может показаться странным, однако на самом деле при ходьбе мы прикладываем усилия только для того, чтобы толкать землю или любую другую поверхность. А движемся вперед, потому что нас толкает в ответ земля.
Что такое ньютон: единица измерения или физическая величина?
Само определение "ньютон" можно описать следующим образом: "это единица измерения силы". А в чем же заключается его физический смысл? Итак, исходя из второго закона Ньютона, это производная величина, которая определяется как сила, способная всего за 1 секунду изменить скорость тела массой 1 кг на 1 м/с. Получается, что ньютон – это векторная величина, т. е. она имеет свое направление. Когда мы прикладываем силу к предмету, например толкаем дверь, то мы одновременно задаем и направление движения, которое, согласно второму закону, будет таким же, как и направление силы.
 
Если следовать формуле, получается, что 1 Ньютон = 1 кг*м/с 2 . При решении различных задач по механике очень часто требуется перевести ньютоны в другие величины. Для удобства при нахождении тех или иных значений рекомендуется запомнить основные тождества, которые связывают ньютоны с другими единицами:
 
1 Н = 105 дин (дина – единица измерения в системе СГС);
1 Н = 0,1 кгс (килограмм-сила – единица силы в системе МКГСС);
1 Н = 10 -3 стен (единица измерения в системе МТС, 1 стен равен силе, которая сообщает ускорение в 1 м/с2 любому телу массой в 1 тонну).
Закон всемирного тяготения
Одно из самых важных открытий ученого, перевернувшее представление о нашей планете, это закон тяготения Ньютона (что такое тяготение, читайте ниже). Конечно, и до него были попытки разгадать тайну притяжения Земли. Например, Иоганн Кеплер первым предположил, что не только Земля имеет притягательную силу, но также и сами тела способны притягивать Землю.
 
Однако только Ньютону удалось математически доказать взаимосвязь силы тяготения и закона движения планет. После множества проведенных опытов ученый понял, что на самом деле не только Земля притягивает к себе предметы, но и все тела примагничиваются друг к другу. Он вывел закон гравитации, который гласит, что любые тела, включая и небесные светила, притягиваются с силой, равной произведению G (гравитационная постоянная) и масс обоих тел m1*m2, разделенной на R2 (квадрат расстояния между телами).
 
Все законы и выведенные Ньютоном формулы позволили создать целостную математическую модель, которая до сих пор используется при исследованиях не только на поверхности Земли, но и далеко за пределами нашей планеты.
 
Преобразование единиц
 
При решении задач следует помнить о стандартных приставках СИ, которые используются в том числе и для "ньютоновских" единиц измерения. Например, в задачах о космических объектах, где массы тел велики, очень часто возникает необходимость упрощать большие значения до меньших. Если при решении получается 5000 Н, то ответ удобнее будет записать в виде 5 кН (килоНьютон). Подобные единицы бывают двух видов: кратные и дольные. Вот самые используемые из них: 102 Н = 1 гектоНьютон (гН); 103 Н = 1 килоНьютон (кН); 106 Н = 1 мегаНьютон (МН) и 10-2 Н = 1 сантиНьютон (сН); 10-3 Н = 1 миллиНьютон (мН); 10-9 Н = 1 наноНьютон (нН).





 
 
 
 
 
 
 
crocs.jpg (240×400)
crocs.jpg (240×400)
 
crocs.jpg (240×400)
crocs.jpg (240×400)
 
crocs.jpg (240×400)
crocs.jpg (240×400)
 
crocs.jpg (240×400)
crocs.jpg (240×400)