Le prime formule, esperimenti ed esercizi di Newton di Newton

IL La prima legge di Newton, noto anche come il Legge di inercia, È stato proposto per la prima volta da Isaac Newton, fisico, matematico, filosofo, teologo, inventore e alchimista. Questa legge stabilisce quanto segue: "Se un oggetto non è soggetto a alcuna forza o se le forze che agiscono su di esso vengono annullate l'una all'altra, continuerà a muoversi con costante rapidità in linea retta."

In questa affermazione la parola chiave è continua. Se i locali della legge sono adempiuti, allora l'oggetto continuerà con il suo movimento come aveva fatto. A meno che non appaia una forza sbilanciata e cambi lo stato del movimento.

Spiegazione della prima legge di Newton. Fonte: sé realizzato.

Ciò significa che se l'oggetto è a riposo continuerà a riposo, tranne se una forza lo toglie da quello stato. Significa anche che se un oggetto si muove con una velocità fissa in una direzione dritta, continuerà a muoversi in quel modo. Cambierà solo quando un agente esterno gli esercita una forza e cambia la sua velocità.

[TOC]

Contesto della legge

Isaac Newton nacque a Woolshorpe Manor (Regno Unito) il 4 gennaio 1643 e morì a Londra nel 1727.

La data esatta in cui Sir Isaac Newton ha scoperto le sue tre leggi della dinamica non è nota con certezza, inclusa la prima legge. Ma è noto che era molto prima della pubblicazione del famoso libro Principi matematici della filosofia naturale, 5 luglio 1687.

Il dizionario della Royal Spanish Academy definisce la parola inerzia come segue:

"Di proprietà dei corpi di mantenimento del loro status di riposo o movimento se non è per l'azione di una forza".

Questo termine è anche usato per affermare che qualsiasi situazione rimane invariata perché non è stato fatto alcun sforzo per raggiungerlo, quindi a volte la parola inerzia ha connotazione o abbandono di routine.

La visione pre -newtoniana

Prima di Newton, le idee predominanti erano quelle del grande filosofo greco Aristotele, che sosteneva che per un oggetto per rimanere in moto è necessario che una forza agisca su di esso. Quando la forza cessa, anche il movimento lo farà. Non così, ma anche oggi molti pensano così.

Galileo Galilei, un brillante astronomo e fisico italiano che viveva tra il 1564 e il 1642, sperimentò e analizzò il movimento dei corpi.

Una delle osservazioni di Galileo era che un corpo che scivola su una superficie liscia e lucida con un certo impulso iniziale, impiega più tempo a fermarsi e ha una via maggiore in linea retta, nella misura in cui l'attrito tra il corpo e la superficie è inferiore.

È evidente che Galileo ha gestito l'idea di inerzia, ma non ha formulato una dichiarazione precisa come Newton.

Può servirti: equilibrio di traduzione: condizioni, esempi, esercizi

Ecco alcuni semplici esperimenti, che il lettore può svolgere e confermare i risultati. Le osservazioni verranno anche analizzate in base alla visione aristotelica del movimento e della visione newtonian.

Esperimenti sull'inerzia

Esperimento 1

Una scatola viene promossa sul pavimento e quindi la forza trainante è sospesa. Osserviamo che la scatola percorre un piccolo viaggio fino a quando non si ferma.

Interpretiamo l'esperimento precedente e il suo risultato, nel quadro delle teorie prima di Newton e poi secondo la prima legge.

Nella visione aristotelica la spiegazione era molto chiara: la scatola si fermò perché la forza che la spostava era sospesa.

Nella visione newtoniana la scatola sul pavimento/pavimento non può continuare a muoversi con la velocità che aveva al momento in cui la forza era sospesa, perché tra il pavimento e la scatola c'è una forza non bilanciata, che fa diminuire la velocità fino al La scatola si ferma. Questa è la forza di attrito.

In questo esperimento i locali della prima legge di Newton non sono soddisfatti, quindi la scatola si è fermata.

Esperimento 2 

Ancora una volta è la scatola sul pavimento/pavimento. In questa occasione la forza viene mantenuta sulla scatola, in modo che la forza di attrito compensa o bilancia. Questo accade quando otteniamo la scatola per continuare costantemente e in una direzione dritta.

Questo esperimento non contraddice la visione aristotelica del movimento: la scatola si muove costantemente perché viene esercitata una forza su di esso.

Né contraddice l'approccio di Newton, perché tutte le forze che agiscono sulla scatola sono bilanciate. Vediamo:

• Nella direzione orizzontale la forza esercitata sulla scatola è la stessa e di direzione contraria alla forza di attrito tra la scatola e il pavimento.
• Quindi la forza netta nella direzione orizzontale è zero, ecco perché la scatola mantiene la sua velocità e direzione.

Anche nella direzione verticale le forze sono bilanciate, perché il peso della scatola che è una forza che punta verticalmente verso il basso è esattamente compensato dalla forza di contatto (o normale) che il terreno esercita sulla scatola verticalmente verso l'alto verso l'alto.

A proposito, il peso della scatola è dovuto all'attrazione gravitazionale della terra.

Esperimento 3

Continuiamo con la scatola supportata sul pavimento. Nella direzione verticale le forze sono bilanciate, vale a dire che la forza verticale netta è zero. Sarebbe sicuramente molto sorprendente se la scatola si muovesse.  Ma nella direzione orizzontale c'è una forza di attrito.

Può servirti: vantaggio meccanico: formula, equazioni, calcolo ed esempi

Ora, per la premessa della prima legge di Newton, dobbiamo ridurre l'attrito alla sua espressione minima. Questo può essere ottenuto abbastanza approssimativamente se cerchiamo una superficie molto liscia a cui abbiamo spruzzato l'olio di silicone.

Poiché l'olio di silicone riduce l'attrito quasi a zero, quindi quando questa scatola è orizzontalmente, manterrà la sua velocità e direzione da una lunga sezione.

È lo stesso fenomeno che si verifica con uno skater su una pista di ghiaccio o con il disco di hockey su ghiaccio quando sono guidati e lasciano andare il proprio conto.

Nelle situazioni descritte, in cui lo Rubb.

Nella visione aristotelica questo non potrebbe accadere, perché secondo questa teoria ingenua, il movimento si verifica solo quando c'è una forza netta sull'oggetto in movimento.

La superficie del ghiaccio può essere considerata con pochissimo attrito. Fonte: Pixabay.

Spiegazione della prima legge di Newton

Inerzia e massa

La massa è una quantità fisica che indica la quantità di materia che contiene un corpo o un oggetto.

La massa è quindi una proprietà intrinseca della materia. Ma la materia è composta da atomi, che hanno una massa. La massa dell'atomo è concentrata nel nucleo. Sono i protoni e i neutroni del nucleo che definiscono praticamente la massa dell'atomo e della materia.

La massa è generalmente misurata in chilogrammi (kg), è l'unità di base del sistema di unità internazionali (SI).

Il prototipo o il riferimento di KG è un cilindro di platino e iridio che viene immagazzinato nell'ufficio internazionale dei pesi e delle misure a Sèvres in Francia, sebbene nel 2018 sia stato collegato alla costante di Planck e la nuova definizione entra in forza dal 20 maggio 2019.

Bene, succede che l'inerzia e l'impasto siano correlati. Una massa maggiore, una maggiore inerzia ha un oggetto. È molto più difficile o costoso in termini di energia cambiare lo stato di movimento di un altro più massiccio di un altro meno massiccio.

Esempio

Ad esempio, è necessario molto più forza e molto più lavoro per prendere una scatola di una tonnellata (1000 kg) da un altro chilogrammo (1 kg). Ecco perché di solito si dice che il primo abbia più inerzia della seconda.

A causa della relazione tra inerzia e massa, Newton si rese conto che la velocità non è rappresentativa dello stato di movimento. Ecco perché ha definito un importo noto come quantità di movimento O quantità di moto Questo è indicato con i testi P Ed è il prodotto della massa M Per velocità v:

Può servirti: Grashof Law: casi, meccanismi, esempi, applicazioni

 P = M v

Il grassetto nel P e nel v Indicano che si tratta di quantità fisiche vettoriali, cioè sono quantità con grandezza, direzione e significato.

Invece la massa M È una quantità scalare, a cui viene assegnata un numero che può essere maggiore o uguale a zero, ma mai negativo. Fino al presente, non è stato trovato un oggetto di massa negativa nell'universo noto.

Newton ha portato la sua immaginazione e l'astrazione all'estremo, definendo la chiamata Particella libera. Una particella è un punto materiale. Cioè, è come un punto matematico ma con la massa:

Una particella libera è quella particella così isolata, così lontana da un altro oggetto nell'universo che nulla può esercitare una certa interazione o forza su di essa.

Successivamente Newton ha continuato a definire i sistemi di riferimento inerziali, che saranno quelli in cui vengono applicate le loro tre leggi. Ecco le definizioni secondo questi concetti:

Sistema di riferimento inerziale

Ogni sistema di coordinate collegato a una particella libera o che viene trasferito a velocità costante rispetto alla particella libera sarà un sistema di riferimento inerziale.

La prima legge di Newton (Inertia Law)

Se una particella è libera, allora ha una quantità costante di movimento rispetto a un sistema di riferimento inerziale.

La prima legge di Newton e la quantità di movimento. Fonte: sé realizzato.

Esercizi risolti

Esercizio 1

Un album di hockey è 160 grammi sulla pista di pattinaggio a 3 km/h. Trova la tua quantità di movimento.

Soluzione

La massa dell'album in chilogrammi è: m = 0.160 kg.

La velocità in metri sopra il secondo: v = (3/3.6) m/s = 0.8333 m/s

La quantità di movimento o momentum p viene calcolata come segue: p = m*v = 0.1333 kg* m/s,

Esercizio 2

L'attrito sull'album precedente è considerato nullo, quindi lo slancio è preservato mentre nulla altera il corso dritto dell'album. Tuttavia, è noto che due forze agiscono sull'album: il peso del disco e la forza di contatto o normale che il pavimento esercita su di esso.

Calcola il valore della forza normale nei newton e nella sua direzione.

Soluzione

Poiché lo slancio è preservato, la forza risultante sull'album di hockey deve essere zero. I punti di peso in verticale e ok: p = m *g = 0.16 kg * 9.81 m/s²

La forza normale deve necessariamente contrastare il peso, quindi deve iscriversi verticalmente e la sua grandezza sarà 1.57 n.

Articoli di interesse

Esempi di legge di Newton nella vita reale.

Riferimenti

1. Alonso m., Finn e. Volume di fisica I: meccanica. 1970. Fondo educativo interamericano.A.
2. Hewitt, p. Scienze fisiche concettuali. Quinta edizione. Pearson. 67-74.
3. Giovane, Hugh. Fisica universitaria con fisica moderna. 14 ° ed. Pearson. 105 - 107.