ფიზიკა, როგორც მეცნიერება, რომელიც სწავლობს ჩვენი სამყაროს კანონებს, იყენებს კვლევის სტანდარტულ მეთოდოლოგიას და საზომი ერთეულების გარკვეულ სისტემას. ძალის ერთეულს ჩვეულებრივ უწოდებენ N (ნიუტონს). რა არის ძალა, როგორ მოვძებნოთ და გავზომოთ იგი? მოდით გამოვიკვლიოთ ეს საკითხი უფრო დეტალურად.
საინტერესო ისტორიიდან
ისააკ ნიუტონი არის მე-17 საუკუნის გამოჩენილი ინგლისელი მეცნიერი, რომელმაც ფასდაუდებელი წვლილი შეიტანა ზუსტი მათემატიკური მეცნიერებების განვითარებაში. სწორედ ის არის კლასიკური ფიზიკის წინაპარი. მან შეძლო აღეწერა კანონები, რომლებიც მართავენ როგორც უზარმაზარ ციურ სხეულებს, ასევე ქვიშის პატარა მარცვლებს, რომლებსაც ქარი წაართმევდა. მისი ერთ-ერთი მთავარი აღმოჩენაა უნივერსალური მიზიდულობის კანონი და მექანიკის სამი ძირითადი კანონი, რომელიც აღწერს ბუნებაში სხეულების ურთიერთქმედებას. მოგვიანებით, სხვა მეცნიერებმა მხოლოდ ისააკ ნიუტონის მეცნიერული აღმოჩენების წყალობით შეძლეს ხახუნის, დასვენებისა და სრიალის კანონების გამოყვანა.
ცოტა თეორია
ფიზიკურ რაოდენობას ეწოდა მეცნიერის სახელი. ნიუტონი არის ძალის ერთეული. ძალის განმარტება შეიძლება შემდეგნაირად იქნას აღწერილი:”ძალა არის სხეულებს შორის ურთიერთქმედების რაოდენობრივი საზომი, ან რაოდენობა,რომელიც ახასიათებს სხეულების ინტენსივობის ან დაძაბულობის ხარისხს."
ძალა იზომება ნიუტონებში მიზეზის გამო. სწორედ ამ მეცნიერმა შექმნა სამი ურყევი „ძალაუფლების“კანონი, რომელიც აქტუალურია დღემდე. მოდით შევისწავლოთ ისინი მაგალითებით.
პირველი კანონი
კითხვების სრული გაგებისთვის: "რა არის ნიუტონი?", "რისის საზომი ერთეული?" და "რა არის მისი ფიზიკური მნიშვნელობა?", ღირს მექანიკის სამი ძირითადი კანონის გულდასმით შესწავლა.
პირველი ამბობს, რომ თუ სხეულს სხვა ორგანოები არ ზემოქმედებენ, მაშინ ის ისვენებს. და თუ სხეული მოძრაობაში იყო, მაშინ მასზე რაიმე მოქმედების არარსებობის შემთხვევაში ის გააგრძელებს თავის ერთგვაროვან მოძრაობას სწორი ხაზით.
წარმოიდგინეთ, რომ გარკვეული მასის მქონე წიგნი დევს ბრტყელ მაგიდაზე. მასზე მოქმედი ყველა ძალის აღნიშვნისას მივიღებთ, რომ ეს არის მიზიდულობის ძალა, რომელიც მიმართულია ვერტიკალურად ქვევით და საყრდენის (ამ შემთხვევაში, ცხრილის) რეაქცია, რომელიც მიმართულია ვერტიკალურად ზემოთ. ვინაიდან ორივე ძალა აბალანსებს ერთმანეთის მოქმედებებს, შედეგად მიღებული ძალის სიდიდე ნულის ტოლია. ნიუტონის პირველი კანონის თანახმად, ეს არის მიზეზი იმისა, რომ წიგნი ისვენებს.
მეორე კანონი
ეს აღწერს ურთიერთობას სხეულზე მოქმედ ძალასა და აჩქარებას შორის, რომელსაც იგი იღებს გამოყენებული ძალის გამო. ისააკ ნიუტონმა, ამ კანონის ჩამოყალიბებისას, პირველმა გამოიყენა მასის მუდმივი მნიშვნელობა, როგორც სხეულის ინერციისა და ინერციის გამოვლინების საზომი. ინერციას უწოდებენსხეულების უნარი ან თვისება შეინარჩუნონ თავდაპირველი პოზიცია, ანუ წინააღმდეგობა გაუწიონ გარე გავლენებს.
მეორე კანონი ხშირად აღწერილია შემდეგი ფორმულით: F=am; სადაც F არის სხეულზე მიმართული ყველა ძალის შედეგი, a არის სხეულის მიერ მიღებული აჩქარება და m არის სხეულის მასა. ძალა საბოლოოდ გამოიხატება კგმ/წმ2 . ეს გამოთქმა ჩვეულებრივ აღინიშნება ნიუტონებით.
რა არის ნიუტონი ფიზიკაში, რა არის აჩქარების განმარტება და როგორ უკავშირდება ის ძალას? ამ კითხვებზე პასუხი გაცემულია მექანიკის მეორე კანონის ფორმულით. უნდა გვესმოდეს, რომ ეს კანონი მუშაობს მხოლოდ იმ სხეულებზე, რომლებიც სინათლის სიჩქარეზე ბევრად ნაკლები სიჩქარით მოძრაობენ. სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით მოქმედებს ოდნავ განსხვავებული კანონები, რომლებიც ადაპტირებულია ფიზიკის სპეციალური განყოფილების მიერ ფარდობითობის თეორიის შესახებ.
ნიუტონის მესამე კანონი
ეს არის ალბათ ყველაზე გასაგები და მარტივი კანონი, რომელიც აღწერს ორი სხეულის ურთიერთქმედებას. ის ამბობს, რომ ყველა ძალა წარმოიქმნება წყვილებში, ანუ თუ ერთი სხეული მოქმედებს მეორეზე გარკვეული ძალით, მაშინ მეორე სხეული, თავის მხრივ, ასევე მოქმედებს პირველზე თანაბარი ძალით.
მეცნიერთა მიერ კანონის ფორმულირება ასეთია: "…ორი სხეულის ურთიერთქმედება ერთმანეთზე ტოლია, მაგრამ მიმართულია საპირისპირო მიმართულებით."
მოდით გავარკვიოთ რა არის ნიუტონი. ამიტომ, ფიზიკაში ჩვეულებრივად არის განხილული ყველაფერი კონკრეტულ მოვლენებზეაქ მოცემულია რამდენიმე მაგალითი, რომელიც აღწერს მექანიკის კანონებს.
- წყლის ფრინველები, როგორიცაა იხვები, თევზები ან ბაყაყები, მოძრაობენ წყალში ან წყალში ზუსტად მასთან ურთიერთქმედებით. ნიუტონის მესამე კანონი ამბობს, რომ როდესაც ერთი სხეული მოქმედებს მეორეზე, ყოველთვის წარმოიქმნება კონტრეფექტი, რომელიც სიძლიერით პირველის ექვივალენტურია, მაგრამ მიმართულია საპირისპირო მიმართულებით. აქედან გამომდინარე შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ იხვების მოძრაობა ხდება იმის გამო, რომ ისინი წყალს თათებით უკან უბიძგებენ, თავად კი წყლის რეაქციის გამო წინ მიცურავს.
- ციყვის ბორბალი არის ნიუტონის მესამე კანონის დამტკიცების მთავარი მაგალითი. ალბათ ყველამ იცის რა არის ციყვის ბორბალი. ეს არის საკმაოდ მარტივი დიზაინი, რომელიც მოგაგონებთ როგორც ბორბალს, ასევე ბარაბანს. იგი დამონტაჟებულია გალიებში ისე, რომ შინაური ცხოველები, როგორიცაა ციყვი ან დეკორატიული ვირთხები, შეუძლიათ ირგვლივ სირბილი. ორი სხეულის, ბორბლისა და ცხოველის ურთიერთქმედება იწვევს ამ ორივე სხეულის მოძრაობას. მეტიც, როცა ციყვი სწრაფად დარბის, მაშინ ბორბალი დიდი სიჩქარით ტრიალებს, ხოლო როცა ნელდება, ბორბალი უფრო ნელა იწყებს ტრიალს. ეს კიდევ ერთხელ ადასტურებს, რომ ქმედება და წინააღმდეგობა ყოველთვის ერთმანეთის ტოლია, თუმცა ისინი მიმართულია საპირისპირო მიმართულებით.
- ყველაფერი, რაც მოძრაობს ჩვენს პლანეტაზე, მოძრაობს მხოლოდ დედამიწის "საპასუხო მოქმედების" გამო. შეიძლება უცნაურად მოგეჩვენოთ, მაგრამ სინამდვილეში, სიარულის დროს, ჩვენ მხოლოდ ძალისხმევას ვხმარობთ მიწაზე ან ნებისმიერ სხვა ზედაპირზე. ჩვენ კი წინ მივდივართ, რადგან დედამიწა გვიბიძგებს პასუხად.
რა არის ნიუტონი: საზომი ერთეული ანფიზიკური რაოდენობა?
„ნიუტონის“განმარტება შეიძლება შემდეგნაირად აიხსნას: „ეს არის ძალის ერთეული“. მაგრამ რა არის მისი ფიზიკური მნიშვნელობა? ასე რომ, ნიუტონის მეორე კანონის საფუძველზე, ეს არის წარმოებული სიდიდე, რომელიც განისაზღვრება, როგორც ძალა, რომელსაც შეუძლია შეცვალოს სხეულის სიჩქარე 1 კგ მასით 1 მ/წმ-ით მხოლოდ 1 წამში. გამოდის, რომ ნიუტონი არის ვექტორული სიდიდე, ანუ მას აქვს თავისი მიმართულება. როდესაც ობიექტზე ძალას ვიყენებთ, მაგალითად, კარს ვუბიძგებთ, ერთდროულად ვადგენთ მოძრაობის მიმართულებას, რომელიც მეორე კანონის მიხედვით ძალის მიმართულების იგივე იქნება.
თუ დაიცავთ ფორმულას, გამოდის, რომ 1 ნიუტონი=1 კგმ/წმ 2 . მექანიკაში სხვადასხვა ამოცანების გადაჭრისას ძალიან ხშირად საჭიროა ნიუტონების სხვა რაოდენობებში გადაყვანა. მოხერხებულობისთვის, გარკვეული მნიშვნელობების პოვნისას, რეკომენდირებულია გახსოვდეთ ძირითადი იდენტობები, რომლებიც აკავშირებს ნიუტონებს სხვა ერთეულებთან:
- 1 H=105 dyne (დინა არის საზომი ერთეული CGS სისტემაში);
- 1 N=0,1 კგფ (კილოგრამი-ძალა არის ძალის ერთეული ICSS სისტემაში);
- 1 H=10 -3 სტენი ნებისმიერი სხეული 1 ტონას იწონის).
უნივერსალური მიზიდულობის კანონი
მეცნიერის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი აღმოჩენა, რომელმაც შეცვალა ჩვენი პლანეტის იდეა, არის ნიუტონის მიზიდულობის კანონი (რა არის გრავიტაცია, წაიკითხეთ ქვემოთ). რა თქმა უნდა, მანამდე იყო მცდელობები მიზიდულობის საიდუმლოს ამოხსნისᲓედამიწა. მაგალითად, იოჰანეს კეპლერი იყო პირველი, ვინც თქვა, რომ არა მხოლოდ დედამიწას აქვს მიმზიდველი ძალა, არამედ თავად სხეულებსაც შეუძლიათ დედამიწის მიზიდვა.
თუმცა, მხოლოდ ნიუტონმა მოახერხა მათემატიკურად დაამტკიცოს კავშირი გრავიტაციასა და პლანეტების მოძრაობის კანონს შორის. მრავალი ექსპერიმენტის შემდეგ მეცნიერი მიხვდა, რომ სინამდვილეში არა მხოლოდ დედამიწა იზიდავს ობიექტებს თავისკენ, არამედ ყველა სხეული იზიდავს ერთმანეთს. მან გამოიტანა მიზიდულობის კანონი, რომელიც ამბობს, რომ ნებისმიერი სხეული, ციური სხეულების ჩათვლით, იზიდავს ძალით G-ს (გრავიტაციული მუდმივი) ნამრავლისა და ორივე სხეულის მასის m1 m 2 გაყოფილი R2-ზე (სხეულებს შორის მანძილის კვადრატი).
ნიუტონის მიერ გამოყვანილმა ყველა კანონმა და ფორმულამ შესაძლებელი გახადა ინტეგრალური მათემატიკური მოდელის შექმნა, რომელიც დღემდე გამოიყენება კვლევებში არა მხოლოდ დედამიწის ზედაპირზე, არამედ ჩვენი პლანეტის მიღმაც.
ერთეულის კონვერტაცია
პრობლემების ამოხსნისას უნდა გახსოვდეთ სტანდარტული SI პრეფიქსები, რომლებიც ასევე გამოიყენება "ნიუტონის" საზომი ერთეულებისთვის. მაგალითად, კოსმოსურ ობიექტებთან დაკავშირებული პრობლემების დროს, სადაც სხეულების მასები დიდია, ძალიან ხშირად საჭიროა დიდი მნიშვნელობების უფრო მცირეზე გამარტივება. თუ გამოსავალი აღმოჩნდება 5000 N, მაშინ უფრო მოსახერხებელი იქნება პასუხის დაწერა 5 kN (კილონიუტონი) სახით. ასეთი ერთეულები ორი ტიპისაა: მრავლობითი და ქვემრავლობითი. აქ არის ყველაზე ხშირად გამოყენებული: 102 N=1 ჰექტონი ნიუტონი (hN); 103 H=1კილონიუტონი (kN); 106 N=1 მეგანიუტონი (MN) და 10-2 N=1 სანტინიუტონი (cN); 10-3 N=1 მილინიუტონი (mN); 10-9 N=1 ნანონიუტონი (nN).
