뉴턴의 법칙 - 개념, 관성, 역학 및 동작 - 반응

뉴턴의 법칙이 무엇인지, 관성, 동역학 및 작용-반작용 원리를 어떻게 설명하는지 설명합니다.

뉴턴의 법칙을 통해 우리는 움직임을 이해할 수 있습니다.

뉴턴의 법칙은 무엇입니까?

뉴턴의 법칙 또는 뉴턴의 운동 법칙 은 물리학 의 한 분야 중 하나인 고전 역학의 세 가지 기본 원리입니다 . 이는 아이작 뉴턴 경이 1687년 그의 저서 Philosohiae naturalis principia mathematica (“자연철학의 수학적 원리”)에서 가정한 것입니다.

이 일련의 물리적 법칙은 신체의 움직임 에 관한 인류의 기본 개념에 혁명을 일으켰습니다. 갈릴레오 갈릴레이의 공헌과 함께  역학 의 기초를 구성합니다 . 알베르트 아인슈타인의 만유인력 법칙 과 결합하면   케플러의 행성 운동 법칙을 추론하고 설명할 수 있습니다.

그러나 뉴턴의 법칙은  관성 기준 시스템 , 즉 가속되지 않고 실제 힘만 개입하는 시스템 에서만 유효합니다 . 게다가 이 법칙은 빛의 속도  (300,000km/s) 보다 훨씬 느린 속도로 움직이는 물체에도 유효합니다 .

뉴턴의 법칙은 운동을 물체가 한 장소에서 다른 장소로 이동하는 것으로 간주하는 것에서 시작하며 , 그것이 발생하는 장소를 고려하며, 다른 장소와 관련하여 일정한 속도로 움직일 수도 있습니다.

도움이 될 수 있습니다: 물리학의 역학

뉴턴의 제1법칙 또는 관성의 법칙

뉴턴의 제1 법칙은 고대 그리스의 현자 아리스토텔레스가 공식화한 원리 , 즉 물체에 지속적인 힘이 가해져야만 운동을 유지할 수 있다는 원리와 모순됩니다 . 대신 뉴턴은 다음과 같이 설정합니다.

“모든 물체는 힘에 의해 상태가 바뀌지 않는 한 정지 상태나 균일한 직선 운동을 유지합니다 . ”

따라서 움직이거나 정지해 있는 물체는 어떤 유형의 힘이 가해지지 않는 한 이 상태를 변경할 수 없습니다.

이 원리에 따르면 움직임에는 벡터인 크기(방향과 의미가 부여됨)가 포함됩니다 . 초기 속도와 최종 속도로부터 가속도를 계산할 수 있습니다. 게다가 그는 움직이는 물체는 항상 직선적이고 균일한 경로로 움직이는 경향이 있다고 제안했습니다.

관성 의 법칙을 보여주는 완벽한 예는   올림픽의 포환던지기입니다. 운동선수는 원을 그리며 움직이고, 밧줄로 묶인 추를 축을 중심으로 회전시키며(원형 운동),   무게를 풀고 직선으로 날아가는 것을 보는 데 필요한 가속도 에 도달할 때까지(균일 직선 운동) 추진력을 얻습니다.

이 직선 운동은  중력이  경로를 구부릴 때까지 계속됩니다. 동시에 물체와 공기의 마찰로 인해 물체가 떨어질 때까지 속도(음의 가속도)가 감소합니다.

제2법칙 또는 역학의 기본 법칙

뉴턴의 제2법칙은 힘, 질량, 가속도와 관련이 있습니다.

이 법칙에서 뉴턴은 힘의 개념( F 로 표시됨 )을 정의하여 다음과 같이 설명합니다.

"무브먼트의 변화는 가해지는 힘에 정비례하며  , 그 힘이 가해지는 직선을 따라 발생합니다."

이는 움직이는 물체의 가속도가 항상 주어진 순간에 가해지는 힘의 양에 반응하여 궤적이나 속도를 수정한다는 것을 의미합니다.

이러한 고려 사항으로부터 질량이 일정한 물체에 대한 기본 동역학 방정식이 도출됩니다.

결과적인 힘(F 결과 ) = 질량(m) x 가속도(a)

알짜 힘은 질량 이 일정한 물체에 작용 하여 일정한 가속도를 부여합니다. 질량이 일정하지 않은 경우 공식은 다음 공식에 따라 운동량(p)에 중점을 둡니다.

운동량(p) = 질량(m) x 속도(v). 따라서 F net = d(mv) / dt입니다.

따라서 힘은 가속도 및 질량이 가변적인지 여부에 관계없이 가속도 및 질량과 관련될 수 있습니다.

이 두 번째 법칙을 예시하기 위해 자유 낙하의 경우가 이상적입니다. 건물에서 테니스 공을 떨어뜨리면 중력이 작용하기 때문에 시간이 지남 에 따라 공이 경험하는 가속도가 증가합니다 . 따라서 초기 속도는 0이 되지만 아래쪽으로 직선으로 일정한 힘이 가해집니다.

계속하기: 뉴턴의 제2법칙

제3법칙 또는 작용과 반작용의 원리

뉴턴의 제3법칙에 따르면,

"모든 행동에는 동일한 반응이 있지만 방향은 반대입니다 . 즉, 두 물체의 상호 작용은 항상 동일하고 반대 방향으로 향한다는 것을 의미합니다."

이런 식으로 물체에 힘이 가해질 때마다 반대 방향 으로 같은 힘을 가하며 동일한 강도를 가지므로 두 물체(1과 2)가 상호 작용하면 한 물체가 다른 물체에 가하는 힘은 동일하게 됩니다. 그 크기는 첫 번째에 다른 사람이 가하는 것과 비슷하지만 부호는 반대입니다.

즉, F 1-2 = F 2-1 입니다 . 첫 번째 힘을 '작용', 두 번째 힘을 '반작용'이라고 합니다.

이 세 번째 법칙을 입증하려면 체중이 비슷한 두 사람이 반대 방향으로 달리다가 충돌할 때 어떤 일이 일어나는지 관찰하는 것으로 충분합니다. 두 사람 모두 상대방의 힘을 받고 반대 방향으로 던져지게 됩니다. 공이 벽에 부딪혀 반대 방향 으로 던져지면 똑같은 일이 발생하며 , 공을 던질 때 투사된 것과 비슷한 힘을 가집니다.

더 보기: 뉴턴의 제3법칙

아이작 뉴턴 전기

다른 공헌 중에서 아이작 뉴턴은 빛의 색 스펙트럼을 발견했습니다.

아이작 뉴턴(1642-1727)은 영국 링컨셔에서 태어났습니다. 청교도 농민의 아들인 그의 출생은 충격적이었고 너무 야위고 약해서 사람들은 그가 오래 살지 못할 것이라고 생각했습니다.

그러나 그는 어릴 때부터 수학과 자연 철학 에 재능을 지닌 괴짜 아이로 성장했다 . 18세에 그는 학업을 계속하기 위해 케임브리지 대학교에 입학했습니다 . 그의 주된 관심은 도서관 과 독학 에 있었기 때문에 교실에 거의 들어오지 않았다고합니다 .

이것은 그의 학문적 발전을 방해하지 않았습니다. 그는 왕립학회가 인정하는 중요한 물리학자, 신학자, 철학자, 수학자였습니다 . 그는 수학적 계산의 창시자이자 광학과 빛 에 대한 다양한 연구로 인정받고 있습니다 .

더욱이 그는 수학과 물리학의 발전에 막대한 공헌을 했습니다 . 그는 빛의 색상 스펙트럼을 발견했고, 열전도 법칙을 공식화했으며 , 별 의 기원, 공기 중 소리 의 속도 , 유체 역학 에 관한 또 다른 법칙을 공식화했습니다 . 거대한 등. 그의 위대한 작품은 Philosophiae naturalis principia mathematica 였습니다 .

뉴턴은 영국의 앤 여왕으로부터 추대를 받는 존경받는 명예로운 과학자가 된 후 1727년에 세상을 떠났습니다. 그는 신장 산통과 기타 신장 질환을 앓았으며 수 시간 동안 정신 착란을 겪은 끝에 마침내 3월 31일에 무덤에 안장되었습니다.