Co říkají Newtonovy pohybové zákony?
Newtonovy pohybové zákony, nazývané také newtonovská mechanika nebo klasická mechanika, se často používají při řešení mechanických úloh. Jinými slovy, jsou dobře známé studentům středních škol, zejména těm, kteří se připravují na přijímací zkoušky na vysoké školy nebo na maturitu. Zde je vše, co je třeba vědět o těchto slavných Newtonových zákonech.
Jaké jsou Newtonovy zákony?
Newtonovy zákony pohybu jsou dobře známé fyzikální principy. Jejich autorem je samozřejmě sir Isaac Newton, britský matematik a fyzik. Poprvé byly formulovány v roce 1687 v jeho díle s názvem Philosophiae Naturalis Principia Mathematica a je jich celkem tři. O čem přesně pojednávají?
Ve skutečnosti se jedná o obecná pravidla týkající se pohybu různých objektů ve vesmíru. Newtonovy teorie tak představují jasnější vysvětlení povahy pohybu, jak jej popsal Aristoteles. Je třeba říci, že tento velký britský fyzik použil jednoduché matematické vzorce.
Newtonovy zákony pohybu nejsou pouhými teoriemi. Platí ve skutečném světě. Umožnily rozvoj mnoha oblastí odborných znalostí. Techniky používané například při navigaci kosmických lodí jsou založeny na slavných Newtonových zákonech pohybu. Totéž platí i pro pohyby prováděné hráči kulečníku.
Tři Newtonovy zákony
Jak již bylo zmíněno výše, Newton formuloval tři zcela odlišné zákony. Zjistěte, o které se jedná.
První zákon
Podle původního znění prvního Newtonova zákona „Každé těleso setrvává ve stavu klidu nebo rovnoměrného pohybu v přímé linii, v němž se nachází, pokud na něj nepůsobí nějaká síla, která by ho donutila změnit tento stav.“
V praxi tento zákon stanoví, že těleso nebo předmět zůstává v klidu, pokud na něj nepůsobí žádná síla. Stejně tak má pohybující se předmět tendenci udržovat stejnou rychlost, dokud na něj nepůsobí síla, jako je tření nebo gravitace.
Pokud tedy hodíte míč do prázdna, bude se pohybovat stejnou rychlostí, pokud na něj nepůsobí síla větru nebo jiného tělesa, jako je například strom. Tato Newtonova teorie je známá jako zákon setrvačnosti nebo princip setrvačnosti.
Druhý zákon
Je nazýván základním principem dynamiky a je vyjádřen následujícím matematickým vzorcem: Σ F = ma. F představuje sílu, m hmotnost tělesa a zrychlení tělesa.
Pomocí tohoto vzorce Newton vysvětluje změny, které může síla vyvolat v pohybu tělesa. Přesněji řečeno, když na těleso působí síla, dochází ke změně rychlosti, konkrétně ke zrychlení.
Je třeba poznamenat, že na těleso mohou působit různé druhy sil. Jedná se například o třecí síly, gravitační síly a elektromagnetické síly. S přihlédnutím k tomu lze tento vzorec použít k řešení různých typů úloh. Právě proto je základní princip dynamiky považován za nejdůležitější fyzikální zákon.
Abychom vám pomohli tento princip lépe pochopit, vezměme si příklad dvou kulatých těles. Jedním z nich je malý gumový míček a druhým bowlingová koule. Aby se tyto dva objekty pohybovaly stejnou rychlostí, je třeba na bowlingovou kouli působit větší silou, protože má větší hmotnost. Tato síla při odrazu tedy způsobila zrychlení bowlingové koule.
Pokud se oba míče kutálejí z kopce a narazí do zdi, náraz nebude stejný. Náraz bowlingové koule bude silnější a způsobí větší škodu, protože je těžší.
Třetí zákon neboli princip akce a reakce
Podle Isaaca Newtona „Akce se vždy rovná reakci“, to znamená, že působení dvou těles na sebe navzájem je vždy stejné a opačného směru. Konkrétně si vezměme příklad dvou objektů, které na sebe vzájemně působí. Budeme je označovat jako A a B. Pokud těleso A působí silou na těleso B, platí to i opačně.
Abychom lépe porozuměli tomuto Newtonovu zákonu, stačí pozorovat zpětný ráz střelné zbraně. Když kulka opustí hlaveň, zbraň se posune opačným směrem. Stejný fyzikální jev nastává, když položíte knihu na stůl. Stůl působí silou na knihu a ta zase působí silou na stůl.
Aplikace Newtonových zákonů
Kdy je třeba použít první, druhý nebo třetí Newtonův zákon? Obecně platí, že princip setrvačnosti se uplatňuje, když se těžiště systému pohybuje rovnoměrným přímočarým pohybem, jako je tomu u Newtonova kyvadla.
Druhý zákon se naopak uplatňuje, když dráha těžiště tělesa není přímka nebo když jeho rychlost není konstantní. Umožňuje určit vývoj pohybu tělesa na základě znalosti sil, které na něj působí, a tím určit jeho směr. A konečně třetí zákon se používá k určení charakteristik vektoru síly působící na těleso.
