Menemukan percepatan melalui massa, waktu dan kecepatan. Abstrak Konsep dasar mekanika (perpindahan, kecepatan, percepatan, gaya)

Sebelumnya, ciri-ciri gerak lurus telah diperhatikan: gerak, kecepatan, percepatan. Analog mereka di gerakan rotasi adalah: perpindahan sudut, kecepatan sudut, percepatan sudut.

• Peran perpindahan dalam gerak rotasi dimainkan oleh sudut;
• Besarnya sudut putaran per satuan waktu adalah kecepatan sudut;
• Mengubah kecepatan sudut per satuan waktu adalah percepatan sudut.

Pada gerak rotasi beraturan, suatu benda bergerak melingkar dengan kecepatan yang sama, tetapi arahnya berubah. Misalnya, gerakan ini dilakukan oleh jarum jam pada pelat jam.

Misalkan bola berputar beraturan pada seutas benang yang panjangnya 1 meter. Sekaligus menggambarkan sebuah lingkaran dengan radius 1 meter. Panjang lingkaran ini adalah: C = 2πR = 6,28 m

Waktu yang diperlukan agar bola menjadi sunyi seutuhnya putaran penuh keliling keliling disebut periode rotasi - T.

Untuk menghitung kecepatan linier bola, perpindahan harus dibagi dengan waktu, yaitu. keliling per periode rotasi:

V = C/T = 2πR/T

Periode rotasi:

T = 2πR/V

Jika bola kita melakukan satu putaran dalam 1 detik (periode putaran = 1s), maka kecepatan liniernya adalah:
V = 6,28/1 = 6,28 m/s

2. Percepatan sentrifugal

Pada titik mana pun dalam gerak rotasi bola, vektornya kecepatan linier diarahkan tegak lurus terhadap jari-jari. Tidak sulit untuk menebak bahwa dengan putaran melingkar seperti itu, vektor kecepatan linier bola terus-menerus berubah arahnya. Percepatan yang mencirikan perubahan kecepatan tersebut disebut percepatan sentrifugal (sentripetal)..

Selama gerak rotasi beraturan, hanya arah vektor kecepatan yang berubah, tetapi besarnya tidak! Oleh karena itu percepatan linier = 0 . Perubahan kecepatan linier didukung oleh percepatan sentrifugal yang diarahkan ke pusat lingkaran rotasi yang tegak lurus vektor kecepatan - sebuah c.

Percepatan sentrifugal dapat dihitung dengan menggunakan rumus: a c = V 2 /R

Semakin besar kecepatan linier benda dan radius lebih kecil rotasi, itu percepatan sentrifugal lagi.

3. Gaya sentrifugal

Dari gerak lurus kita mengetahui bahwa gaya sama dengan hasil kali massa suatu benda dan percepatannya.

Dengan gerak rotasi beraturan, gaya sentrifugal bekerja pada benda yang berputar:

F c = ma c = mV 2 / R

Jika bola kita beratnya 1kg, maka untuk mempertahankannya pada lingkaran diperlukan gaya sentrifugal:

F c = 1 6,28 2 /1 = 39,4 N

DENGAN gaya sentrifugal kita bertabrakan kehidupan sehari-hari di setiap kesempatan.

Gaya gesekan harus menyeimbangkan gaya sentrifugal:

F c = mV 2 / R; F tr = mg

Fc = Ftr; mV 2 /R = mg

V = √μmgR/m = √μgR = √0,9 9,8 30 = 16,3 m/s = 58,5 km/jam

Menjawab: 58,5 km/jam

Harap dicatat bahwa kecepatan belok tidak bergantung pada berat badan!

Pasti Anda pernah memperhatikan bahwa beberapa belokan di jalan raya memiliki sedikit kemiringan ke arah dalam belokan. Belokan seperti itu “lebih mudah” untuk dilakukan, atau lebih tepatnya, Anda dapat berbelok dengan kecepatan lebih tinggi. Mari kita perhatikan gaya apa yang bekerja pada mobil dalam tikungan miring tersebut. Dalam hal ini, kita tidak akan memperhitungkan gaya gesekan, dan percepatan sentrifugal hanya akan dikompensasi oleh komponen gravitasi horizontal:

F c = mV 2 /R atau F c = F n sinα

Dalam arah vertikal, gaya gravitasi bekerja pada benda F g = mg, yang diseimbangkan oleh komponen vertikal kekuatan biasa F n cosα:

Fn cosα = mg, maka: Fn = mg/cosα

Kita substitusikan nilai gaya normal ke dalam rumus asli:

F c = F n sinα = (mg/cosα)sinα = mg sinα/cosα = mg tgα

Jadi, sudut kemiringan jalan raya:

α = arctg(F c /mg) = arctg(mV 2 /mgR) = arctg(V 2 /gR)

Sekali lagi, perhatikan bahwa berat badan tidak termasuk dalam perhitungan!

Tugas #2: Pada suatu ruas jalan tertentu terdapat belokan dengan radius 100 meter. Kecepatan rata-rata mengemudikan bagian jalan ini dengan kecepatan 108 km/jam (30 m/s). Berapakah sudut kemiringan aman permukaan jalan pada ruas tersebut agar mobil tidak “terbang” (mengabaikan gesekan)?

α = arctan(V 2 /gR) = arctan(30 2 /9,8 100) = 0,91 = 42° Menjawab: 42°. Sudut yang cukup bagus. Namun, jangan lupa bahwa dalam perhitungan kami, kami tidak memperhitungkan gaya gesekan permukaan jalan.

4. Derajat dan radian

Banyak orang yang bingung dalam memahami nilai sudut.

Dalam gerak rotasi, satuan dasar pengukuran gerak sudut adalah radian.

• 2π radian = 360° - lingkaran penuh
• π radian = 180° - setengah lingkaran
• π/2 radian = 90° - seperempat lingkaran

Untuk mengubah derajat menjadi radian, bagilah sudutnya dengan 360° dan kalikan dengan 2π. Misalnya:

• 45° = (45°/360°) 2π = π/4 radian
• 30° = (30°/360°) 2π = π/6 radian

Tabel di bawah ini menunjukkan rumus dasar gerak linear dan rotasi.

Menurut prinsip superposisi:

Þ

di dalam volume, di luar volume. (16)

Perbedaan potensial

Þ Þ

. (15)

Jadi, bidang bidang bermuatan seragam dan terkonsentrasi pada volume antar bidang.

32. Tunjukkan apa yang kita sebut massa (m) suatu benda.

d) Ukuran inersia suatu benda dan sifat gravitasinya.

33. Apa yang disebut kekuatan?

b) Penyebab percepatan benda.

34. Apa yang dimaksud dengan impuls suatu benda?

a) Hasil kali massa suatu benda dan kecepatannya ().

35. Tunjukkan satuan besaran impuls suatu benda dalam sistem SI.

e) kg×m/s.

36. Apa tugas langsung utama dinamika.

a) Mengingat massa benda dan ketergantungan gaya yang dihasilkan, carilah vektor jari-jari benda pada sembarang waktu dan tentukan lintasan benda tersebut.

37. Apa itu masalah terbalik pembicara?

b) Berdasarkan massa benda tertentu dan ketergantungan yang diketahui, tentukan gaya-gaya yang menyebabkan gerakan tersebut.

38. Apa yang kita sebut dengan impuls gaya?

c) Nilai yang sama dengan

39. Carilah kelanjutan kalimat “Momen gaya berarah vektor…”

a) sejajar dengan gaya.

40. Tunjukkan ekspresi kekuatan reaktif dalam kaitannya dengan sistem koordinat yang berhubungan dengan benda yang bergerak.

41. Hubungan manakah di bawah ini yang mencerminkan bentuk penulisan universal persamaan dasar dinamika gerak maju?

42. Hubungan manakah di bawah ini yang mencerminkan bentuk universal penulisan hukum kedua Newton?

43. Apa yang menentukan perubahan momentum suatu benda?

c) Tentang massa benda dan kecepatan geraknya.

44. Kapan bisa digunakan bentuk berikut catatan hukum kedua Newton
F = bu?

d) Setelah dipertimbangkan gerakan bujursangkar benda dengan massa konstan.

45. Dalam hal apa sebaiknya hanya menggunakan bentuk pencatatan hukum kedua berikut ini?
Newton?

d) Saat mempertimbangkan pergerakan benda massa konstan.

46. ​​​​Dalam hal apa sebaiknya Anda menggunakan bentuk penulisan hukum kedua Newton berikut?

c) Saat mempertimbangkan gerak benda yang massanya berubah-ubah.

47. Apa yang kita sebut sebagai pusat massa?

a) Ini adalah titik yang ditentukan oleh relasi

48. Gambar manakah yang menggambarkan gaya reaksi tanah dengan tepat?

B, C

48-a. Gambar manakah yang menunjukkan tubuhnya?

berada dalam suatu keadaan keseimbangan yang acuh tak acuh?

51. Rasio apa yang sesuai dengan hubungan antara linier dan sudut karakteristik kinematik gerakan?

52. Bagaimana hubungan perpindahan dasar linier dan sudut suatu titik yang bergerak melingkar?

53. Ke manakah arah vektor kecepatan sudut jarum detik sebuah jam jika dilihat?

e) Sepanjang sumbu rotasi menjauhi kita, jika kita melihat dial.

54. Bagaimana arah vektornya? percepatan sudut, jika sumbu rotasinya diam?

a) Bersinggungan dengan lintasan gerak searah putaran, jika e >< 0. б) Перпендикулярно к траектории движения к центру кривизны, если e >0, atau masuk sisi yang berlawanan, jika e< 0. в) Вдоль направления движения, если e >0, atau sebaliknya jika e< 0. г) Вдоль оси вращения сонаправлено с угловой скоростью, если e >0, atau sebaliknya jika e< 0. д) Правильного ответа нет. (Свой вариант ответа)

55. Ke manakah arah vektor kecepatan sudut?

a) Bersinggungan dengan lintasan gerak searah putaran, jika e > 0, atau berlawanan arah jika e< 0. б) Перпендикулярно к траектории движения к центру кривизны, если e >0, atau sebaliknya jika e< 0. в) Вдоль направления движения, если e >0, atau sebaliknya jika e< 0. г) Вдоль оси вращения так, чтобы из его конца движение точек тела наблюдалось происходящим против часовой стрелки. д) Правильного ответа нет. (Свой вариант ответа)

56. Apa yang disebut vektor percepatan sudut?

a) Suatu vektor yang mencirikan putaran suatu benda melalui sudut j tertentu, dinyatakan dalam bentuk ruas yang panjangnya sama dengan j, dan arahnya berimpit dengan sumbu putaran. B) vektor aksial, diarahkan sepanjang sumbu rotasi sehingga dari ujung vektor ini rotasi benda terlihat berlawanan arah jarum jam. c) Sebuah vektor yang diarahkan sepanjang sumbu putaran benda. d) Besaran fisis yang mencirikan laju perubahan vektor kecepatan sudut suatu benda. e) Sebuah vektor yang mencirikan rotasi benda yang tidak rata, diarahkan ke arah yang sama seperti jika >0 dan berlawanan arah sebaliknya.

57. Apa yang disebut vektor kecepatan sudut ( w)?

a) Suatu vektor yang mencirikan putaran suatu benda melalui sudut tertentu j, dinyatakan dalam bentuk ruas yang panjangnya sama dengan j, dan arahnya berimpit dengan sumbu putaran. b) Sebuah vektor aksial yang diarahkan sepanjang sumbu rotasi sehingga dari ujung vektor tersebut terlihat rotasi benda yang terjadi berlawanan arah jarum jam. c) Vektor diarahkan sepanjang sumbu putaran benda, dalam arah yang ditentukan oleh aturan sekrup kanan. d) Besaran fisis yang mencirikan laju perubahan sudut rotasi suatu benda per satuan waktu. e) Tidak ada jawaban yang benar di sini. (Pilihan Anda)

58. Momentum suatu titik

c) Momentum sudut suatu titik material disebut produk vektor.

59. Dalam satuan apa momen gaya diukur?

d) kg×m 2 /s 2

60. Dalam satuan apa momentum sudut diukur?

b) kg×m 2 /s

61. Dalam satuan apa momen inersia diukur?

d) kg×m 2

62. Hubungan manakah yang merupakan bentuk penulisan universal persamaan dasar dinamika gerak rotasi suatu titik?

63. Persamaan manakah yang merupakan persamaan dasar dinamika gerak rotasi mutlak padat?

a) b) c) d) e)

64. Rumus manakah yang paling banyak catatan umum hukum dasar dinamika gerak rotasi atm?

a) b) c) d) e)

65. Temukan kelanjutan kalimat “Momen inersia adalah…”

A)... inersia masuk saat ini waktu. B)... ukuran interaksi antara benda-benda yang berpartisipasi dalam gerak rotasi. V)... ukuran kelembaman suatu benda pada saat tertentu. G)... ukuran kelembaman suatu benda selama gerak rotasinya. D) Tidak ada kelanjutan yang benar. (Pilihan Anda)

66. Temukan kelanjutan dari kalimat “Momen gaya adalah…”

Percepatan adalah perubahan kecepatan tiap satuan waktu.
a = V / t
Akselerasi dalam fisika bukanlah hal yang utama kuantitas fisik, dan turunannya.
Mari kita transformasikan: V = S / t maka: a = S / t 2
Hal inilah yang memberikan pencatatan rumus percepatan dalam besaran pokok dan satuan besaran percepatan: meter per detik kuadrat.

Jadi: percepatan adalah ketika terdapat kecepatan gerak linier dan kecepatan ini berubah dalam nilai numerik.
Namun kecepatan juga mempunyai arah.
Dan para fisikawan tidak dapat mengabaikan masalah ini agar tidak membingungkan mereka dan berkata: karena kecepatannya besaran vektor, biarlah percepatan juga terjadi ketika mengubah arah....
Jadi percepatan terjadi pada gerak melingkar beraturan?
Bagi kami, kejelasan di sini sangat penting, karena ini adalah lintasan planet-planet.
Kita bertanya, bagaimana kecepatan geraknya konstan, tetapi percepatannya muncul?
Ini tidak masuk akal!

Ditawarkan:1. Untuk menghindari interpretasi ganda, anggap percepatan sebagai perubahan kecepatan linier per satuan waktu.
Berikutnya"
2. Penulisan dasar rumus percepatan adalah a = S / t 2,
dan penulisan a = V / t merupakan turunan.
3. Pertimbangkan akselerasi bukan secara fisik, tapi kuantitas matematika, digunakan dalam batas sempit.
4. Definisi “perubahan arah” tidak berlaku untuk percepatan. Anggaplah percepatan hanya sebagai perubahan besarnya, bukan arahnya.

Di mana kita menemukan percepatan dalam rumus?
Rumus kekuatan. Menurut hukum kedua Newton, F = m x a berarti jika gaya F diterapkan pada benda bermassa m, maka benda akan bergerak dengan kecepatan yang mempunyai percepatan a. Dan untuk menghitung percepatan, kita perlu mengukur jalur dan waktu, lalu mengapa kita membutuhkannya? Hanya untuk memudahkan pencatatan perhitungan.
Percepatan hanya berarti bahwa dalam satu satuan waktu benda akan menempuh jarak yang semakin pendek.
Dalam kasus benda yang jatuh bebas, konsep percepatan digunakan jatuh bebas badan (tidak termasuk hambatan udara) g

Dan rumusnya tertulis F = mxg. Namun rumus ini hanya berlaku jika terjadi keadaan jatuh bebas. Jika benda tidak bergerak relatif terhadap pusat bumi, maka rumus ini tidak digunakan, karena dapat menyebabkan kesalahan.
Misalnya. Sebuah benda bermassa m (1 kg) terletak di atas timbangan.
Apa yang ditunjukkan oleh timbangan? Mereka menunjukkan massa 1 kg.
Dan bukan berat, seperti gaya tarik menarik (mxg).
Tubuh menekan penopang timbangan, dengan gaya tarik-menarik, dan sesuai dengan Hukum Gravitasi
gaya gravitasi m x M / R2 tidak mengandung percepatan gravitasi dan berat hanya ditampilkan sebagai massa. Jadi, jika Anda menanyakan soal: sebuah semangka bermassa m diletakkan pada sebuah timbangan dan Anda ditanya berapa beratnya? Lalu kalikan m x g, kita mendapatkan hasil yang salah, karena timbangan menunjukkan nilai massa, dan percepatan g
tidak di sini sama sekali.

Tulis persamaan ini:

M x g = m x M / R2 dan dapatkan, setelah mengurangi massa, g = M / R2
dan rumus ini bagus hanya karena menjelaskan mengapa percepatan gravitasi tidak bergantung pada massa benda, tetapi hanya bergantung pada massa bumi dan radius kuadrat.

Namun secara matematis rumus ini terlihat salah, karena satuan pengukurannya tidak cocok.
Ilmuwan kami kembali menonjol di sini. Mereka memperkenalkan konstanta gravitasi dan G memberikan satuan pengukuran m3 s; 2 kg; 1 (jawabannya setuju) tetapi pertanyaannya tetap:
Ada sesuatu yang membuat Anda tergila-gila: dalam hukum kedua, percepatan bergantung pada massa, tetapi pada jatuh bebas tidak!
Dan ini terjadi karena seiring bertambahnya massa, gaya tarik menarik meningkat, dan percepatan menurut hukum kedua berkurang dan resultan massa tetap tidak berubah.

Secara umum, berat adalah besaran lain yang diperoleh dari aksi gravitasi, yang tidak dibahas dalam buku teks fisika, tetapi sangat penting di pasar.

Mari kita pertimbangkan kasus keadaan tanpa bobot, ketika berat badan menghilang. Misalnya, seorang penerjun payung melompat
dari pesawat, tapi lupa parasut di rumah. (kami tidak memperhitungkan hambatan udara, seperti biasa, mengapa sekarang membutuhkan udara) Kecepatan bertambah dengan nilai jarak tempuh 9,8 meter per detik!
Dan di sini muncul paradoks lain: ada gaya gravitasi, ada massa, percepatan...ada juga, tetapi tidak ada tekanan pada tumpuan (sebagai konsep pasar tentang berat)!

Bagaimana jika ada hambatan udara?
Maka: F = mx (g - a)
Disini a adalah percepatan nyata yang terjadi dan lebih kecil dari percepatan gravitasi. Dan jika sama dengan g, maka gaya tekanan pada tumpuan (atau beban) adalah nol.

Kami akan melanjutkan setelah istirahat.

Dalam persamaan (9.4), kita menguraikan kecepatan menjadi komponen-komponen (atau komponen-komponen) yang menunjukkan seberapa cepat benda bergerak ke arah dan. Kecepatan akan ditentukan sepenuhnya baik terhadap arahnya maupun nilai mutlak, jika Anda menentukan nilai numerik dari ketiga komponennya:

(9.5)

Dalam hal ini, nilai absolutnya sama dengan

(9.6)

Sekarang biarkan tidak hanya besarnya, tetapi juga arah kecepatannya berubah di bawah pengaruh gaya (Gbr. 9.2). Meskipun itu cukup kasus yang sulit, tetapi dengan menghitung perubahan komponen, pertimbangannya menjadi jauh lebih sederhana. Perubahan komponen kecepatan pada interval tersebut adalah , dimana disebut komponen percepatan. Sangat mirip dengan. Dalam rumusan ini, Hukum Kedua Newton sebenarnya berubah menjadi tiga hukum. Memang kita katakan bahwa gaya mempunyai arah yang sama dengan percepatan, sehingga masing-masing komponen gaya searah dan sama dengan massa dikalikan perubahan komponen kecepatan yang bersangkutan:

(9.7)

Gambar 9.2 Kecepatan bervariasi baik besaran maupun arahnya.

Seperti kecepatan dan percepatan, gaya juga dapat diuraikan menjadi beberapa komponen, yang masing-masing merupakan proyeksi segmen garis lurus, yang secara numerik sama dengan nilai absolut gaya dan menunjukkan arah aksinya, pada sumbu dan:

(9.8)

di mana adalah besar gaya absolut, dan , dan adalah sudut antara arah gaya dan sumbu dan, berturut-turut.

Persamaan (9.7) adalah bentuk penuh hukum kedua Newton. Mengetahui gaya-gaya yang bekerja pada benda dan menguraikannya menjadi komponen-komponen, Anda dapat menggunakan persamaan ini untuk mencari gerak benda. Mari kita lihat contoh sederhana. Walaupun tidak ada gaya yang bekerja pada arah tersebut, yang ada hanya gaya pada arah (misalnya vertikal). Kemudian, menurut persamaan (9.7), hanya satu komponen vertikal kecepatan yang berubah; sedangkan untuk yang horizontal, tidak akan berubah. Contoh dari gerakan semacam itu telah dibahas di Bab. 7 (lihat Gambar 7.3). Dengan demikian, gerakan horisontal benda yang jatuh tetap tidak berubah, sedangkan pada arah vertikal bergerak seolah-olah tidak ada gerakan horizontal sama sekali. Dengan kata lain, jika komponen gaya-gaya tersebut tidak berhubungan satu sama lain, maka gerak searah sumbu-sumbu tersebut akan bersifat bebas.

Akselerasi dan kekuatan

Jika tidak ada gaya yang bekerja pada suatu benda, maka benda tersebut hanya dapat bergerak tanpa percepatan. Sebaliknya, aksi suatu gaya pada suatu benda menyebabkan percepatan, dan percepatan benda tersebut akan semakin besar, semakin besar pula percepatannya. lebih banyak kekuatan. Semakin cepat kita ingin menggerakkan kereta dengan beban, semakin kita harus meregangkan otot-otot kita. Biasanya, dua gaya bekerja pada benda yang bergerak: percepatan - gaya traksi, dan pengereman - gaya gesekan atau hambatan udara.

Perbedaan antara kedua gaya ini, yang disebut gaya resultan, dapat searah atau berlawanan dengan gerak. Dalam kasus pertama, tubuh mempercepat gerakannya, dalam kasus kedua, ia melambat. Jika kedua gaya yang bekerja berlawanan ini sama besar (seimbang), maka benda bergerak beraturan, seolah-olah tidak ada gaya yang bekerja padanya sama sekali.

Bagaimana hubungan gaya dan percepatan yang ditimbulkannya? Jawabannya ternyata sangat sederhana. Percepatan sebanding dengan gaya:

Berarti "secara proporsional".)

Namun satu pertanyaan lagi yang masih harus dipecahkan: bagaimana sifat-sifat suatu benda mempengaruhi kemampuannya untuk mempercepat gerakan di bawah pengaruh gaya tertentu? Bagaimanapun, jelas bahwa kekuatan yang sama bekerja tubuh yang berbeda, memberi mereka percepatan yang berbeda.

Kita akan menemukan jawaban atas pertanyaan yang diajukan dalam keadaan luar biasa bahwa semua benda jatuh ke bumi dengan percepatan yang sama. Percepatan ini dilambangkan dengan huruf G. Di wilayah Moskow percepatan G= 981 cm/detik 2.

Pengamatan langsung, sekilas, tidak memastikan percepatan yang sama untuk semua benda. Faktanya adalah ketika benda jatuh dalam kondisi normal, selain gravitasi, benda tersebut juga dipengaruhi oleh gaya "pengganggu" - hambatan udara. Perbedaan sifat jatuhnya benda ringan dan berat sangat membingungkan para filosof jaman dahulu. Sepotong besi jatuh dengan cepat, bulunya melayang di udara. Selembar kertas terbuka perlahan-lahan jatuh ke bumi, namun, ketika dilipat menjadi bola, lembaran yang sama jatuh lebih cepat. Fakta bahwa udara mendistorsi gambaran “sebenarnya” tentang pergerakan suatu benda di bawah pengaruh Bumi telah dipahami oleh orang Yunani kuno. Namun, Democritus berpendapat bahwa meskipun udara dihilangkan, benda berat akan selalu jatuh lebih cepat daripada benda ringan. Namun hambatan udara juga dapat menyebabkan hal sebaliknya - katakanlah, selembar aluminium foil (yang tersebar luas) akan jatuh lebih lambat daripada bola yang diremas dari lembaran yang sama persis.

Omong-omong, kawat logam sekarang diproduksi sangat tipis (beberapa mikron) sehingga melayang di udara seperti bulu.

Aristoteles percaya bahwa dalam ruang hampa semua benda harus jatuh secara merata. Namun, dari kesimpulan spekulatif ini ia menarik kesimpulan paradoks berikut ini: “kejatuhan tubuh yang berbeda pada kecepatan yang sama sangatlah tidak masuk akal sehingga ketidakmungkinan adanya ruang hampa menjadi jelas.”

ISAAC NEWTON (1643–1727) - seorang fisikawan dan matematikawan Inggris yang brilian, salah satu ilmuwan terhebat dalam sejarah manusia. Newton merumuskan konsep dasar dan hukum mekanika, menemukan hukum tersebut gravitasi universal, sehingga menciptakan gambaran fisik dunia yang belum tersentuh hingga awal abad ke-20. Ia mengembangkan teori gerak benda langit, jelasnya fitur yang paling penting pergerakan bulan, memberikan penjelasan tentang pasang surut air laut. Di bidang optik, Newton membuat penemuan luar biasa yang berkontribusi terhadap pesatnya perkembangan cabang fisika ini. Newton mengembangkan metode yang ampuh penelitian matematika alam: dia mendapat kehormatan untuk menciptakan diferensial dan kalkulus integral. Hal ini berdampak besar pada seluruh perkembangan fisika selanjutnya dan berkontribusi pada pengenalan metode matematika riset.

Tak satu pun ilmuwan di zaman kuno dan pertengahan berpikir untuk menguji dalam praktik apakah benda jatuh ke bumi dengan percepatan yang berbeda atau sama. Hanya Galileo, dengan eksperimennya yang luar biasa (dia mempelajari pergerakan bola bidang miring dan jatuhnya benda yang dilempar dari puncak Menara Miring Pisa) menunjukkan bahwa semua benda, berapa pun massanya, jatuh di tempat yang sama bola dunia dengan percepatan yang sama. Saat ini, eksperimen ini dapat dengan mudah didemonstrasikan dengan menggunakan tabung panjang tempat udara dipompa keluar. Bulu halus dan batu jatuh ke dalam tabung seperti itu dengan cara yang persis sama: hanya satu gaya yang bekerja pada benda - berat, hambatan udara dikurangi menjadi nol. Dengan tidak adanya hambatan udara, jatuhnya suatu benda merupakan gerak dipercepat beraturan.

Sekarang mari kita kembali ke pertanyaan yang diajukan di atas. Bagaimana kemampuan suatu benda untuk mempercepat gerak di bawah pengaruh gaya tertentu bergantung pada sifat-sifatnya?

Hukum Galileo menyatakan bahwa semua benda, berapa pun massanya, jatuh dengan percepatan yang sama; berarti massa M kg dengan gaya M kg bergerak dengan percepatan G.

Sekarang anggaplah itu yang sedang kita bicarakan bukan tentang benda yang jatuh ke massa M kg gaya sebesar 1 kg bekerja. Karena percepatan sebanding dengan gaya, maka percepatannya akan masuk M kali lebih sedikit G.

Kami sampai pada kesimpulan bahwa percepatan benda A karena gaya tertentu (dalam contoh kita, 1 kg) berbanding terbalik dengan massa.

Menggabungkan kedua keluaran, kita dapat menulis:

itu. pada massa konstan, percepatan sebanding dengan gaya, dan pada gaya konstan, percepatan berbanding terbalik dengan massa.

Hukum yang menghubungkan percepatan dengan massa suatu benda dan gaya yang bekerja padanya ditemukan oleh orang Inggris yang hebat ilmuwan Ishak Newton (1643–1727) dan menyandang namanya*6.

Akselerasinya proporsional kekuatan akting dan berbanding terbalik dengan berat badan dan tidak bergantung pada sifat tubuh lainnya. Dari hukum Newton dapat disimpulkan bahwa massa adalah ukuran “inersia” suatu benda. Dengan kekuatan yang sama, lebih sulit untuk mempercepat tubuh massa yang lebih besar. Kita melihat bahwa konsep massa, yang kita kenal sebagai besaran “sederhana” yang ditentukan dengan menimbang timbangan tuas, telah memperoleh makna baru. makna yang mendalam: massa mencirikan sifat dinamis suatu benda.

Kita dapat menulis hukum Newton seperti ini:

kF = bu,

Di mana k – koefisien konstan. Koefisien ini bergantung pada unit yang kita pilih.

Daripada menggunakan satuan gaya yang sudah kita miliki (kG), mari kita lakukan secara berbeda. Seperti yang sering dilakukan fisikawan, mari kita pilih satuan gaya sehingga koefisien proporsionalitas dalam hukum Newton sama dengan satu. Maka hukum Newton akan berbentuk sebagai berikut:

F = bu.

Seperti yang telah kami katakan, dalam fisika massa biasanya diukur dalam gram, jarak dalam sentimeter, dan waktu dalam detik. Sistem satuan yang berdasarkan ketiga besaran pokok tersebut disebut sistem CGS(diucapkan “tse-zhe-es”) atau dalam bahasa Rusia SGS.

Sekarang mari kita pilih, dengan menggunakan prinsip yang dirumuskan di atas, satuan gaya. Jelasnya, suatu gaya sama dengan satu jika gaya tersebut memberikan percepatan sebesar 1 cm/s 2 pada massa 1 g. Kekuatan seperti itu disebut dyna dalam sistem ini.

Menurut hukum Newton, F = bu, gaya dinyatakan dalam dyne jika M gram akan dikalikan dengan A cm/detik 2 . Oleh karena itu, mereka menggunakan notasi ini:

Berat badan biasanya ditunjukkan dengan huruf P. Kekuatan P memberikan percepatan pada tubuh G, dan jelas dalam dyne

P = mg.

Tapi kita sudah memiliki satuan gaya - kilogram (kg). Hubungan antara baru dan satuan lama kita temukan segera dari rumus terakhir:

1 kilogram (berat) = 981000 din.

Dina adalah kekuatan yang sangat kecil. Itu sama dengan kira-kira satu miligram berat.

Kami telah menyebutkan sistem baru satuan (SI), yang dikembangkan baru-baru ini. Nama satuan gaya baru, newton (N), memang pantas diterima. Dengan pilihan satuan ini, penulisan hukum Newton akan menjadi yang paling sederhana, dan satuan ini didefinisikan sebagai berikut:

itu. 1 newton adalah gaya yang memberikan percepatan 1 m/s 2 pada massa 1 kg.

Tidak sulit untuk menghubungkan ini satuan baru dengan dina dan dengan kilogram:

1 newton = 100.000 dyne = 1/9,8 kg.