Sign In

חוקי התנועה של ניוטון

Overview

מקור: אנדרו דאפי, PhD, המחלקה לפיזיקה, אוניברסיטת בוסטון, בוסטון, תואר שני

ניסוי זה בוחן מצבים שונים הכוללים שני עצמים אינטראקציה.

ראשית, הניסוי בוחן את הכוחות ששני עצמים חלים זה על זה בזמן שהם מתנגשים. האובייקטים הם עגלות גלגל שיש להן מסות משתנות. מטרת הניסוי הזה היא לגלות מתי הכוח שהעגלה הראשונה מפעילה על השני הוא באותו גודל כמו הכוח שהעגלה השנייה מפעילה בחזרה על הראשון, כמו גם כאשר לשני הכוחות האלה יש סדרי גודל שונים.

שנית, הוא בוחן את הכוחות ששני חפצים מפעילים זה על זה כאשר עגלה אחת דוחפת או מושכת את השנייה. שוב, ההתמקדות היא בחקר המצבים שבהם לשני הכוחות יש את אותו סדר גודל שבו יש להם סדרי גודל שונים.

Principles

המטרה העיקרית של הניסוי הזה היא לחקור את החוק השלישי של ניוטון.

המנגנון מורכב משתי עגלות, כל אחת עם חיישן כוח רכוב על גבי(איור 1). חיישני הכוח מחוברים למחשב באמצעות ממשק מחשב ייעודי. כל חיישן כוח מודד את הכוח המופעל עליו על ידי חיישן הכוח האחר במהלך ההתנגשות או מצב הדחיפה / המשיכה.

Figure 1
איור 1. ההתקנה הבסיסית. מרכיבי המפתח של המנגנון הם עגלות דו-גלגליות, כל אחת עם חיישן כוח מותקן למעלה, וממשק מחשב.

Procedure

1. מצבי התנגשות

  1. בורג פגוש גומי(איור 1)לתוך כל חיישן כוח.
  2. הגדר כל חיישן כוח על ההגדרה 50-N.
  3. אפס חיישני הכוח לפני כל ניסוי על-ידי לחיצה על כפתור "אפס" לצד החץ הירוק שמתחיל באיסוף נתונים.
  4. בדוק כדי לראות שהכיוון החיובי (כלומר, מימין) מוגדר כראוי עבור כל חיישן כוח.
    1. לדחוף על חיישן הכוח רכוב בצד ימין של העגלה; התוצאה צריכה לגרום לקריאת כוח חיובית. לדחוף על חיישן הכוח רכוב בצד שמאל של העגלה; זה אמור לגרום לקריאת כוח שלילית.
    2. אם שניהם טועים, פשוט להפוך את המיקום של העגלה.
  5. אם רק אחד טועה, עבור אל "תפריט ניסוי" ובחר "חיישני התקנה". בחרו את חיישן הכוח המתאים ובחרו 'כיוון הפוך'.
  6. ההתנגשות הראשונה כוללת עגלות של מסה שווה. ציין עגלה אחת להיות נייחת לפני ההתנגשות. לעגלה השנייה תינתן מהירות התחלתית לכיוון העגלה הניויה כך שהעגלות מתנגשות.
  7. לחץ על כפתור "איסוף" (החץ הירוק) לפני לחיצה על עגלה אחת לכיוון השני. תן לעגלה אחת דחיפה קטנה, שחרר את העגלה, ושים לב להתנגשות. ערכי כוח שיא בין כ 8 ל 20 N יש לראות בניסוי טיפוסי. התאם את הדחיפה אם ערכי כוח השיא קטנים בהרבה או גדולים בהרבה מטווח זה.
  8. לאחר ההתנגשות, המחשב יציג גרף של "כוח לעומת זמן", כפי שנרשם על ידי כל חיישן כוח.
    1. אם הגרפים אינם מופיעים, הפוך את ההפעלה.
    2. לאחר לחיצה על כפתור "איסוף", לא נרשמים נתונים בפועל עד שאחד מחיישני הכוח רושם ערך מעל (או מתחת) לרמת הדק מסוימת. עם זאת, אם רמת הגורם מפעיל מוגדרת לערך חיובי וחיישן הכוח נותן רק ערכי כוח שליליים, או להיפך, המחשב לעולם לא יקבל את האות שאומר לו להקליט נתונים.
    3. כדי לבדוק, או להפוך, את הגדרת הגורם המפעיל, לחץ על סמל "איסוף נתונים" (מיד משמאל ללחצן "אפס") ובחר בכרטיסיה "מפעיל".
  9. שתי האפשרויות המשמשות בניסוי זה הן "הגדלה על פני 0.2 N" ו-"ירידה על-פני -0.2 N". אם אחת מהגדרות אלה אינה גורמת להפעלה הדרושה, עבור להגדרות האחרות.
    1. בהתנגשות השנייה, העגלה הנינויה צריכה להיות פי 2-3 מהמסה של העגלה שנעה לפני ההתנגשות. כדי להשיג זאת, הוסף משקל אחד או יותר לעגלה הניויה. חזור על התהליך (עיין בשלבים שלהלן).
    2. ציין את העגלה בעלת המסה הגבוהה יותר להיות נייחת לפני ההתנגשות.
    3. לחץ על כפתור "איסוף" ולדחוף את העגלה במסה נמוכה יותר לכיוון עגלת המסה הגבוהה יותר.
    4. המחשב יציג את שני הגרפים "כוח לעומת זמן".

בהתנגשות השלישית, העגלה שנעה לפני ההתנגשות צריכה להיות פי 2-3 מהמסה של העגלה הנינוחת. להשיג זאת על ידי העברת המשקל העודף מעגלה אחת לאחרת. חזור על תהליך ביצוע ההתנגשות ואיסוף הנתונים.

2. מצבי דחיפה ומשיכה

  1. החלף את פגושי הגומי בכל חיישן כוח בווים.
  2. חברו את העגלות יחד כדי לאפשר לעגלה אחת לדחוף או למשוך את העגלה השנייה.
  3. הפוך את מצב ההפעלה, כמתואר בשלב 1.8.
  4. התחל עם עגלות של מסה שווה.
  5. לחץ על כפתור "איסוף".
  6. או למשוך או לדחוף את אחת העגלות כך שהיא מושכת או דוחפת את העגלה השנייה, בהתאמה, או לטלטל אותו קדימה ואחורה, כך שיש גם משיכה וגם דחיפה להתרחש.
  7. תן את העגלה להיות משך ו / או דחף 2-3 פעמים את המסה של העגלה האחרת. חזור על תהליך איסוף הנתונים.
    1. הקלט את נתוני "כוח לעומת זמן" עבור תרחיש דחיפה/משיכה זה.
  8. תן לעגלה עושה את המשיכה ו / או דוחף 2-3 פעמים את המסה של העגלה האחרת. חזור על תהליך איסוף הנתונים.
    1. הקלט את נתוני "כוח לעומת זמן" בתרחיש דחיפה/משיכה זה.
Results

החוק השלישי של ניוטון קובע כי בכל פעם ששני אובייקטים מתקשרים, האובייקט השני מפעיל כוח על האובייקט הראשון השווה בגודלו וממול בכיוון לעוצמה שהאובייקט הראשון מפעיל על השני. זה פשוט להצהיר, אבל זה יכול להיות קשה לקבל. לדוגמה, לעתים קרובות מניחים שהכוח שעצם גדול יותר מפעיל על עצם קטן יותר גדול מהכוח שהאובייקט הקטן מפעיל בחזרה על האובייקט הגדול יותר.

Figure 2
איור 2. תוצאה של ההתנגשות הראשונה. הכוחות שחווים העגלות שווים ומנוגדים.

Figure 3
איור 3. התוצאה של ההתנגשות השנייה. הכוחות שחווים העגלות שווים ומנוגדים.

Figure 4
איור 4. התוצאה של ההתנגשות השלישית. הכוחות שחווים העגלות שווים ומנוגדים.

Figure 5
איור 5. תוצאה של מצב הדחיפה / משיכה הראשון. הכוחות שחווים העגלות שווים ומנוגדים.

Figure 6
איור 6. תוצאה של מצב הדחיפה / משיכה השני. הכוחות שחווים העגלות שווים ומנוגדים.

Figure 7
איור 7. תוצאה של מצב הדחיפה / משיכה השלישי. הכוחות שחווים העגלות שווים ומנוגדים.

Application and Summary

המושג הממוען בניסוי זה, כלומר, בכל האינטראקציות, הכוח שאובייקט אחד חל על אובייקט אחר שווה בסדר גודלו והפוך בכיוון לכוח המופעל על ידי האובייקט השני בחזרה בראשון, יש יישומים רבים. לדוגמה, (1) כוח הכבידה שהשמש מפעילה על כדור הארץ שווה והפוך לכוח הכבידה שכדור הארץ מפעיל על השמש. (2) כוח הכבידה שכדור הארץ מפעיל על הירח שווה והפוך לכוח הכבידה שהירח חל על כדור הארץ. (3) כוח הכבידה שכדור הארץ מפעיל על תפוח שווה והפוך לכוח הכבידה שהתפוח מפעיל על כדור הארץ. (4) בהתנגשות, כמו זו בין מכונית למשאית ברחוב או בין שני שחקני כדורגל, הכוחות תמיד שווים ומנוגדים, לא משנה איך ההמונים משווים. (5) כאשר אדם עומד על רצפה או יושב על כיסא, הכוח המופעל על אותו אדם על ידי הרצפה או הכיסא שווה ומול הכוח שהאדם מפעיל על הרצפה או הכיסא.

Tags
Newton s Laws Of MotionClassical MechanicsObjectForcesRocketLaunchpadEqual and opposite ForcesExpanding GasBurning FuelPropels ForwardPush Against GasSimple PhenomenaVisible ForcesBasics Of Newton s Laws Of MotionExperimentsWheeled CartsThree Key LawsObject At RestObject In MotionNet ForcesConstant VelocityApplied ForceChange In VelocityAcceleration

Skip to...

0:00

Overview

1:04

The Laws of Motion

3:57

Set-up

5:40

Collision Between Carts of Equal Mass

6:48

Collisions Between Carts of Unequal Mass

8:33

Applications

9:51

Summary

Videos from this collection:

article

Now Playing

חוקי התנועה של ניוטון

Physics I

75.7K Views

article

כוח ותאוצה

Physics I

79.0K Views

article

וקטורים בכיוונים מרובים

Physics I

182.2K Views

article

קינמטיקה ותנועת קליעים

Physics I

72.5K Views

article

חוק הכבידה האוניברסלית של ניוטון

Physics I

190.6K Views

article

שימור המומנטום

Physics I

43.2K Views

article

חיכוך

Physics I

52.8K Views

article

חוק הוק ותנועה הרמונית פשוטה

Physics I

61.3K Views

article

שיווי משקל ודיאגרמות גוף חופשי

Physics I

37.3K Views

article

מומנט

Physics I

24.3K Views

article

אינרציה סיבובית

Physics I

43.5K Views

article

מומנטום זוויתי

Physics I

36.1K Views

article

אנרגיה ועבודה

Physics I

49.7K Views

article

אנטלפיה

Physics I

60.3K Views

article

אנטרופיה

Physics I

17.6K Views

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved