5. Newtonin lait Flashcards
Mitä on dynamiikka? Mistä voimat aiheutuvat?
Dynamiikka on mekaniikan osa-alue, joka tutkii voimien vaikutusta kappaleen liiketilaan. Kaikki voimat voidaan selittää neljän luonnossa esiintyvän perusvuorovaikutuksen avulla. Perusvuorovaikutuksia ovat gravitaatiovuorovaikutus, sähkömagneettinen vuorovaikutus, heikko vuorovaikutus ja vahva vuorovaikutus. Arkielämän ilmiöissä voimat aiheutuvat lähinnä gravitaatiovuorovaikutuksesta ja sähkömagneettisesta vuorovaikutuksesta.
Mikä on voima? Mihin voimat voidaan jaotella?
Voima on suure, joka kuvaa vuorovaikutuksen voimakkuutta. Voiman kirjaintunnus on F ja yksikkö on newton eli [F]=1N.
Voimat voidaan jaotella kosketusvoimiin ja etävoimiin. Kosketusvoima edellyttää, että kappaleet koskettavat toisiaan. Esimerkiksi kitka on kosketusvoima. Etävoima vaikuttaa, vaikka vuorovaikuttavat kappaleet eivät koskisi toisiaan.
Mitkä ovat Newtonin lait?
Newtonin I laki: Jatkavuuden laki
Kappale pysyy paikallaan tai jatkaa liikettään tasaisella suoraviivaisella nopeudella, jos mikään vuorovaikutus ei muuta kappaleen liiketilaa. (Kappaleen liikkeen nopeuden tai suunnan muuttamiseen tarvitaan aina voima)
Newtonin II laki: Dynamiikan peruslaki
Kun kappaleen massa on m ja kappaleeseen vaikuttava kokonaisvoima on F, kappale saa kiihtyvyyden a siten, että F=ma. (kiihtyvyyden suunta on sama kuin kokonaisvoiman suunta)
Newtonin III laki: Voiman ja vastavoiman laki
Kahden kappaleen vuorovaikutus aiheuttaa kappaleisiin yhtä suuret mutta vastakkaissuuntaiset voimat. Nämä voimat ovat toistensa vastavoimia. HUOM! Voima ja sen vastavoima vaikuttavat aina eri kappaleisiin.
Mikä on massa?
Massa on kappaleen ominaisuus, joka kuvaa kappaleen hitautta eli sen kykyä vastustaa liiketilan muutosta. Mitä suurempi kappaleen massa on, sitä suurempi on kappaleen hitaus.
Massan kirjaintunnus on m ja yksikkö on kg.
Newtonin II laki: periaate ja mitä kuvaa?
Newtonin II lain, dynamiikan peruslain, mukaan kokonaisvoima F aiheuttaa kappaleelle, jonka massa on m, kiihtyvyyden a siten, että F=ma. (kiihtyvyyden suunta on sama kuin kokonaisvoiman suunta)
Dynamiikan peruslaki kuvaa, miten voima muuttaa kappaleen liiketilaa. Yhtälöstä nähdään, että jos kappaleella on suuri massa, sen liiketilan nopea muuttaminen vaatii suuren voiman. Lisäksi, jos kappaleeseen vaikuttava kokonaisvoima on nolla, myös kappaleen kiihtyvyys on nolla –> kappale on levossa tai jatkaa tasaista suoraviivaista liikettään vakionopeudella.
Mitä kappaleen paino kuvaa?
Miksi putoamiskiihtyvyyden arvo on pienempi Kuussa kuin Maassa?
Kappaleen paino G on gravitaatiovuorovaikutuksesta aiheutuva voima, jolla Maa vetää kappaletta puoleensa. Jos ilmanvastus oletetaan pieneksi, Maan pinnan läheisyydessä paino aiheuttaa Newtonin II lain mukaan kaikille kappaleille yhtä suuren kiihtyvyyden, putoamiskiihtyvyyden g=9,81 m/s^2.
Kappaleen paino on G=mg.
Gravitaatiovuorovaikutuksesta aiheutuva vetovoima on Kuun pinnalla pienempi kuin Maan pinnalla, sillä Kuun massa on selvästi Maan massaa pienempi.
