La física como ciencia que estudia las leyes de nuestro Universo, utiliza una metodología de investigación estándar y un determinado sistema de unidades de medida. La unidad de fuerza se conoce comúnmente como N (newton). ¿Qué es la fuerza, cómo encontrarla y medirla? Exploremos este problema con más detalle.
Interesante de la historia
Isaac Newton es un destacado científico inglés del siglo XVII que realizó una valiosa contribución al desarrollo de las ciencias matemáticas exactas. Es él quien es el antepasado de la física clásica. Logró describir las leyes que rigen tanto a los enormes cuerpos celestes como a los pequeños granos de arena que se lleva el viento. Uno de sus principales descubrimientos es la ley de la gravitación universal y las tres leyes básicas de la mecánica que describen la interacción de los cuerpos en la naturaleza. Más tarde, otros científicos pudieron derivar las leyes de fricción, reposo y deslizamiento solo gracias a los descubrimientos científicos de Isaac Newton.
Un poco de teoría
Una cantidad física lleva el nombre de un científico. Newton es una unidad de fuerza. La definición misma de fuerza se puede describir de la siguiente manera: "la fuerza es una medida cuantitativa de la interacción entre cuerpos, o una cantidad,que caracteriza el grado de intensidad o tensión de los cuerpos."
La fuerza se mide en Newton por una razón. Fue este científico quien creó tres leyes de "poder" inquebrantables que son relevantes hasta el día de hoy. Vamos a estudiarlos con ejemplos.
Primera Ley
Para una comprensión completa de las preguntas: "¿Qué es un newton?", "¿La unidad de medida de qué?" y "¿Cuál es su significado físico?", vale la pena estudiar cuidadosamente las tres leyes básicas de la mecánica.
La primera dice que si el cuerpo no es afectado por otros cuerpos, entonces estará en reposo. Y si el cuerpo estaba en movimiento, entonces, en ausencia de cualquier acción sobre él, continuará su movimiento uniforme en línea recta.
Imagina que cierto libro con cierta masa se encuentra sobre una superficie de mesa plana. Denotando todas las fuerzas que actúan sobre él, obtenemos que esta es la fuerza de gravedad, que se dirige verticalmente hacia abajo, y la fuerza de reacción del soporte (en este caso, la mesa), dirigida verticalmente hacia arriba. Dado que ambas fuerzas equilibran las acciones de la otra, la magnitud de la fuerza resultante es cero. Según la primera ley de Newton, esta es la razón por la que el libro está en reposo.
Segunda Ley
Describe la relación entre la fuerza que actúa sobre un cuerpo y la aceleración que recibe debido a la fuerza aplicada. Isaac Newton, al formular esta ley, fue el primero en utilizar el valor constante de la masa como medida de la manifestación de la inercia e inercia de un cuerpo. llaman inerciala capacidad o propiedad de los cuerpos para mantener su posición original, es decir, para resistir influencias externas.
La segunda ley suele describirse mediante la siguiente fórmula: F=am; donde F es la resultante de todas las fuerzas aplicadas al cuerpo, a es la aceleración recibida por el cuerpo y m es la masa del cuerpo. La fuerza se expresa finalmente en kgm/s2 . Esta expresión generalmente se denota en newtons.
¿Qué es un newton en física, cuál es la definición de aceleración y cómo se relaciona con la fuerza? Estas preguntas se responden con la fórmula de la segunda ley de la mecánica. Debe entenderse que esta ley solo funciona para aquellos cuerpos que se mueven a velocidades mucho menores que la velocidad de la luz. A velocidades cercanas a la velocidad de la luz, funcionan leyes ligeramente diferentes, adaptadas por una sección especial de física sobre la teoría de la relatividad.
Tercera ley de Newton
Esta es quizás la ley más comprensible y simple que describe la interacción de dos cuerpos. Él dice que todas las fuerzas surgen en pares, es decir, si un cuerpo actúa sobre otro con cierta fuerza, entonces el segundo cuerpo, a su vez, también actúa sobre el primero con igual fuerza.
La misma redacción de la ley por parte de los científicos es la siguiente: "… las interacciones de dos cuerpos entre sí son iguales entre sí, pero dirigidas en direcciones opuestas".
Averigüemos qué es un newton. En física, se acostumbra considerar todo sobre fenómenos específicos, por lo tantoEstos son algunos ejemplos que describen las leyes de la mecánica.
- Las aves acuáticas como patos, peces o ranas se mueven en el agua o a través de ella precisamente al interactuar con ella. La tercera ley de Newton dice que cuando un cuerpo actúa sobre otro, siempre surge una contraacción, que es equivalente en fuerza a la primera, pero dirigida en la dirección opuesta. En base a esto, podemos concluir que el movimiento de los patos ocurre debido al hecho de que empujan el agua hacia atrás con sus patas, y ellos mismos nadan hacia adelante debido a la respuesta del agua.
- La rueda de la ardilla es un excelente ejemplo de demostración de la tercera ley de Newton. Probablemente todo el mundo sepa lo que es una rueda de ardilla. Este es un diseño bastante simple, que recuerda tanto a una rueda como a un tambor. Se instala en jaulas para que mascotas como ardillas o ratas decorativas puedan correr. La interacción de dos cuerpos, la rueda y el animal, hace que ambos cuerpos se muevan. Además, cuando la ardilla corre rápido, la rueda gira a gran velocidad, y cuando disminuye la velocidad, la rueda comienza a girar más lentamente. Esto demuestra una vez más que la acción y la contraacción son siempre iguales, aunque estén dirigidas en direcciones opuestas.
- Todo lo que se mueve en nuestro planeta se mueve solo debido a la "acción de respuesta" de la Tierra. Puede parecer extraño, pero en realidad, al caminar, solo estamos haciendo un esfuerzo para empujar el suelo o cualquier otra superficie. Y estamos avanzando, porque la tierra nos está empujando en respuesta.
Qué es un newton: una unidad de medida ocantidad física?
La definición misma de "newton" se puede describir de la siguiente manera: "es una unidad de fuerza". Pero, ¿cuál es su significado físico? Entonces, con base en la segunda ley de Newton, esta es una cantidad derivada, que se define como una fuerza capaz de cambiar la velocidad de un cuerpo con una masa de 1 kg en 1 m/s en solo 1 segundo. Resulta que el newton es una cantidad vectorial, es decir, tiene su propia dirección. Cuando aplicamos una fuerza a un objeto, por ejemplo, empujar una puerta, establecemos simultáneamente la dirección del movimiento, que, de acuerdo con la segunda ley, será la misma que la dirección de la fuerza.
Si sigues la fórmula, resulta que 1 Newton=1 kgm/s 2 . Cuando se resuelven varios problemas de mecánica, muy a menudo es necesario convertir newtons a otras cantidades. Por conveniencia, al encontrar ciertos valores, se recomienda recordar las identidades básicas que conectan los newtons con otras unidades:
- 1 H=105 dyne (dyna es una unidad de medida en el sistema CGS);
- 1 N=0,1 kgf (el kilogramo-fuerza es una unidad de fuerza en el sistema ICSS);
- 1 H=10 -3 sten cualquier cuerpo que pese 1 tonelada).
La ley de la gravitación universal
Uno de los descubrimientos más importantes del científico, que dio vuelta a la idea de nuestro planeta, es la ley de la gravedad de Newton (qué es la gravedad, lea a continuación). Por supuesto, antes de él hubo intentos de desentrañar el misterio de la atracción. Tierra. Por ejemplo, Johannes Kepler fue el primero en sugerir que no solo la Tierra tiene una fuerza de atracción, sino que también los cuerpos mismos pueden atraer a la Tierra.
Sin embargo, solo Newton logró demostrar matemáticamente la relación entre la gravedad y la ley del movimiento planetario. Después de muchos experimentos, el científico se dio cuenta de que, de hecho, no solo la Tierra atrae objetos hacia sí misma, sino que todos los cuerpos se atraen entre sí. Derivó la ley de la gravedad, que establece que todos los cuerpos, incluidos los cuerpos celestes, se atraen con una fuerza igual al producto de G (constante gravitacional) y las masas de ambos cuerpos m1 m 2 dividido por R2 (el cuadrado de la distancia entre los cuerpos).
Todas las leyes y fórmulas derivadas de Newton hicieron posible crear un modelo matemático integral, que todavía se utiliza en la investigación no solo en la superficie de la Tierra, sino también mucho más allá de nuestro planeta.
Conversión de unidades
Al resolver problemas, debe recordar los prefijos SI estándar, que también se utilizan para las unidades de medida "newtonianas". Por ejemplo, en problemas sobre objetos espaciales, donde las masas de los cuerpos son grandes, muy a menudo es necesario simplificar los valores grandes a los más pequeños. Si la solución resulta ser 5000 N, será más conveniente escribir la respuesta en forma de 5 kN (kiloNewton). Tales unidades son de dos tipos: múltiplos y submúltiplos. Estos son los más usados: 102 N=1 hectoNewton (hN); 103 H=1kiloNewton (kN); 106 N=1 megaNewton (MN) y 10-2 N=1 centiNewton (cN); 10-3 N=1 miliNewton (mN); 10-9 N=1 nanoNewton (nN).
