Krachten en beweging Een kleine introductie – Leg uit dat Stuff

Krachten en beweging Een kleine introductie - Leg uit dat Stuff

Krachten en beweging

door Chris Woodford. Laatst bijgewerkt op: 25 maart 2016.

Ik t is moeilijk te geloven, maar alles in de wereld is in beweging. altijd. Zelfs dingen die perfect zien er nog zijn gevuld met atomen die vibreren met energie. Begrijpen hoe motion werken was een van de grote mijlpalen van de wetenschap en het is bijgeschreven op de briljante Engels natuurkundige Sir Isaac Newton. Zijn wetten van de beweging, schreef meer dan 300 jaar geleden, waren zo goed verklaarde dat wetenschappers ze nog steeds te gebruiken in de meeste situaties. Het basisidee Newton leerde ons dat er beweging wordt veroorzaakt door krachten —dat is gemakkelijk genoeg om te begrijpen: een balletje te trappen (de kracht) en het vliegt in de lucht (de beweging). Maar krachten niet altijd dingen te laten bewegen: een brug heeft veel krachten op, maar het is niet overal naartoe te gaan. Ook de "beweging" krachten produceren soms een verschuiving in de richting waarin iets beweegt of een verandering van de vorm. Dus wat precies zijn krachten en hoe ze het doen ze produceren deze verschillende vormen van beweging? Het is tijd om een ​​kijkje op de wetenschap van de bewegende dingen te nemen!

Foto: Een ruimteraket is een indrukwekkende demonstratie van de Wetten van Newton. De kracht van de hete uitlaatgassen schieten stuwt achteruit de raket naar voren. De raket is niet beweegt door te duwen tegen de grond; het kan verder te gaan als dit, zelfs in "lege ruimte," bevestiging van de essentiële waarheid van de wetten van Newton. Foto met dank aan NASA op de Commons.

krachten

"Mei de kracht is met u" is een vreemd ding om te zeggen aan iemand, want er is nooit een moment dat krachten niet. Krachten zijn de verborgen kracht achter alles wat er gebeurt in onze wereld—en verder. Krachten je hart ras en je longen te pompen; ze zwaaien de planeten rond de zon en bind atomen strak. Denk aan alles, werkelijk alles, wat er gaande is in het heelal op dit moment, en je kunt dat ergens garanderen, een of andere manier de krachten verantwoordelijk zijn.

Foto: Forces zijn de kracht achter onze wereld. Stampen een object met een groot genoeg kracht en zal versnellen tot een hoge snelheid. Dit prototype railgun maakt gebruik van gigantische elektromagneten om raketten aan een snelheid van ongeveer 2500 meter per seconde (versnellen

9100 km / h of 5640 mph). Foto courtesy van de Amerikaanse marine.

Wat zijn krachten?

Kick een bal en het zal vliegen in de lucht alvorens terug te vallen op de grond. Dat is een voorbeeld van het alledaagse krachten. Wat is precies een kracht?

Een kracht is een duwen of trekken actie die dingen kan laten bewegen, van richting te veranderen, of van vorm veranderen.

Kicking een bal houdt u het aanbrengen van een kracht (een duw met uw voet), dat maakt het vliegen omhoog. Maar als het eenmaal is schieten door de lucht, de onzichtbare kracht van de zwaartekracht trekt het terug naar de aarde—en dat is een ander macht over te nemen.

Kijk een beetje meer op de voet en je een aantal andere krachten die op de bal te zien. Wanneer je voet aan de opgeblazen bal, de bal pompoenen naar binnen een beetje, want het is gemaakt van plastic of leer. Dus er is een kracht er ook, waardoor de bal om vorm te veranderen. Omdat de bal is elastisch (veerkrachtig), het snel opnieuw uitgebreid terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm—en het vliegt in de lucht door uit te duwen tegen je voet. Dat is ook een kracht. Wanneer de bal uiteindelijk de grond raakt, is plet in opnieuw vóór buigen weer naar buiten, en dat maakt het stuiteren in de lucht, misschien wel meerdere malen. Meer krachten! Als de bal rolt over de grond, hij schraapt tegen het gras of beton en geleidelijk tot stilstand komt. Een andere kracht aan het werk is er—de kracht van de wrijving—het stelen van energie van de bal en hoe het gebied om te rusten. Dus alles wat er gebeurt op de bal, in de gehele reis van je voet op de grond, omvat een reeks van krachten duwen, trekken, rekken, of te slepen op.

Foto: In het voetbal, verschillende krachten de macht van de bal van je voet naar het doel. Foto door Gary Nichols hoffelijkheid van US Navy.

Hoeveel krachten?

Als we kijken naar hoe dingen werken of onderweg, proberen we de kracht die verantwoordelijk is te identificeren. Dus wanneer een vliegende bal zoomt in op de grond, zeggen wij "Aha! Dat is de kracht van de zwaartekracht." Maar het is zeer zeldzaam te vinden maar één kracht die op iets. Meestal zijn er verschillende krachten tegelijkertijd werken alle trekken of duwen met verschillende sterkte, vaak in totaal verschillende richtingen. De effecten van al deze krachten bij elkaar optellen of aftrekken van elkaar een globale kracht (of misschien geen kracht helemaal) produceren.

Soms alle krachten precies in balans—hun effecten te annuleren elkaar uit. Als je kijkt naar een gigantische hangbrug. Het gaat nergens heen of het veranderen van de vorm, dus je zou denken dat er geen krachten op het. Fout! Daar is het gewicht van alle auto’s die er over heen naar beneden te trekken, plus zijn eigen gewicht. Dus waarom niet de brug tuimelen in de rivier? De kracht van de zwaartekracht naar beneden te trekken op de brug precies in evenwicht gehouden door spanning (Trekkrachten) in de suspensie kabels trekken zij weer omhoog. Omdat alle krachten op een brug gelijk zijn, de brug zelf gaat nergens—dus het is veilig voor de auto’s aan de overkant rijden.

Maar er zijn ook momenten waarop de verschillende krachten op iets zonder te annuleren uit. Stel dat je in een zeilboot, waardoor zeer weinig vooruitgang in een sterke wind, dus u besluit om uw buitenboordmotor te gebruiken. Golven kunnen worden duwen de boot in één richting (dat is een kracht), de wind kon worden duwen een andere manier (een andere kracht), en, afhankelijk van hoe u te sturen, uw motor zal duwen op een andere manier (een derde kracht). Er is ook een kracht tussen de bodem van de boot (de kiel) en water. Al deze krachten in verschillende richtingen, een beetje zoals een multi-directionele sleepboot-of-war. Als uw boot beweegt in een bepaalde richting, moet een van de krachten te winnen. We noemen dat de resulterende kracht —omdat het de totale kracht die uitslagen wanneer verschillende krachten op één object tegelijk. Het is net alsof de resulterende kracht is de enige kracht die handelt over het object en alle andere krachten verdwenen.

Artwork: Bruggen zijn reuze statische structuren, maar dat betekent niet dat ze kracht vrij betekenen. Bridges dragen ladingen door te balanceren met rekkrachten (spanning blauw weergegeven), pletten krachten (compressie, in rood), of beide. Verschillende soorten bruggen dit op verschillende manieren.

Krachten en beweging

Wanneer een kracht inwerkt op een object, maakt het vaak sneller of in een andere richting. Zodra er iets beweegt, heb je geen kracht nodig om in beweging houden: het zal voeren over het verplaatsen van alle door zelf, tenzij een andere kracht stopt het. Als een raket ontploffing in de ruimte, je een kracht nodig om het te laten tillen om te beginnen en om de kracht van de zwaartekracht van de aarde te overwinnen. Maar zodra de raket in de ruimte, zal het te dragen over het verplaatsen van alle door zelf, totdat een andere kracht stopt het.

Elke keer dat u wilt maken iets snelheid (versnellen) of vertragen (vertragen), moet u een geweld te gebruiken. In feite, moet u altijd een kracht gebruiken als u wilt wijzigen hoe iets in beweging is. Engels wetenschapper Isaac Newton was de eerste persoon om goed te achterhalen hoe de krachten van de manier waarop dingen te verplaatsen veranderen. Hij werkte drie eenvoudige principes, de zogenaamde de wetten van Newton. die uitleggen hoe dit gebeurt. We komen op dat alles in een moment.

draaikrachten

Het duurt een kracht om iets bewegen op een andere manier te maken, en dat omvat richtingsverandering waarin iets beweegt zelfs wanneer de snelheid blijft hetzelfde. Als u wilt er iets gaan rond in een cirkel, moet je een kracht om het te laten draaien en te houden over het toepassen van die kracht te blijven draaien. Dat is logisch: iets bewegen in een cirkel is voortdurend in beweging richting, dus je moet een kracht uit te oefenen de hele tijd. In de sport genaamd het gooien van de hamer, een atleet zwaait een zwaar gewicht rond hun hoofd met behulp van een lange staaldraad. Zolang ze blijven trekken aan de draad, zijn ze het aanbrengen van een kracht, die wordt genoemd middelpuntzoekende kracht. en deze kracht blijft trekken het gewicht rond en rond in een cirkel. Zodra de atleet laat gaan van de hamer, is er niets aan de middelpuntzoekende kracht meer te bieden, dus er is niets aan de hamer draaien in een cirkel te houden. Op dat punt, het vliegt in een rechte lijn voor gebogen door de lucht als de zwaartekracht brengt het terug naar de grond.

Foto: Hurricanes worden aangedreven door middel van geweld. De luchtdruk hoger bij de rand dan in het midden, waardoor een kracht naar het midden—middelpuntzoekende kracht—dat maakt de lucht draaien op hoge snelheid. Deze foto toont Hurricane Fran op weg naar North Carolina en Virginia in augustus 1989; Het ging om ongeveer $ 5000000000 euro schade veroorzaken. Foto courtesy van NASA op de Commons.

Kijk goed naar dingen wervelende in cirkels en je zult altijd een middelpuntzoekende kracht, ergens, dat doet het draaien. Als uw wasgoed tuimelt door in een kleding wasmachine. het zal een enorme hoeveelheid water op te vangen. die is sedert centrifugeren te verwijderen. De wastrommel wervels met hoge snelheid, verlegt voortdurend de kleding door in een cirkel en verschaffen centripetale kracht te blijven draaien. Het water in de kleren duwt door middel van hun vezels. Er is niets om het op zijn plaats te houden—geen middelpuntzoekende kracht—dus het vliegt door gaten in de buitenzijde van de draaiende trommel, waardoor je kleren te drogen. Orkanen zijn een ander voorbeeld van hoe de krachten dingen draaien in een cirkel. Er is zeer lage druk in het midden van een orkaan en hogere druk naar de rand. Dat betekent dat er een algemene druk te duwen in de richting van het centrum en dit levert de middelpuntzoekende kracht die de lucht draaien rond maakt, waardoor de krachtige wervelende beweging die orkanen zo zeer destructief maakt.

Kunstwerk: Spin-drogen van de was maakt gebruik van de kracht van de middelpuntzoekende kracht. 1) Een kleding wasmachine heeft een roterende trommel (wit) met gaten erin gemonteerd in een statische trommel (rood) die volledig is afgesloten. 2) Aangezien de trommel draait, duwt uw kleding door in een cirkel, waarbij hij centripetale kracht die ze draaien. 3) Het water in de kleding kan vrij bewegen en er is geen middelpuntzoekende kracht om het te verplaatsen in een cirkel, dus het vliegt in een rechte lijn door gaten in de trommel. 4) Het water verzamelt zich in de buitenste trommel. 5) Na afloop van het centrifugeren, het water pompt via een afvoerpijp.

steken krachten

Krachten dingen bewegen—maar ze brengen ook bewegende dingen tot stilstand. Rol een speelgoed auto over een tapijt en het zal al snel tot stilstand gekomen. De kracht van wrijving steelt de energie van de auto en vertraagt. Wrijving is de kracht tussen twee verschillende objecten die in contact komen, hetzij wanneer ze samen zitten opgesloten en ontroerende of wanneer één van hen glijdt langs de andere.

Misschien verrassend, kan wrijving dingen te bewegen en te voorkomen dat ze bewegen op exact hetzelfde moment te helpen. Neem een ​​wiel, bijvoorbeeld. Wanneer een auto gaat om een ​​hoek, wrijving houdt de banden op zijn plaats, waardoor krachtige grip dat de auto blokkeert de weg en stopt deze naar buiten slippen. Als de banden grip op de weg, de wielen naar voren te duwen, het verplaatsen van de auto langs. Op precies hetzelfde moment echter wrijving tussen de wielen en de wielassen die houd ze steelt een deel van hun energie, ze af te remmen. Dus wrijving kan zowel een goede zaak en een slechte zaak zijn. Wanneer u parkeren op een heuvel, de wrijving is de reden van uw auto is er nog steeds wanneer je terug de volgende dag te krijgen. Maar het is ook een van de redenen waarom je moet zo veel benzine in uw tank zetten: wrijving tussen uw auto en de lucht die je rijdt door steelt heel veel van de energie die anders zouden worden snelheidsovertredingen je op de weg.

In machines en motoren. wrijving is meestal vrij nutteloos. De constante wrijven van het ene deel tegen een andere slijt zelfs zeer hard en duurzaam metalen zoals roestvrij staal. Dat is de reden waarom de ingenieurs gebruiken smering. door spuiten vloeistoffen en gels tussen bewegende delen, kunnen we hen helpen glijden langs elkaar met minder wrijving, minder slijtage-en-scheuren, snijden onderhoudskosten, en het verminderen van energieverliezen.

Krachten die van vorm veranderen

Heb je ooit geprobeerd trekken de aluminium ring-pull een kan drankjes en vond het plotseling afbreekt in je hand? Wat je probeert te doen is gebruik maken van een kracht om de ring-pull beweging te maken en richting te veranderen op hetzelfde moment. Maar in plaats van het doen wat je verwacht, een deel van de ring-pull klikt weg van de andere. Dit is een voorbeeld van hoe krachten vorm van een object kan veranderen, in plaats van te bewegen of richting. Iedere keer dat je iets van vorm veranderen (en dat geldt ook breken of vast te klikken), je zet krachten aan het werk. Of u nu verpletterende een blikje voor recycling. scheuren een stuk papier aan flarden, of het uitrekken van de elastische op een katapult, je maakt iets in een nieuwe vorm. Die inhoudt dat het herschikken van de atomen erin, en, omdat atomen in het algemeen strak opgesloten in vaste stoffen, het duurt kracht.

Precies welk effect een kracht is afhankelijk van de betrokken materialen. Zachte materialen, zoals rubber. buigen en heel gemakkelijk flex en het voorjaar terug naar hun oorspronkelijke vorm wanneer u de kracht weer weg te nemen. Materialen zoals deze worden genoemd elastisch. Veel materialen van vorm veranderen gemakkelijk, maar niet terugveren de manier waarop ze waren; deze worden plastic (Al zijn ze niet altijd gemaakt van kunststof—zelfs zachte metalen, zoals goud. kunnen plastic zijn als ze gemakkelijk hun vorm te veranderen).

Sommige materialen lijken niet te vorm te veranderen bij het op te brengen, hoewel ze zeer geleidelijk veranderen over een periode van tijd. Als u een paperclip recht te maken, gebruik je een kracht om het plastic te maken—veroorzaken wat heet een plastische vervorming (een verandering van vorm die niet omkeerbaar). Als je dit een paar keer doet, zal de paperclip breken in de helft—een ander soort van omkeerbare verandering. Dat is een voorbeeld van wat heet metaalmoeheid, dat is waar herhaalde krachten veroorzaken een materiaal om volledig te breken. Het is een van de redenen dat onderdelen niet in machines, zoals vliegtuigen en auto’s na buigen heen en weer honderden, duizenden, of soms zelfs miljoenen keren.

Foto: Krachten veranderen verschillende materialen op verschillende manieren. Elastische materialen (zoals de rubber in elastische banden) van vorm veranderen wanneer u een kracht, maar terug te keren naar hun oorspronkelijke vorm wanneer u de kracht weg te nemen. Plastic materialen (zoals de zachte metaal in paperclips) ook van vorm veranderen, maar blijven in hun nieuwe gedaante als je de kracht te verwijderen.

Het maken van krachten groter

Je kunt heel veel kracht te maken met je lichaam. Gewichtheffers kan enorme brokken metaal boven hun hoofd te verhogen, terwijl sommige professionele strongmen vrachtwagens, treinen en vliegtuigen kan trekken, zelfs met hun tanden. Maar er is een grens aan wat zelfs de zwaarste atleet kan doen. Met dank aan menselijk vernuft, dat is niet het einde van het verhaal. Met slimme dingen genoemd eenvoudige machines. kunnen we onze armen en benen te bewegen veel grotere en zwaardere gewichten. Eenvoudige machines zijn onder andere hefbomen (zoals sleutels), katrollen. hellingen, wielen. en tandwielen. Ieder van hen werken doordat je lichaam om meer kracht dan het alleen kan produceren. Dus als je een sleutel te gebruiken om een ​​roestige moer te zetten, gebruikt u de kracht van een hefboom om een ​​kracht te vergroten: hoe langer de hefboom, hoe meer de kracht in het midden wordt vergroot. U vraagt ​​minder kracht bij de rand (dus het voelt makkelijker), maar de sleutel vergroot de moeite die u van toepassing zijn, omzetten in meer kracht in het midden (zodat de moer gaat makkelijker). De vangst is dat je je einde van de sleutel een grotere afstand te zetten om de taaie roestige moer krimp te maken.

Giant alledaagse machines zoals kranen, graafmachines, bulldozers en maaidorsers gebruik maken van een hele reeks eenvoudige machines complexe taken uit te voeren. De meeste van hen hebben hydraulische cilinders. die vloeistof gevulde cilinders een beetje zoals waterpistolen, dat dikker aan de ene kant dan de andere zijn. Als de vloeistof beweegt van een kleiner volume naar een grotere (vanaf het dunne uiteinde aan de dikke één), het vertraagt, maar winsten kracht. En dat is hoe een hydraulische ram, die worden aangedreven door de arm van een persoon, iets kunnen doen, zoals het opheffen van een vrachtwagen uit de buurt van de grond.

Foto: Een graver als dit vergroot krachten met behulp van hydraulica: hij spuit een vloeistof door hydraulische kabels en leidingen (blauw) aan de hydraulische cilinders (rood), die push opereren en trek de arm en emmer.

mastering krachten

Forces houden ons stevig op onze plaats. Je zit nog steeds het lezen van dit recht nu, omdat atomen in je stoel, elektrisch afweren atomen in je lichaam, zijn het creëren van een opwaartse, duwkracht die exact in evenwicht de zwaartekracht, naar beneden te trekken. Zwaartekracht is de grootste, meest gewaagde kracht de meesten van ons ooit zult tegenkomen en het strekt zich helemaal uit vurige centrum van de aarde naar de andere kant van het heelal.

Iedereen die probeert verder of sneller te gaan voor meer heeft om de krachten van een of andere vorm onder de knie. Ingenieurs die hebben ontwikkeld auto’s die snelheidsrecords kan verslaan hebben geleerd om de strijd krachten zoals wrijving en drag (luchtweerstand). Stars of atletiek, die verder lopen of springen hoger zijn hun lichaam getraind om meer kracht te produceren voor een langere zodat ze hun tegenstanders te veroveren. Legers met snellere vliegtuigen, harder tanks of wapens die kogels verdere vuren zijn allemaal met behulp van krachten in hun voordeel.

Sommigen van ons gebruiken onze hersenen om slimmer te denken. Anderen denken meer creatief en doe verrassende en originele dingen. Maar elke fysieke prestatie komt uiteindelijk neer op het gebruik van de wetenschap om de krachten, zoals zwaartekracht en wrijving te overwinnen, zodat we kunnen doen "onmogelijk" dingen die niemand ooit heeft gedaan. Inzicht in de wetenschap achter de schermen en de kracht zal altijd bij je zijn!

Beweging

We hebben al gezien dat de krachten dingen kunnen maken bewegen, maar hoe precies zijn krachten en beweging met elkaar verbonden? Hoe kunnen we meten verschillende hoeveelheden beweging of erachter te komen waar een vliegende kogel of een stijgende ruimteraket gaat eindigen? het werk van Isaac Newton’s helpt ons krachten en beweging te binden samen in een gemakkelijk te begrijpen manier. Het laat ons ook uitrekenen hoe dingen zullen bewegen wanneer we de krachten op hen van toepassing.

drie Wetten van Newton

Sir Isaac Newton (1642–1727) samengevat hoe de dingen bewegen met drie eenvoudige wetten. Ze zijn vaak gewoon de wetten van Newton belde en ze van toepassing zijn op vrijwel alles (met uitzondering van zeer kleine subatomaire dingen in de quantum wereld en objecten bewegen dicht bij de snelheid van het licht):

  1. Dingen die nog steeds zijn blijven en dingen die bewegen blijven bewegen met een constante snelheid, tenzij een kracht van een soort duwt of trekt op hen.
  2. Wanneer een kracht werkt (duwt of trekt) op een object, verandert snelheid of richting van het object (dat wil zeggen, maakt het versnellen). Hoe groter de kracht, hoe het object versnelt.
  3. Wanneer een kracht werkt op een voorwerp, is er een gelijke kracht (zogenaamde reactie) optreden in de tegengestelde richting. Deze wet wordt soms geschreven "actie en reactie gelijk en tegengesteld."

Foto: Isaac Newton—de man die de wetenschap in gang gezet. Foto courtesy van de Amerikaanse Library of Congress.

wetten van Newton in de praktijk

Hoe kan die wetten uitvoeren in de praktijk? Stel, je staat op een skateboard. Tenzij je schoppen tegen iets, dan heb je op staan ​​altijd nergens heen. Dat is de eerste wet van Newton in actie. Nu als je schoppen tegen de stoep, je begint te bewegen: uw snelheid toeneemt, en hoe harder je kick hoe sneller je versnellen. Er is een voorbeeld van de tweede wet van Newton. En hoe zit het met de derde wet? Kick rug tegen de stoep en het trottoir duwt u met een gelijke en tegenovergestelde reactie kracht die je vooruit stuwt.

Foto: Een ander voorbeeld van de wetten van Newton: 1) De trekker blijft nog steeds, tenzij een kracht werkt op. 2) Als deze jongen (en zijn vrienden, die zijn buiten schot naar links) leveren een kracht door te trekken aan het touw, de tractor versnelt naar hen. 3) Als de jongens op het touw te trekken, de tractor trekt terug: dat is wat houdt het touw strak. Betekent dat verwarrend lijken? Denk aan het op deze manier. Voordat vrienden van de jongen komen, trekt hij zelf op het touw en kan de trekker niet bewegen. De jongen trekt het touw naar links, de tractor trekt deze naar rechts, de twee krachten saldo, en de tractor gaat nergens.

alleen motion

Een belangrijk ding om te onthouden over de wetten van de beweging is dat ze alleen van toepassing zijn op dingen die bewegen—dingen in beweging. Dus, bijvoorbeeld, als je staren naar beneden aan uw voeten en vragen zich af waarom je staat stevig op de grond zonder te zinken in de verklaring heeft niets te maken met de derde wet van Newton’s (actie en reactie). Je staat stil omdat afstotende, elektrostatische krachten tussen de atomen in je schoenen en atomen in de grond (omhoog duwen) precies opwegen tegen de zwaartekracht (naar beneden te trekken). Er is geen beweging, dus Newton’s tweede en derde wetten niet van toepassing zijn. De eerste wet van toepassing is: je lichaam is nog steeds omdat er geen globaal kracht op het. Als de grond plotseling instortte, zou de opwaartse kracht niet meer genoeg om uw gewicht in evenwicht te brengen. Er zou een netto neerwaartse kracht te zijn, waardoor je te versnellen in de grond.

Het meten van de beweging

Hoe snel is dat vliegtuig? Zal mijn auto er sneller dan de jouwe? Wie van ons zal de meest gas te gebruiken op de rit naar huis? Hoe kun je vuren een raket uit de aarde en hebben het land juist op de maan? Als u wilt op vragen als deze te beantwoorden, moet je in staat zijn om beweging te meten. We hebben vier belangrijke manieren om dat te doen, met behulp van snelheid en snelheid, versnelling, momentum en kinetische energie.

Snelheid

Een sportwagen kan 50 keer sneller dan je kunt lopen en 8 keer sneller dan u kunt uitvoeren gaan. Dat komt omdat de motor veel sneller dan je lichaam voedsel kan verbranden om je spieren te pompen verandert benzine aan de macht. Hoe sneller een auto brandt gas, hoe sneller het kan gaan—de meer snelheid heeft.

In de wetenschap, we definiëren snelheid als de afstand iets gaat in een seconde. Je kunt achterhalen gemiddelde snelheid van een auto door te delen hoe ver het gaat door hoe lang het duurt om er te komen. Als een auto gaat op 100 km / h (60 mph), kan het 100 km (60 mijl) reizen in een uur.

Dit is de formule voor snelheid:

Hier, d de afstand is en t de tijd.

U kunt zien in deze, dat een auto is een soort tijdmachine: je kunt de snelheid te gebruiken om ergens sneller te krijgen. Als u twee keer zo snel gaat, kunt u aankomt in de helft van de tijd. Hoe sneller je gaat, hoe eerder je er bent, en hoe meer tijd je bespaart. Natuurlijk kun je nooit echt vóór u vertrekt—dat zou het nemen van de wetenschap een beetje ver!

Snelheid

Velocity is niet gewoon een ander woord voor snelheid: het betekent dat je snelheid in een bepaalde richting. Wanneer een Formule-1 auto races rond een krappe bocht, de snelheid blijft hetzelfde, maar de snelheid is altijd veranderen omdat het draaien en van richting verandert de hele tijd.

Stel dat u reed van de Noordpool naar de Zuidpool in een rechte lijn op 100 km / h (60 mph) en vervolgens reed weer terug op dezelfde snelheid. Uw gemiddelde snelheid zou 100 km / h (60 mph) zijn, maar uw gemiddelde snelheid zou nul. Dat komt omdat uw snelheid van Zuid naar Noord precies tegenover de snelheid van noord naar zuid zou zijn en de twee zouden opheffen.

Dit is de formule voor snelheid:

Ook hier is de afstand d en t de tijd. U zult merken deze formule is dezelfde als de formule voor de snelheid. Maar vergeet niet als je aan te geven welke richting de snelheid leidt in ook.

Foto: Deze twee grijze auto’s hebben exact dezelfde snelheid, maar totaal verschillende snelheid, omdat ze reizen in tegengestelde richtingen.

Versnelling

Als je een chauffeur bent, versnelling betekent dat het zetten van uw voet naar beneden om sneller te gaan. Maar als je een wetenschapper bent, versnelling betekent ook stempelen op de remmen. Dat komt omdat de versnelling: elke verandering in uw snelheid. Het versnellen van een versnelling, maar zo is het vertragen—het is gewoon een negatieve versnelling. En omdat uw snelheid is uw snelheid in een bepaalde richting, je elke keer als je een bocht te versnellen, of je snelheid te veranderen of niet.

Foto: Deze rode auto gaat rond een bocht met constante snelheid, maar zijn snelheid verandert de hele tijd, omdat zijn richting verandert. Dat betekent dat het versnellen als goed, hoewel de snelheid blijft precies hetzelfde!

Een auto is een zware brok metaal en het kost veel kracht te krijgen bewegen, snelheid it up, vertragen, of draai het rond. Hoe zwaarder iets is, hoe meer kracht nodig is om te versnellen. Dat is de reden waarom vrachtwagens langer duren om te versnellen dan auto’s, ook al hebben ze veel grotere motoren.

Mensen vergelijken auto’s door te zien hoeveel seconden die zij nemen om acceleratie van 0-100 km / h (0-60 mph). Als een auto kan gaan van 0-100 km / h in 5 seconden, verandert de snelheid van 100 km / h in 5 seconden, zodat de versnelling 20 km / h per seconde. Dat is hetzelfde als het veranderen van je snelheid van 5,5 meter / seconde per seconde. Wetenschappers schrijven dat 5,5 m / s / s of 5,5 m / s 2 (en zeg het hardop als "vijf komma vijf meter per seconde kwadraat").

Dit is de formule voor versnelling:

Hier, v is de snelheid en t de tijd.

stuwkracht

momentum van een object is een maat voor hoeveel het wil in beweging te houden—en hoe lang kan het een kracht voor wanneer het stopt uit te oefenen. Je kunt achterhalen momentum iets door zijn massa te vermenigvuldigen met de snelheid:

Hier, m is massa en v is de snelheid.

Als twee dingen samen crash, de totale impuls is gelijk voor en na de botsing. Dit is een fundamentele wet van de natuurkunde heet het behoud van momentum. Als een auto crasht in een muur, stukjes van de muur beginnen te bewegen—dus krijgen ze de dynamiek van de auto verliest en dat is wat vertraagt.

Foto: Als een vrachtwagen staan ​​meerdere malen de massa van een auto, maar beweegt met dezelfde snelheid heeft vele malen momentum. De zilveren truck (rechts boven) heeft twee keer de massa van de auto en het dubbele van het momentum, terwijl de blauwe vrachtwagen (rechtsonder) heeft vijf keer de massa van de auto en vijf keer het momentum. Als elk voertuig zou botsen tegen een muur en stop op dezelfde tijd zou een kracht evenredig met de impuls oefenen. Dus de blauwe truck zou vijf keer uit te oefenen zoveel kracht als de auto.

Kinetische energie

Het kost energie om iets te laten bewegen, en hoe sneller het gaat hoe meer energie het nodig heeft. Met andere woorden, krachtvoeder snelheid. De energie iets heeft wanneer het beweegt wordt kinetische energie genoemd. Je kunt achterhalen kinetische energie van een auto van deze formule:

kinetische energie = ½mv 2

Hier, m is de auto massa en v is de snelheid. Als u het gewicht van een auto te verdubbelen (door toevoeging van een caravan op de rug), moet je twee keer te gebruiken zoveel energie om te gaan met dezelfde snelheid. Wilt u uw snelheid te verdubbelen, dan heb je vier keer zoveel energie nodig, want energie is gerelateerd aan het kwadraat van uw snelheid.

Wat is een impuls?

Isaac Newton’s tweede wet vertelt ons dat geweld oorzaken versnelling, en we kunnen die wet als een vergelijking schrijven:

Dus hoe meer kracht je levert, hoe meer versnelling die je krijgt. Maar dezelfde vergelijking leert dat a = F / m, zodat de massiever een object, hoe minder het wordt versneld door een kracht van dezelfde grootte. Als je twee keer weegt zoveel als een vriend en ik geef je allebei hetzelfde duwen, zal uw vriend twee keer zo snel te versnellen.

Nu ook weten we van boven dat a = v / t, dus kunnen we de tweede wet van Newton te herschrijven als volgt uit:

Met andere woorden, kunnen we kracht definiëren als de mate van verandering van impuls. momentum veranderingen hoe sneller iets is, hoe meer kracht op inwerken.

Het herschikken van de vergelijking nog een keer, krijgen we:

De verandering in momentum is gelijk aan de kracht die op iets vermenigvuldigd met de periode waarvoor het werkt, en het heet een impuls. De impuls is gewoon F × t.

De sportieve impuls

Impulsen zijn een heel belangrijk concept in de sport—om twee redenen. Stel, u wilt schoppen een voetbal een lange weg, of slaan een tennisbal echt hard op je tegenstander. Je moet om het te veel momentum te geven (of energie, als u liever) en om dat te doen, moet u uw boot (of tennis racket) van toepassing zijn op de bal voor zo lang mogelijk—met wat is een follow-through genoemd. Waardoor t (de tijd met kracht optreedt) zo lang mogelijk produceert een grotere verandering van impuls. Als je erover nadenkt, t is het enige wat je echt kan veranderen als u een wereld-klasse atleet bent: de bal heeft een constante massa (m) en u kunt alleen leveren zo veel kracht (F), dus de enige manier maximaliseren momentum (mv) is om de tijd (t) waarvoor u uw kracht van toepassing te maximaliseren.

Er is nog een goede reden waarom sporters proberen om de periode waarvoor zij een kracht van toepassing met hun spieren te verhogen. Stel, je bent een snel bewegend honkbal of cricket bal te vangen. Het is vrij zwaar en denderen naar u op hoge snelheid, dus het heeft heel wat momentum. Als je de bal te brengen tot stilstand langzaam door te trekken je handen en armen in je lichaam, verhoogt u de tijd (t), zodat de kracht van uw handen en arm gevoel (m v / t) is kleiner en de bal doet je pijn minder. Probeer om een ​​bal te vangen zonder dat je je handen of armen en je maakt t erg klein, wat betekent m v / t is groter en de bal zal je meer pijn doen. Hetzelfde geldt ook voor het slaan van een bal met een tennisracket, het gooien van een speer, of het toepassen van een kracht met je spieren op een andere manier. In het algemeen, alle sporters proberen op te brengen hun spieren zo lang mogelijk van het effect op hun lichaam en letsel te voorkomen.

Foto: Denk sport? Denk impuls! Als u wilt gooien van een bal zo ver mogelijk, moet je een kracht van toepassing met je spieren voor zo lang mogelijk: je kunt de massa (m) van de bal niet veranderen, maar je kunt de tijd (t) maximaliseren en de kracht (F) om zo’n groot snelheid (v = F t / m) mogelijk maken. Foto door Jon Dasbach hoffelijkheid van US Navy.

verder lezen

Op deze website

  • Remmen. Hoe krijg je ontdoen van de beweging als je niet wilt?
  • De wet van behoud van energie. Waarom kunnen we creëren of energie te vernietigen?
  • Energie. Wat is energie eigenlijk?
  • Gears. Waarom kan je een machine sneller of verhoog de kracht die het produceert, maar niet allebei tegelijk?
  • Wetenschap. Een volledige lijst van al onze wetenschappelijke artikelen.
  • Science of sport. Hoe de wetten van de beweging kan ons helpen sporten zoals tennis, honkbal, hardlopen, zwemmen en te begrijpen.

Boeken

Voor oudere lezers

  • Newtoniaanse mechanica door A.P. Frans. W. W. Norton, 1971. Uitstekend, klassieke inleiding voor studenten, maar niet overdreven moeilijk voor middelbare school lezers. Maak je geen zorgen dat het een oud boek; het is nog steeds in druk en gemakkelijk te verkrijgen—en de wetten van Newton zijn niet gedateerd in 300 jaar! Dit is het boek dat ik geleerd van een natuurkunde student.
  • Natuurkunde: Algebra / Trig door Eugene Hecht. Thomson-Brooks / Cole, 2003. Ik kwam over de eerste editie van dit boek per ongeluk toen ik het schrijven van een aantal artikelen van de fysica in de jaren 1990 en echt bewondering voor de duidelijkheid van de tekst en illustraties en de uitgebreide dekking (je vrijwel elke vinden aspect van de fysica hier ergens). Eugene Hecht heeft een zeer goed werk van het overbrengen van concepten duidelijk en beknopt, met eenvoudig te begrijpen wiskunde, en tal van real-world voorbeelden. Bij uitstek geschikt voor middelbare scholieren (leeftijd 16–18), maar ook goed voor oudere lezers en helderder jongeren. Het is relatief eenvoudig om een ​​goedkope tweedehands vroege edities van dit boek vinden als je de nieuwste versie niet kan veroorloven.

Voor jongere lezers

Deze zijn bijzonder geschikt van 9–12:

  • Kun je de Force Gevoel? door Richard Hammond. New York / London: Dorling Kindersley, 2007. Een goede, lichtjes oneerbiedig inleiding tot de fundamentele fysica, met inbegrip van de wetten van Newton.
  • Force and Motion door Peter Lafferty. Dorling Kindersley, 2000. Geschreven in de klassieke DK Eyewitness stijl, dit is een meer solide en sober inleiding, met heel veel van de wetenschap de geschiedenis.
  • Science Investigations: Krachten en Motion door Chris Oxlade. Wayland / Rosen, 2008. Een alternatieve blik op basismechanica.

Op andere sites

  • Laboratory Notebook door Isaac Newton. Lees Newton’s handgeschreven aantekeningen lab in dit digitale facsimile aan de Cambridge University Digital Library.

Als je dit artikel.

Bron: www.explainthatstuff.com


Read more

  • Kleine modellen van de moderne keukens

    Ultimate Kitchen Two (UK2) – SEO Trefwoorden ga hier, dit is verborgen. Het is allemaal de essentiële elementen voor een ultieme keuken ervaring. Het is waar de elementen van het leven bij…

  • Kleine Cottage House Plans

    Plannen van het huis Kleine Cottage House plannen voorzien Unique Living Spaces Als je droomt van het leven in een gezellig huis met veel karakter en een grote tuin, kan ons huis plannen kleine…

  • 6 Brilliant en Goedkoop Patio Ideeën voor kleine werven

    6 Brilliant en Goedkoop Patio Ideeën voor kleine werven Als uw tuin voelt krap, saai of op andere wijze in de behoefte van een pick-me-up, maak je geen zorgen! Je hoeft niet op te graven de…

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket med *

four × 2 =