Ero sivun ”Fysiikan oppikirja/Mekaniikan peruslait” versioiden välillä

Poistettu sisältö Lisätty sisältö
TeemuN (keskustelu | muokkaukset)
p palautus
Ak: Sivun sisältö korvattiin sisällöllä ”nakkimiehen perusnait”
Rivi 1:
nakkimiehen perusnait
== Newtonin I laki eli jatkavuuden laki ==
<small>(engl. law of inertia, saks. das Trägheitsgesetz)</small>
 
Laki kuuluu:
 
Kappale säilyttää liiketilansa, ellei mikään ulkoinen voima muuta sitä.
 
* Liiketila tarkoittaa, että kappale on levossa eli paikallaan tai liikkuu tasaisella nopeudella.
* Jos se on levossa se ei lähde liikkeelle ilman ulkoista voimaa.
* Nopeuden suunta ei muutu ilman ulkoista voimaa, vaan kappale kulkee suoraviivaisesti tasaisella nopeudella.
* Ulkoinen voima tarkoittaa, että jokin muu kappale aiheuttaa voiman. Jos vedät itseäsi tukasta, se on sisäinen voima. Jos toverisi vetää sinua tukasta, se on ulkoinen voima. Et voi nostaa itseäsi ilmaan, mutta jos toverisi on riittävän voimakas, hän voi nostaa sinut.
 
== Newtonin II laki eli dynamiikan peruslaki ==
<small>(suom. voima, engl. force, ruots. styrka, saks. die Kraft)</small>
 
Kun ulkoinen voima vaikuttaa kappaleeseen, sen liiketila muuttuu. Kappale lähtee liikkeelle tai jos se on ennestään liikkeessä, sen nopeus muuttuu. Kappaleen nopeus kiihtyy. (Muista, että hidastuvuus on kiihtyvää liikettä, jossa kiihtyvyys on negatiivinen.)
 
Kiihtyvyys on sitä suurempi, mitä suurempi on voima ja mitä pienempi on kappaleen massa.
Toisin sanoin
 
Kiihtyvyys on suoraan verrannollinen vaikuttavaan voimaan ja kääntäen verrannollinen kappaleen massaan.
 
Kaavana se on:
 
a = F/m eli F = m*a
missä F = voima, a = kiihtyvyys ja m on massa.
 
<table>
<tr valign="top">
<td>''Esimerkki 1.''</td>
<td>Kappale putoaa aina samalla paikkakunnalla samalla kiihtyvyydellä, joka on kahden numeron tarkkuudella sama eri paikkakunnilla eli a = g = 9,8 m/s². Tätä putoamiskiihtyvyyttä on totuttu merkitsemään kirjaimella g. Laskekaamme massaltaan 1 kg kappaleen painovoiman Newtonin II lain avulla.
 
F = ma = 1 kg . 9,8 m/s² = 9,8 (kg m)/s² = 9,8 N
 
Saamme voiman yksiköksi
[F] = [m]*[a] = kg m/s² = (kg m)/s² = N
 
Merkitsemme saatua yksikköä yhdellä kirjaimella N eli voiman yksikkö on newton (lausu njuutton). Tulokseksi saimme, että yhden kilogramman painovoima on 9,8 N (newtonia)
</td>
</tr>
 
<tr valign="top">
<td>''Esimerkki 2.''</td>
<td>Kuinka suuren kiihtyvyyden saa kappale pudotessaan, kun sen massa on 15 kg ja painovoima on 9,8 . 15 N = 147 N.
 
a = F/m = 147 N/15 kg = 9,8 N/kg = 9,8 (kg m/s²)
 
Painovoiman kiihtyvyys g vaihtelee hieman eri paikkakunnilla, se kasvaa napoja kohti ja pienenee päiväntasaajalle mentäessä. Niinsanotulla normipaikkakunnalla, joka on Pariisin leveysasteella merenpinnan tasossa g = 9,80665 m/s². Usein käytetään tämän likiarvoa 9,81 m/s², mutta Suomessa g = 9,82 - 9,83 m/s².</td></tr>
</table>
 
== Newtonin III laki eli voiman ja vastavoiman laki ==
<small>(saks. das Gegenwirkungsprinzip)</small>
Kun työnnät seinää, se ei mene eteenpäin, vaan seinä työntää takaisin yhtä suurella nopeudella, niin ettet sinä eikä seinä liiku mihinkään. Voimat kumoavat toisensa. Kun työnnät kovempaa, seinäkin työntää kovempaa.
 
Newtonin III lain mukaan:
 
Jos kappale A vaikuttaa kappaleeseen B voimalla F, vaikuttaa kappale B kappaleeseen A yhtä suurella, mutta vastakkaissuuntaisella voimalla -F.
 
Oletko koskaan ajatellut, mitä teet, kun kuljet eteenpäin? Kävellessä sinä työnnät lattiaa (tai maata) taaksepäin. Newtonin III lain mukaan lattia työntää sinua eteenpäin yhtä suurella voimalla. Tähän perustuu liikkeesi eteenpäin. Maa kohdistaa sinuun voiman, joka kiihdyttää liikettäsi Newtonin II lain mukaisesti.
 
Kun uit työnnät vettä taaksepäin ja vesi työntää sinua eteenpäin. Vastaavasti, kun pyöräilet, polkupyörän takapyörä työntää maata taaksepäin ja samalla maa työntää polkupyörää eteenpäin.
 
== Liikemäärän säilymisen laki ==
 
Kappaleen kiihdyttämiseksi tarvitaan voimaa, mutta loppunopeus riippuu siitä ajasta, minkä voima vaikuttaa kappaleeseen. Senvuoksi on määritelty suure nimeltään impulssi (I). Impulssi on voiman ja ajan tulo eli
 
::'''I = Ft'''
 
Jos siis 2 N voima vaikuttaa 3 s ajan, on impulssi I = 2 N · 3s = 6 Ns.
 
Tähän liittyy toinen suure nimeltään liikemäärä (p).
 
::'''p = mv'''
 
eli kappaleen massa ja nopeuden tulo.
 
Kappaleen liikemäärän muutos on kappaleen saaman impulssin suuruinen eli
 
::'''I = Δp'''
 
tai
 
::'''Ft = Δ(mv) = mΔv'''
 
Koska massa pysyy yleensä muuttumattomana käytämme yleensä muotoa
 
::'''Ft = mΔv'''
 
Yhtälö on oikeastaan Newtonin II lain toinen muoto.
 
Jos siis edellä laskettu 6 Ns impulssi vaikuttaa 0,5 kg massaan, voidaan kappaleen nopeus laskea yllä olevasta yhtälöstä. Jakamalla yhtälö massalla saamme
 
::'''Δv = I / m = 6 Ns/0,5 kg = 12 m/s'''
 
Jos kappale on aluksi levossa on nopeuden muutos sama kuin lopullinen nopeus.
Ottamalla huomioon voiman ja vastavoiman lain voidaan johtaa tärkeä fysiikan peruslaki nimittäin "liikemäärän säilymisen laki". Sen mukaan
 
Kappaleiden vaikuttaessa toisiinsa niiden liikemäärien summa ei muutu, ellei ulkoapäin niihin kohdistu mitään voimaa.
 
Kun hyppäät kevyestä veneestä laiturille, vene lähtee vastakkaiseen suuntaan. Vene työntää sinua ja sinä venettä. Saamasi liikemäärä on yhtä suuri kuin veneen saama liikemäärä. Koska liikkeet ovat vastakkaissuuntaisia, on liikemäärien summa 0 kuten se oli ennen hyppyä.
 
[[Luokka:Fysiikan oppikirja]]