Newtons love

Newtons love beskriver, hvordan vekselvirkninger ændrer bevægelse. Før ΣF⃗ = ma⃗ anvendes, skal alle eksterne kræfter på det valgte legeme eller system identificeres og summeres.

Begynd med et fritlegemediagram

mNmgFf
Et fritlegemediagram viser kun eksterne kræfter på det valgte legeme. Bevægelse og nettokraft tegnes ikke som ekstra kræfter.

Tyngdekraften er mg, normalkraften virker vinkelret på kontaktfladen, friktion langs fladen og spændingskraft langs et reb eller kabel. Hver kraft skal have en fysisk vekselvirkning som oprindelse.

Et legeme der bevæger sig mod højre behøver ikke en kraft mod højre. Det kan bevæge sig med konstant fart ved nettokraft nul eller stadig gå mod højre, mens en nettokraft mod venstre bremser det.

Første lov: nul nettokraft er ikke nul bevægelse

Hvis ΣF⃗ = 0, er accelerationen nul og hastigheden konstant. Hvile er blot specialtilfældet med konstant hastighed nul.

Udsagnet gælder i et inertialsystem. I et accelererende køretøj optræder tilsyneladende effekter, hvis man beskriver bevægelsen fra dette ikke-inertielle referencesystem.

Anden lov: læg kræfterne sammen før F = ma

F i den velkendte formel er den samlede eksterne kraft. 20 N mod højre og 8 N mod venstre giver 12 N mod højre; på 4 kg giver det a = 3 m s⁻² mod højre.

Masse måler inerti. Ved samme nettokraft får en større masse mindre acceleration. Vægt er en kraft, ikke massen selv; nær Jordens overflade er vægten mg.

Tredje lov: kraftparret virker på forskellige legemer

kassehåndhånd på kassekasse på håndsamme størrelsemodsat retningforskellige legemer
Et tredje-lovskraftpar ophæver ikke hinanden på ét fritlegemediagram. Kræfterne er lige store og modsatrettede, men virker på forskellige legemer.

Når hånden skubber kassen, skubber kassen hånden tilbage med samme kraft i modsat retning. De to kræfter ophæver ikke hinanden på det samme legeme.

Om kræfterne på ét legeme summerer til nul, afgøres udelukkende ud fra det legemes fritlegemediagram.

En sikker metode til kraftproblemer

  1. Vælg legemet eller systemet.
  2. Tegn alle eksterne kræfter på det.
  3. Vælg akser og opløs skrå kræfter i komponenter.
  4. Skriv ΣFx = max og ΣFy = may.
  5. Kontrollér fortegn, retninger og enheder.

Antag ikke automatisk N = mg. Det gælder kun under bestemte lodrette betingelser.

Kraft bestemmer acceleration, ikke den øjeblikkelige bevægelsesretning

Nettokraften bestemmer ændringen af hastighedsvektoren. Ved cirkelbevægelse kan nettokraften være vinkelret på hastigheden og ændre retningen uden at øge fartens størrelse.

Det er derfor forkert at tegne en kraft alene fordi genstanden bevæger sig i den retning.

Gennemregnede eksempler

1. Vandret skub

En vogn på 5,0 kg skubbes med 18 N mod højre; friktionen er 3,0 N mod venstre.

Løsning

ΣF = 15 N, så a = 15/5,0 = 3,0 m s⁻² mod højre.

2. Elevator med konstant fart

En passager på 70 kg bevæger sig opad med konstant fart.

Løsning

a = 0, så ΣF = 0 N. Derfor er N = mg ≈ 687 N.

3. Aktion og reaktion

En person skubber en væg med 120 N. Hvilken kraft udøver væggen?

Løsning

Væggen skubber personen med 120 N i modsat retning. Kræfterne virker på forskellige legemer.