Mini-kurzus
Newton törvényei
Newton három mozgástörvénye összekapcsolja az erőket a testek mozgásának változásával. A lényeg nem az, hogy „erő kell a mozgáshoz”, hanem az, hogy a nettó erő a lendület változását okozza; állandó tömegnél ez ΣF=ma alakban írható.
Első törvény: tehetetlenség
Ha egy testre ható eredő erő nulla, inerciarendszerben a sebessége állandó marad. Ez lehet nyugalom vagy egyenes vonalú egyenletes mozgás. A mindennapi tapasztalatban azért tűnhet úgy, hogy a mozgás fenntartásához erő kell, mert súrlódás és közegellenállás fékezi a testeket.
Második törvény
Általánosabban ΣF=dp/dt. Állandó tömeg esetén p=mv, így ΣF=ma. Az erő és gyorsulás vektor: a gyorsulás az eredő erő irányába mutat, nem feltétlenül a pillanatnyi sebesség irányába. Körmozgásban például a sebesség érintőirányú, a centripetális gyorsulás befelé mutat.
Szabadtest-ábra
A feladat megoldásakor válaszd ki a vizsgált testet, és rajzold fel csak az arra ható külső erőket: gravitáció, nyomóerő, kötélfeszítés, súrlódás stb. Ezután komponensekre bontva alkalmazd a második törvényt. A „mozgás iránya” önmagában nem külön erő.
Harmadik törvény
Ha A test erőt fejt ki B-re, B ugyanakkora nagyságú, ellentétes irányú erőt fejt ki A-ra. A két erő különböző testeken hat, ezért nem oltja ki egymást ugyanazon test szabadtest-ábráján. Ez a részlet oldja fel az egyik leggyakoribb félreértést.
Példa: asztalon álló könyv
A könyvre lefelé mg gravitációs erő, felfelé az asztal N nyomóereje hat. Ha a könyv nem gyorsul függőlegesen, N−mg=0. A gravitáció „reakciópárja” nem N, hanem a könyv által a Földre gyakorolt gravitációs erő; N reakciópárja a könyv asztalra gyakorolt nyomása.
Súrlódás
A tapadási súrlódás nem mindig μ_sN értékű: szükség szerint változik egy maximumig. A csúszási súrlódást egyszerű modellben f_k≈μ_kN közelíti. A súrlódás iránya a felületek egymáshoz képesti csúszását vagy annak tendenciáját ellenzi, nem automatikusan a test teljes sebességével ellentétes.
Mértékegység és skála
1 newton az az erő, amely 1 kg tömeget 1 m/s² gyorsulással gyorsít: 1 N=1 kg·m/s². Ha ugyanaz az eredő erő kétszer akkora tömegre hat, az állandó tömegű modell szerint a gyorsulás feleződik.
Inerciarendszer és gyorsuló megfigyelő
Newton törvényeinek legegyszerűbb alakja inerciarendszerben érvényes. Egy gyorsuló autóban vagy forgó körhintán a megfigyelő úgy érezheti, mintha új erő jelenne meg; az ilyen rendszerben tehetetlenségi vagy látszólagos erőket vezetünk be, hogy ugyanazt a mozgást leírhassuk. Ez nem új kölcsönhatás, hanem a választott vonatkoztatási rendszer következménye. Emiatt minden erőfeladat első rejtett kérdése az, milyen rendszerből írjuk le a mozgást.
Próbáld ki
Egy 4,0 kg-os testre vízszintesen 10 N jobbra és 2 N balra hat. Mennyi a gyorsulása?
Megoldás
Az eredő 8 N jobbra, ezért a=8/4,0=2,0 m/s² jobbra.