Newton yasaları
Newton’un üç yasası klasik dinamiğin temelini oluşturur. İkinci yasa genel olarak ΣF⃗ = d p⃗/dt, kütle sabitse ΣF⃗ = m a⃗ biçimindedir. İvme tek bir kuvvetten değil, seçilen cisme etkiyen bütün dış kuvvetlerin vektörel bileşkesinden doğar.
Görsel model
Şema kavramsaldır; ölçekler birebir fiziksel ölçek değildir.
Etkileşimli hesaplama
Birinci yasa ve eylemsizlik
Net dış kuvvet sıfırsa hız sabit kalır; durma yalnızca v = 0 özel durumudur. Birinci yasa eylemsiz referans çerçevelerini tanımlar ve düzgün doğrusal hareketi sürdürmek için net kuvvet gerekmediğini gösterir.
Her uygulamada önce sistem, başlangıç-son durumları ve birimler açıkça tanımlanmalıdır. Boyutsal tutarlılık güçlü bir denetimdir: yalnız aynı boyuttaki nicelikler toplanabilir ve kullanılan işaret seçilen fiziksel yönle uyumlu olmalıdır. Bu kontrol sayısal sonuçtan önce birçok hatayı yakalar.
İkinci yasa ve bileşenler
Serbest cisim diyagramı çizilir ve ΣFx = max, ΣFy = may ayrı yazılır. Ağırlık, normal kuvvet, ip gerilmesi ve sürtünme farklı etkileşimlerden kaynaklanır. 1 N = 1 kg·m·s⁻².
Bir denklem fiziksel modelin yerine geçmez. Sayıları yerleştirmeden önce hangi değişkenlerin sabit olduğu, hangi etkileşimlerin sisteme katıldığı ve büyüklüğün skaler mi vektörel mi olduğu belirlenmelidir. Matematiksel olarak doğru bir işlem, yanlış modele uygulanırsa fiziksel olarak yanlış sonuç verir.
Üçüncü yasa
A, B’ye bir kuvvet uygularsa B de A’ya eşit büyüklükte ters yönde kuvvet uygular. Bu çift aynı serbest cisim diyagramında birbirini götürmez, çünkü iki kuvvet farklı cisimlere etkir.
Deneysel nicelikler sonlu duyarlılıkla ölçülür. Alet seçimi, kalibrasyon, ısı ya da sürtünme kayıpları ve çevre koşulları sonucu etkileyebilir. Verilerin haklı çıkarmadığından daha fazla basamak yazmak ölçümün gerçek bilgi içeriğini artırmaz.
Sürtünme ve normal kuvvet
Statik sürtünme yaklaşık μsN sınırına kadar gereksinime göre değişir; kinetik sürtünme sıklıkla μkN ile modellenir. Normal kuvvet N her zaman mg değildir; eğik düzlemde veya ivmelenen asansörde tam kuvvet dengesiyle bulunur.
Her basit modelin bir geçerlilik aralığı vardır. Basınç, hız, derinlik, sıcaklık veya genlik çok büyütüldüğünde ilk hangi varsayımın bozulacağını sormak gerekir. Modelin sınırlarını belirtmek, ana bağıntıyı vermek kadar bilimsel açıklamanın bir parçasıdır.
Modelin sınırları
Newton mekaniği makroskopik cisimlerde ve ışık hızından çok küçük hızlarda olağanüstü başarılıdır. Göreli hızlarda özel görelilik, atomik ölçekte kuantum mekaniği gerekir.
Son olarak büyüklük mertebesi ve sınır durum kontrol edilir. Bir parametre sıfıra indirilir ya da iki katına çıkarılırsa öngörülen değişim mekanizmayla uyumlu olmalıdır. Bu basit kontrol yanlış işaret, birim veya orantıyı daha karmaşık analize geçmeden ortaya çıkarabilir.
Alıştırmalar
Alıştırma 1
4,0 kg cisme sağa doğru 12 N net kuvvet etkiyor. a nedir?
Çözüm: 3,0 m·s⁻² sağa.
Alıştırma 2
Kitap masada duruyor. Net kuvvet nedir?
Çözüm: Sıfır; normal kuvvet ağırlığı dengeler.
Alıştırma 3
Roket gazı geriye atıyor. Üçüncü yasa çifti nedir?
Çözüm: Gaz rokete eşit büyüklükte ileri yönlü kuvvet uygular.