TYTUŁ: Pierwsza zasada dynamiki Newtona

Pierwsza zasada dynamiki Newtona (zasada bezwładności Galileusza)

W tym filmie, chciałbym porozmawiać o pierwszej zasadzie dynamiki Newtona

To jest przekład pierwszej zasady dynamiki Newtona z języka łacińskiego na angielski

Pierwsza zasada: Stanem naturalnym ciała jest jego spoczynek.

Więc ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym

o ile nie zostanie zmuszone do zmiany swego stanu przez działanie siły.

Inaczej można powiedzieć, że jeżeli jest coś, co utrzymuje ciało

w spoczynku lub sprawia, że porusza się ono ze stałą prędkością

dopóki nie zostanie zmuszone do zmiany swojego stanu przez siłę, dopóki nie oddziałuje na nie żadna siła

w szczególności niezrównoważona siła, wyjaśnię to za sekundę.

Jeżeli mam coś, co jest w spoczynku, całkowicie w spoczynku

Mam..., to jest coś co widzieliśmy wcześniej. Powiedzmy, że mam kamień.

Mam kamień leżący na trawie

Obserwuję ten kamień i jest mało prawdopodobne, aby on się poruszył, zakładając, że nic się z nim nie dzieje.

Jeżeli nie ma żadnej siły działającej na ten kamień, kamień ten pozostanie w tym miejscu.

Pierwsza część jest zatem oczywista: stanem naturalnym ciała jest jego spoczynek.

Nie zamierzam robić drugiej części, chyba że jest jakaś siła przyłożona do ciała.

Zatem, kamień pozostanie w spoczynku, dopóki nie zacznie działać na niego jakaś siła.

Dopóki ktoś nie spróbuje go popchnąć lub przetoczyć lub czegokolwiek z nim zrobić.

Mniej intuicyjna w pierwszej zasadzie dynamiki Newtona jest jej druga część

Każde ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym

o ile nie zostanie zmuszone do zmiany swego stanu przez działanie siły.

To jest pierwsza zasada dynamiki Newtona. Zwróćmy uwagę na tę stronę ekranu.

Tu jest Newton.

Jeżeli to jest pierwsza zasada dynamiki Newtona to dlaczego mam tu to duże zdjęcie tego gościa?

Powód jest taki, że pierwsza zasada dynamiki Newtona jest w rzeczywistości przekształceniem teorii bezwładności tego gościa.

I ten gość - inny tytan cywilizacji, naprawdę - to jest Galileo Galilei

I to on jako pierwszy sformułował teorię bezwładności

a Newton przekształcił ją nieznacznie i "zapakował" w swoje prawa.

Ale zrobił wiele, wiele, wiele innych rzeczy

Powinieneś zatem przypisać Galileuszowi pierwszą zasadę dynamiki Newtona

Dlatego też zrobiłem go większego.

Ale byłem w środku myśli!

Jeżeli rozumiemy, że coś jest w spoczynku i pozostanie w spoczynku dopóki nie działa na nie jakaś siła.

W niektórych definicjach pojawia się "dopóki nie działa niezrównoważona siła"

Używamy słowa "niezrównoważona", ponieważ na ciało mogą działać dwie siły

i mogą się one równoważyć.

Na przykład: mogę pchać z tej strony kamień z pewną siłą

i jeżeli Ty będziesz pchał z tej strony kamień z tą samą siłą, kamień nie poruszy się

Mógłby się poruszyć tylko wtedy, jeżeli z jednej strony działałaby większa siła niż z drugiej strony.

Zatem jeżeli masz niezrównoważoną siłę

Jeżeli masz tonę - i może kamień nie będzie tu dobrym przykładem

Weźmy lód, ponieważ lód łatwiej jest przesunąć

Lub lód na lodzie

Zatem tu mamy lód i tu mam inny blok lodu, leżący na szczycie tego lodu

Tak więc kolejny raz zapoznajemy się z ideą: jeżeli nie działa żadna siła, lód nie poruszy się

Ale co się stanie, jeżeli pchnę lód z pewną siłą z tej strony

I ty będziesz pchał lód z tej strony z taką samą siłą?

Lód nadal nie będzie się ruszał

Tak więc tu mamy do czynienia ze zrównoważoną siłą

Zrównoważoną siłą

Jedyną możliwością, aby lód zmienił stan, żeby zmienił swój stan ze stanu spoczynku, jest działanie niezrównoważonej siły

Tak więc, jeżeli przyłożymy z jednej strony nieco większą siłę, tak że będzie ona przeważać siłę działającą z tej strony

Wtedy zobaczysz, że bryła lodu zacznie się poruszać, zacznie przyspieszać w tym kierunku

Myślę, że ta część jest oczywista: coś co jest w spoczynku, pozostanie w spoczynku dopóki nie zostanie poddane

działaniu niezrównoważonej siły

To co jest mniej oczywiste w tej idei, to jest to, że coś porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym

Inaczej mówiąc, coś porusza się ze stałą prędkością

stałą prędkością

On mówi, że coś co ma stałą prędkość, będzie miało stałą prędkość

dopóki nie zostanie poddane działaniu niezrównoważonej siły

I to jest mniej intuicyjne, ponieważ wszystko w naszym ludzkim doświadczeniu

nawet jeżeli popchnę bryłę lodu, ostatecznie ona się zatrzyma

Nie będzie się ona poruszać bez końca, nawet zakładając, że to pole lodowe jest nieskończenie długie

Ten lód w końcu się zatrzyma. Lub jeżeli rzucę piłeczkę tenisowa, piłeczka ta w końcu się zatrzyma

W końcu ona znieruchomieje. Lub jeżeli potoczę kulę do kręgli lub cokolwiek innego!

Nigdy nie widzieliśmy w naszym życiu... wygląda na to, że wszystko w ostateczności się zatrzymuje

Jest to bardzo nieintuicyjną rzeczą powiedzieć, że coś co jest w ruchu będzie w ruchu w nieskończoność

Ludzka intuicja podpowiada, że jeżeli chcesz utrzymać coś w ruchu

musisz działać większą siłą, włożyć więcej energii, aby utrzymać to w ruchu

Twój samochód nie ruszy dopóki nie zajdzie proces spalania paliwa w silniku i pochłanianie tej energii

Tak więc co oni mówią?

Wszystkie przykłady - i myślę, że jest to świetny wgląd dla wszystkich

ludzi - że wszystkie te rzeczy mogłyby bez końca

piłka mogłaby się toczyć bez końca, klocek mógłby się poruszać w nieskończoność

gdyby nie istniały niezrównoważone siły, zatrzymujące je.

W przypadku lodu, pomimo że nie ma dużego tarcia pomiędzy lodem na lodzie

Występuje tarcie pomiędzy nimi

I w tej sytuacji widzisz, że siła tarcia

działa przeciwnie do kierunku ruchu lodu

Tarcie zachodzi na poziomie atomów

Tak więc masz cząsteczki wody w sieci krystalicznej bryły lodu

i tu są cząsteczki wody w sieci krystalicznej lodu, dlatego bryła lodu przemieszcza się

Uderzają i ścierają się ze sobą

pomimo, że są gładkie, są tu niedoskonałości

Uderzając i ścierając się ze sobą wytwarzają ciepło

i to wpływa na spowalnianie ruchu

Tak więc występuje siła tarcia, przyłożona w tym miejscu i dlatego to zatrzymuje się

I występuje tu nie tylko siła tarcia, masz również opór powietrza

Klocek zderza się z cząsteczkami powietrza

nie jest to dostrzegalne gołym okiem, ale przyczynia się to do uniemożliwienia ruchu w nieskończoność

To samo dzieje się z piłką podrzucaną w powietrze

Oczywiście w pewnym momencie spadnie na ziemię, przyciągana siłą grawitacji, tak więc jest to jedna z sił działająca na nią

ale kiedy spadnie na ziemię, nie będzie się toczyć w nieskończoność, ponieważ uniemożliwi jej to siła tarcia

Zwłaszcza jeżeli tu rośnie trawa, to trawa ta będzie hamowała jej ruch

I znajdując się w powietrzu będzie spowalniana, nie będzie jednak poruszać się ze stałą prędkością

ponieważ cząsteczki powietrza będą uderzać w nią

wywierając siłę spowalniającą jej ruch

To co było genialnego w tych facetach, to to , że mogli wyobrazić sobie rzeczywistość

gdzie nie masz grawitacji, gdzie nie masz powietrza, które spowalnia

i oni potrafili wyobrazić sobie taką rzeczywistość, coś, co po prostu pozostaje w ruchu

Galileo był prawdopodobnie dobry w myśleniu o takich rzeczach

ponieważ studiował orbity planet

i prawdopodobnie wysnuł teorię, że może tam nie być powietrza

i dlatego może ruch planet odbywa się po orbitach

I powinienem powiedzieć ich prędkości, ponieważ ich kierunek się zmienia

Ich prędkości nigdy nie maleją, ponieważ nie ma niczego w przestrzeni, co właściwie mogłoby te planety spowalniać

Mam nadzieję, że jest to dla Ciebie tak samo fascynujące jak dla mnie

ponieważ na pewnym poziomie jest to bardzo oczywiste, ale na pozostałych poziomach nie jest to już takie oczywiste

w szczególności stwierdzenie "poruszać się ruchem jednostajnym prostoliniowym"

I żeby ta część była jasna, jeżeli nie ma grawitacji i nie ma powietrza

gdybyś rzucił piłkę, piłka ta leciała by w tym kierunku w nieskończoność

dopóki jakaś niezrównoważona siła nie zatrzymałaby jej

Inny sposób myślenia o tym i ten przypadek możesz zaobserwować w codziennym życiu

jeżeli jestem w samolocie, który porusza się ze stałą prędkością

i nie występują żadne turbulencje

Tak więc siedzę w samolocie w tym miejscu i leci on ze stałą prędkością

zupełnie gładko, nie ma żadnych turbulencji

Nie mógłbym stwierdzić czy samolot się porusza nie patrząc w okno

Załóżmy, że samolot ten nie ma żadnych okien i leci ze stałą prędkością

i nie ma żadnych turbulencji i powiedzmy, że nie mogę słyszeć czegokolwiek

Tak więc nie słyszę silników

Nie ma takiej możliwości, abym czuł, czy samolot się porusza

ponieważ z mojego punktu odniesienia, wygląda to zupełnie identycznie

jakby samolot spoczywał na ziemi

i można pomyśleć inaczej o tym, jest to bardzo intuicyjne, że są to podobne stany

ruch ze stałą prędkością i spoczynek

Nie możesz w rzeczywistości powiedzieć czy jesteś w jednym czy w drugim stanie