פיזיקה תיכונית/מכניקה/דינמיקה/מבוא וחוקי ניוטון

הקדמה

עד כה, הפרקים הקודמים עסקו במשוואות מהירות, מקום ותאוצה, והראו איך למצוא בכל רגע את המאפיינים הללו של התנועה. לעומת זאת, הדינמיקה עוסקת בסיבות לתנועה של גופים, ולא לתנועה עצמה.

אבי הדינמיקה היה אייזק ניוטון (1643-1727), שהציג אותה בספרו "היסודות המתמטיים של פילוסופיית הטבע". על שמו של ניוטון נקראה יחידת מדידה של כוחות $N$ (ניוטון).

חוקי התנועה של ניוטון

הבסיס לדינמיקה הוא שלושת החוקים שהעלה ניוטון, הנקראים חוקי התנועה של ניוטון. החוקים עוסקים בסיבות לתנועת הגופים. לפני כן יש להגדיר את המושג כח.

הכוח הוא גודל פיזיקלי וקטורי, מסומן באות הלטינית ${\vec {F}}$ , ויחידת המידה שלו במערכת SI היא ניוטון, שאופן הגדרתה יסוקר בהמשך.

חוק אפס

חוק זה קובע כי כוחות הם וקטורים כלומר: כאשר פועלים כוחות בו זמנית על אותו הגוף הם משפיעים עליו באופן זהה להשפעתו של כוח יחיד השווה לסכום הוקטורים שלהם.

החוק הראשון של ניוטון

כאשר גוף נע במהירות קצובה (מהירות קבועה) בגודלה ובכיוונה, או שהגוף מצוי במנוחה, שקול הכוחות הפועלים על הגוף שווה לאפס.

החוק השני של ניוטון

אם הסכום הוקטורי של הכוחות הפועלים על הגוף (או הכוח השקול שפועל עליו) שונה מ- 0 אז מהירותו של הגוף תשתנה לפי הכלל הבא: ${\vec {a}}={\frac {\sum {\vec {F}}}{m}}$ , כאשר ${\vec {a}}$ הוא וקטור תאוצת הגוף, $\sum {\vec {F}}$ הוא סכום הכוחות הפועלים על הגוף ו- $m$ הוא מסת הגוף.

מחוק זה נובעים מספר דברים:

• תאוצת גוף גדלה ביחס ישר לכוח השקול הפועל עליו, כלומר שככל שעל הגוף פועל יותר כוח, כך מהירותו משתנה בצורה רבה יותר.
• תאוצת הגוף גדלה ביחס הפוך למסתו, כלומר שככל שמסתו של גוף מסוים גדלה, כך קשה יותר לשנות את מהירותו.
• בעזרת חוק זה מוגדרת היחידה ניוטון ($N$) כך:

נסדר מחדש את החוק השני כך: $\sum {\vec {F}}=m{\vec {a}}$ (צורה נפוצה ושימושית מאד)

ומכיון ששני גדלים שווים רק אם יחידותיהם זהות נקבל זהות זאת: $N=kg{\frac {m}{s^{2}}}$ , שמגדירה את היחידה ניוטון.

החוק השלישי של ניוטון

לכל פעולה יש תגובה שווה ומנוגדת. פירוש הדבר הוא שאם גוף א' מפעיל כוח ${\vec {F}}$ על גוף ב', גוף ב' יפעיל על גוף א' כוח השווה בגודלו והפוך בכיוונו לכוח זה $-{\vec {F}}$ .

דוגמה לכלל זה היא תחושת המגע. כאשר אדם נוגע בגוף מסויים הוא מפעיל עליו כוח, ותחושת המגע המלווה לנגיעה נובעת מכך שהגוף מפעיל על האדם כוח בהתאם לחוק השלישי של ניוטון.

הפרק הקודם:	מבוא וחוקי ניוטון	הפרק הבא:
דינמיקה	תרגילים	סוגי כוחות