IX OSA, 10. klass füüsika NEWTONI SEADUSED · 2018-04-21 · IX OSA, 10. klass füüsika NEWTONI SEADUSED Kehade vastastikmõju on nähtus, kus ühe keha kiirus muutub mingi teise

IX OSA, 10. klass füüsikaNEWTONI SEADUSED

Kehade vastastikmõju on nähtus, kus ühe keha kiirus muutub mingi teise keha mõju tõttu.Vastastikmõjus osaleb vähemalt kaks keha ja ühe keha mõjul võib juhtuda midagi teise kehaga.Vastastikmõju tulemusena muutub suurema massiga keha kiirus vähem ning väiksema massiga kehakiirus rohkem. Vastastikmõju tulemusena võib muutuda peale keha liikumiskiiruse ka liikumise suundkui ka keha kuju.

Näited: 1) palli vee alla surumisel tõuseb see vee pinnale; 2) tuul puhub purje pingule ja see paneb laevamööda veepinda liikuma; 3) sportlane sikutab tõstekangi maast lahti; 4) udusulg hõljub õhus kaua ennekui maha langeb, 5) kui kammi viilase riide vastu hõõruda, siis hakkab see paberitükikesi külgetõmbama; 6) Et nael seina läheks, siis tuleb seda haamriga lüüa; 8) kaua haamriga töötamisel, võibtekkida peopessa vill; 8) kui soovid kummipaadist kaldale hüpata, siis võib juhtuda nii, et kukud vette.Olgugi, paadi ja kaldavaheline vahemaa on väike.

Vastastikmõjusid on neli:1) gravitatsioon – mõjutab kõiki kehi. Seega tema mõju ulatus (vahemaa) on väga suur, kuid selletugevus on teiste vastastikmõjudega võrreldes väike.2) elektromagnetiline vastastikmõju – mõjutab kõiki osakesi, millel on elektrilaeng. Tema mõju suurusehk ulatus on kaugele ning selle tugevus on gravitatsioonist suurem.3) nõrk vastastikmõju – mõjutab kõiki elementaarosakesi. Tena mõjuulatus on väga väike (aatomisisemus) ja tugevus on elektromagnetilisest ja tugevast vastastikmõjust väiksem.4) tugev vastastikmõju – mõjutab kõiki osakesi, millel on värvilaeng (kvargid, gluuon). Mõjuulatus onväga väike (aatomi sisemus), kuid tugevus on ülisuur.

Vastastikmõjud võivad olla väga erineva tugevusega. Selleks, et vastastikmõju tugevusi saaks omavahelvõrrelda, on kasutusele võetud füüsikaline suuruks, mida kutsutakse jõuks. Jõud füüsikaline suurus, misväljendab ühe keha mõju teisele kehale, kutsudes esile teisel kehal kiirenduse.Jõud on vastastikumõju mõõt ning tema arvväärtus näitab selle tugevust. Seega on jõud kiirenduse ehkkiiruse muutumise põhjustaja. Jõud on alati vektoriaalne suurus, sest peale arvväärtuse on sel olemas kamõju suund. Jõudu tähistatakse tähega F (ladina keeles fortis, mis tähendab tugev, võimas) ja sedamõõdetakse njuutonites (N). 1 njuuton on selline jõud, mis annab 1 kilogrammise massiga kehalekiirenduse 1 m/s2.

Jõu mõõtmiseks kasutataksedünamomeetrit. Lihtsaimdünamomeeter koosneb vedrust,mida on võimalik mõõdetava jõuabil deformeerida.Dünamomeetriga saab jõu suurustmõõta seal oleva vedru pikenemise(deformeerumise) kaudu.Dünamomeetri töö põhineb vedrustekkiva elastsusjõu mõõtmisel –mida suuremaks muutub vedrudeformatsioon, seda suuremelastsusjõud temas tekib.

Koostanud: Janno Puks, 20181

Dünamomeetrid

Pildiallikad:

http://miljonmiksi.ee/wp-content/uploads/2014/11/27766.jpg

http://opik.fyysika.ee/index.php/exp/display/49433

https://www.google.ee/?gws_rd=ssl#q=elmatik+d%C3%BCnamomeeter

http://www.ronex.ee/Tootekataloog/Muud_mooteriistad.../digitaalne_dunamomeeter_250n_sauter__fk250

Dünamomeetriga jõu mõõtmine:

http://www.miksike.ee/docs/elehed/7klass/5geoloogia/7-5-7-1.htm

https://www.youtube.com/watch?v=twELB8y5vrg

Sageli mõjub ühele kehale korraga mitu jõudu. Samale kehale korraga mõjuvate jõudude summatnimetatakse jõudude resultandiks ehk resultantjõuks (tähis F või R) Kui mõjuvate jõudude suunadon ühesugused, siis saab neid jõud omavahel liita ning keha liigub edasi samas suunas. Kui mõjuvatejõudude suunad on vastassuunalised, siis tuleb suuremast jõust maha lahutada väiksema väärtusega jõud.Kui resultantjõu väärtus on positiivne, siis keha liigub edasi samas suunas. Kui resultantjõu väärtus tulebnegatiivne, siis keha hakkab liikuma endisele liikumissuunale vastandsuunas.

Jooniseallikas: http://opik.fyysika.ee/index.php/book/view/14#71


Erisuunaliste jõudude liitmiseks lihtsaim viis on kasutada rööpküliku reeglit. Selle järgi tulebliidetavatele jõuvektoritele üles ehitada rööpkülik ning viimase diagonaal ongi resultantjõuks. Kuikehale mõjub suurem arv jõude, tuleb esmalt summeerida kaks jõudu ning tulemusele liita samm-sammult ülejäänud.

Joonisteallikad:https://opik.kirsman.ee/gymna/g1/dunamika/

Õppematerjal:http://opik.fyysika.ee/index.php/book/section/10013

Dünaamika on mehaanika osa, mis käsitleb kehade liikuma hakkamise põhjuseid ja kehadevastastikmõjusid. Dünaamika aluseks on Newtoni seadused, mille inglise füüsik ja loodusteadlane IsaacNewton (1643-1727) avaldas ühes oma põhiteoses „Loodusfilosoofia matemaatilised alused” (1687).

NEWTONI I SEADUS EHK INERTSISEADUS

See seadus käsitleb kehade liikumist, kui kehale ei mõju mingi jõud või kui keha kehale mõjuvatejõudude summa on null.

1. KÜSIMUS: Kas on võimalik, et kehale ei mõju mingit jõudu?VASTUS: Ei ole! Ükski liikuv ega paigalseisev keha ei ole maailmas üksinda. Teda ümbritsevad paljudteised kehad, mis mõjutavad tema liikumisolekut. Lisaks mõjub kehale alati gravitatsioonijõud.Seepärast praktikas tulevad sageli ette juhud, kus kehad on küll näiliselt paigal, ent seda seetõttu, et tallemõjuvate jõudude summa on null.

2. KÜSIMUS: Kas keha saab liikuda, kui talle ei mõju mingi jõud?VASTUS: Saab küll! Aga liikuma hakata ei saa see keha seni, kui talle ei ole rakendatud jõudu.

3. KÜSIMUS: Kuul ripub nööri otsas ja on paigal. Miks on kuul paigal ja millised jõud hoiavad tedapaigal?VASTUS: Teda mõjutavad kõige rohkem nöör (täpsemalt nööri elastsusjõud), mis tõmbab kuuliülespoole ja Maa gravitatsioon (raskusjõud), mis tõmbab teda allapoole. Kuna nende koosmõju onvõrdne ja need jõud tasakaalustavad üksteist, siis sel põhjusel ongi antud situatsioonis kuulike paigal.


4. KÜSIMUS: Kui kõrvaldada nöör või Maa, mis siis kuulikesega juhtuks?VASTUS: Kui üks jõud eemaldada või selle mõju vähendada, siis ei oleks enam kuul paigal ja jõud eioleks tasakaalus. Kui nöör kõrvaldada, siis hakkaks kuulike liikuma kiirendusega Maa suunas. Kuikõrvaldada Maa, siis hakkaks kuulike liikuma kiirendusega nööri suunas.

5. KÜSIMUS: Pall seisab horisontaalsel siledal põrandal paigal, sest talle mõjuvad põranda elastsusjõudja raskusjõud (gravitatsioonijõud) on tasakaalus. Kui inimene lükkas palli, siis see hakkas veerema. Mispalliga edasi juhtub ja miks nii juhtub?VASTUS: Pall veereb siledal horisontaalsel põrandal ühtlaselt sirgjooneliselt, kuid tema kiirus hakkabaja jooksul vähenema, kui ta jääb seisma. Pallile mõjus liikumapanev jõud seni, kui inimese käsi oli palliküljes. Palli kiirus vähenes kuni peatumiseni, sest palli liikumist hakkas takistama palli ja põrandavaheline hõõrdejõud )lisaks ka mingil määral õhutakistusjõud).

6. KÜSIMUS: kui inimene on pannud palli veerema siledal pinnal ja hõõrdejõudusid ei oleks, siis mispalliga juhtuks?VASTUS: Sel juhul jääks pall igavesti liikuma sirgjooneliselt muutumatu kiirusega, sest põrandaelastsusjõud ja raskusjõud on tasakaalus.

NEWTONI I SEADUS: On olemas sellised taustsüsteemid, kus keha seisab paigal või liigub ühtlaseltsirgjooneliselt seni, kuni sellele kehale ei mõju üksi jõud või kui kehale mõjuvate jõudude summa onnull (ehk kompenseerivad üksteist).

Antud näidetes kuuluvad taustsüsteemide hulka Maaga seotud taustsüsteem ja Maa suhtes ühtlaseltliikuvad taustsüsteemid. Nähtust, kus kehal on omadust säilitada oma liikumise kiirus jäävana pärastteiste kehade mõjude lõppemist, nimetatakse inertsiks (ladina keeles – inertia, mis tähendabliikumatust, tegevusetust, loidust). Seepärast nimetatakse Newtoni I seadust ka inertsiseaduseks jasellega seotud taustsüsteeme, kus see seadus toimib, inertsiaalsüsteemideks. Inertsiaalsetekssüsteemideks võib tinglikult lugeda kõiki Maaga seotud taustsüsteeme ja kõiki Maa suhtes kiirendusetaliikuvate kehadega seotud taustsüsteeme (kiirendus on null). Inertsiaalsüsteemide suhtes kiirendusegaliikuivaid taustsüsteeme nimetatakse mitteinertsiaalseteks taustsüsteemiseks. Näiteks vaguniga seotudtaustsüsteemis Newtoni I seadus ei kehi, sest vagunis sõidu ajal veerenud pall veereb vagunipidurdamisel edasi.

INERTSUS

Inerts on keha omadus, säilitada oma liikumisolek (liikumine või paigalseis) püsivana, kuni kehalerakenduvad mingid jõud seda olekut ei muuda. Kui keha on paigal, siis see püüab jääda paigale ja kuikeha liigub, siis see püüab säilitada oma liikumist. Seega kui kehale ei mõju teised kehad, siis ta liigubkiirenduseta! Inertsus seisneb selles, et keha kiiruse muutmiseks mingi suuruse võrra peab teise kehamõju esimesele kehale kestma teatud aja. Mida suurem on see aeg, seda inertsem on keha. Inertsustväljendavaks suuruseks on keha mass.

Mida suurem on keha inertsus, seda suurem on keha mass ja seda aeglasemalt muudab keha kiirust.Seepärast on suure inertsusega kehade kiirust raskem muuta. Näiteks auto ja bussi kokkupõrkel nihkubpeale kokkupõrget rohkem paigast auto, kuna see oli väiksema massiga. Kui kehal on väga suur mass,siis seda rohkem peame rakendama jõudu, et muuta tema liikumisekiirust ja/või suunda.


Seisva sõiduki äkilisel liikumahakkamisel püüab inertsi tõttu keha säilitada oma paigalseisvat olekut ehkkeha tahab jääda oma esialgsele kohale, mistõttu startivas sõiduvahendis nihkub keha tagasi. Liikuvasõiduki äkilisel pidurdamisel tahab keha inertsi tõttu oma liikumise kiirust säilitada, mistõttusõiduvahendi pidurdamisel liigub keha edasi. Kui eirata ükskõik milliseid loodusseaduseid, siis võib seeõnnetusi põhjustada.Jooniste allikas: https://www.animatorisland.com/pyhsics-in-animation-the-law-of-inertia/

Massi saab mõõta kaalumise teel. Mass on kehas sisalduv ainehulk. Ükskõik, kus keha ka ei asuks jakuidas ta ei liiguks, siis tema mass jääb alati ühesuguseks! Mistahes massiga keha võib sattuda kaalutaolekusse. Kehade masse saab alati võrrelda kehade poolt saadavate kiirenduste võrdlemise teel.Väikestel kiirustel on mass muutumatu, kuid valguse kiirusel (300000 km/s) suureneb keha massmärgatavalt! Keha massi mõõtühikuks on määratud SI-süsteemis 1 kg. 1 kg võrdub 1 liitri vee massiga+4 0C juures.Keha kaal on jõud, millega keha mõjub alusele või venitab riputusvahendit. Keha kaalu võib käsitledaka jõuna, millega planeet Maa enda poole kehasid tõmbab.


Õppevideod:https://www.youtube.com/watch?v=erghLWXDScI&t=33shttps://www.youtube.com/watch?v=1XSyyjcEHo0https://www.youtube.com/watch?v=OHw80HXSuAQhttps://www.youtube.com/watch?v=tMN36z8Zz4U https://www.youtube.com/watch?v=8zsE3mpZ6Hw

Newtoni I seadus koos katsetegahttps://www.youtube.com/watch?v=iiUzRKW_4lwhttps://www.youtube.com/watch?v=Za3DGUEpW2Uhttps://www.youtube.com/watch?v=pxWHWOYVov4


NEWTONI II SEADUS EHK DÜNAAMIKA PÕHISEADUS

Kui keha kiirus (ja sageli ka liikumise suund) muutub, siis see viitab asjaolule, et kehale pidi mõjumamingisugune jõud või mingisugused jõud.

Tasakaaluliikuri liikumapanekuks ja jalgratta liikumissuuna muutmiseks on vajalik neile rakendadamingisugust jõudu.

Pildiallikad:https://www.cnet.com/how-to/buy-a-hoverboard/ http://sport.delfi.ee/news/jalgrattasport/uudised/mmi-rada-valmistas-nibalile-ullatuse-viimane-magi-on-nagu-magiratta-kestvussoit?id=81541559

Kiiruse muutumist iseloomustab kiirendus, mis näitab kui kiiresti keha liikumiskiirus muutus ühessekundis. Newtoni II seaduse sisu on sellest lähtualt järgmine: Kiirendus on võrdeline kehale mõjuvajõuga ja pöördvõrdeline keha massiga.

a - kiirendus m/s2

F - jõud (N)m – keha mass (kg)

Tegelikult väljendatakse Newtoni teist seadust teisel kujul, kus jõud on selline keha kiirendavfüüsikaline suurus, mis on võrdeline keha masssi ja kiirenduse korrutisega.

Selle valemi kasutamisel ei tohi siiski segamini ajada põhjust ja tagajärge, sest mitte jõud ei olepõhjustatud ehk ei sõltu kiirendusest, vaid kiirendus sõltub jõust.

Seega võib kokkuvõtlikult järeldada Newtoni teisest seadusest, et jõud muudab kehade liikumise kiirustja paneb need liikuma kiirenevalt. Mida suurem jõud ja väiksema massiga on keha, seda suuremakiirendusega kehad liikuma hakkavad.


Kui lüüa pisikest piljardipalli teatud väärtusega jõuga, siis see hakkab kiiresti liikuma järjest suuremakiirusega ehk kiirenevalt. Kui rakendada samasuguse väärtusega jõud keeglikuulile (bowlingukuulile),siis selle liikumise kiirendus on märkimisväärselt väiksem võrreldes piljardipalli kiirendusega, kunakeeglikuuli mass on suuremPildiallikad:https://www.tutorialspoint.com/billiards/how_to_play_billiards.htm https://www.groupon.com/articles/bowling-tips-how-to-bowl-better


Õppevideod:https://www.youtube.com/watch?time_continue=95&v=nO7XeYPi2FU

https://www.youtube.com/watch?v=EeT2yew0oDA

https://www.youtube.com/watch?v=qu_P4lbmV_I

https://www.youtube.com/watch?v=M6iI5T3Yzbo

https://www.youtube.com/watch?v=iwP4heWDhvw

NEWTONI III SEADUS EHK MÕJU JA VASTASTIKMÕJU SEADUS

Kehade mõju teiseteisele on vastastikune. Kui ühele kehale mõjub mingi jõud, siis peab eksisteerimakuskil mingi teine keha, kes selle jõu tekitas. Mõlemad kehad mõjutavad teineteist jõuga ja selle mõjulmuutub mõlema keha kiirendus. Kehade kiirenduste absoluutväärtuste suhe võrdub nende massidepöördsuhtega.

Sellest järeldub, et


Kuna vastastikmõju tulemusena omandatud kiirendused on vastassuunalised, siis sellest lähtuvalt saabvalemi kirjutada selliselt:

Siit järeldub, et keha ja massi kiirenduse korrutis võrdub kehale mõjuva jõuga.

Seega on jõu avaldamiseks vaja kahte keha ning nende paarikaupa ilmnevate jõudude suuruse ja suunapaneb paika Newtoni III seadus:Kaks keha mõjutavad teineteist absoluutväärtuselt võrdsete ühel sirgel mõjuvate, kuidvastassuunaliste jõududega. Ehk igale mõjule on võrdne ja vastassuunaline vastumõju.

Newtoni III seadus kehtib nii liikuvate kui ka seisvate kehade puhul. Siiski vastassuunaliselt ja suuruseltvõrdsed jõud ei tasakaalusta teineteist, kuna need jõud mõjuvad erinevatele kehadele. Kui näiteks üksjõud on mõjuv jõud, siis teiseks jõuks on vastumõjuv jõud.

Näiteks väljuvad startivast raketist suure rõhu all põlevad gaasid maapinna poole. Põlevad gaasidsuruvad samal ajal raketti maapinna suhtes vastupidises suunas ja tõstavad raketti õhku. Kui surumejalgadega vastu maad, siis tõukab maapind meid tagasi ja me lendame (hüppame) õhku. Meie jalgadejõud liigutab ka planeeti Maad allapoole, kuid see mõju on üliväike.

http://www.physicsclassroom.com/class/newtlaws/Lesson-4/Newton-s-Third-Lawhttps://www.pinterest.com/pin/115686284151409335/

Õppematerjalid:http://opik.fyysika.ee/index.php/book/section/1287

http://opik.fyysika.ee/index.php/book/view/14#/section/1887


Õppevideod

https://www.youtube.com/watch?v=gBNnl_39b0s

https://www.youtube.com/watch?time_continue=188&v=JGO_zDWmkvk

https://www.youtube.com/watch?v=qLZC-2veBIs

https://www.youtube.com/watch?v=6SA8-E2X7Xg

https://www.youtube.com/watch?v=hvX_mWdpsfI

https://www.youtube.com/watch?v=y61_VPKH2B4

https://www.youtube.com/watch?v=mNM5tHou4IQ

TÄIENDAV MATERJAL HUVILISTELE (ei ole töös sees)NB! Võimalik uurida iseseisvalt kirjandus- ja internetialllikate põhjal järele olulisem info Isaac Newtonikohta (mis aastatel elas, mis riigi teadlane oli, kus tegutses, milline oli tema panus teadusesse, millistesteadusvaldkondades tegutses, millised olid tema peamised raamatud, mida avastas jne)

Huvilistel läbi lugeda raamat: „Newtoni imeaastad” https://www.rahvaraamat.ee/p/isaac-newtoni-imeaastad/748600/et?isbn=9789985035610http://www.koolibri.ee/download/?action=binary&id=6767

Kuulata läbi eestikeelne raadiosaade Newtonist:https://arhiiv.err.ee/vaata/kooliraadio-isaac-newton

Uuem eestikeelne materjal:http://opik.fyysika.ee/index.php/book/view/63#genericSection4470Isaac Newtoni elu ja looming – küpsus- ja vanadusaastad

Vanem eestikeelne materjal:http://www.ttkool.ut.ee/nupuvere/f/varia42.htmlhttp://www.ttkool.ut.ee/nupuvere/f/varia43.htmlhttp://www.ttkool.ut.ee/nupuvere/f/varia44.htmlhttp://www.ttkool.ut.ee/nupuvere/f/varia45.html

Inglisekeelsed videod:

https://www.youtube.com/watch?v=GvW_Y9sw6hk&t=442s

https://www.youtube.com/watch?v=KUW-xcAbsVY&t=877s

https://www.youtube.com/watch?v=oakEOK9GJcM


KÜSIMUSEDTöös peab vastata oskama alljärgnevatele küsimustele, millele vastused leiad siin eelnevatestpeatükkidest ja õppematerjalidest ja õppevideode läbivaatamise teel.

1) Kehade vastastikmõju (mõiste selgitus, näited, mis seal toimub ja juhtub, millised on tulemused,milliseid seoseid seal saab välja tuua)2) Vastastikmõju liigid (liikide nimetused, milliste osakeste vahel need esinevad, ulatuse ja tugevusevõrdlus teiste vastastikmõjudega)3) Jõud (mõiste selgitus, tähis, ühik, mis vahendiga seda mõõdetakse, kirjelda selle mõõtevahenditööpõhimõtet, too näiteid antud mõõtevahendi kasutusalade kohta argielust) Millistes töökohtades võitegevustes on vaja mõõta mingil põhjusel jõudu ja mis põhjustel seda nad seal mõõdavad? - leiavastused iseseisevalt otsides internetist4) Resultantjõud (mõiste selgitus, resultantjõu väärtuse arvutamine või joonisel kujutamisega ülesanded,millal jõud nõrgendavad või tugevdavad üksteist?)5) Mis on jõu rakenduspunkt?6) Mis on dünaamika ja mis on selle uurimisvaldkonnaks?7) Newtoni I seadus (selle sõnastus, mis on inerts, osata tuua inertsi nähtuse kohta näiteid argielust, osatatuua mõningaid näiteid katsetest, mis on seotud inertsiga, osata kirjeldada inertsi nähtuse toimel seoseidkeha liikumise, keha kiiruse, keha massi, jõu ja ajaga, inertsi nähtuse eiramise korral võimalikeõnnetuste kirjeldamine, mis on keha mass, milline on massi ja kaalu vaheline erinevus, osata kirjeldadaprobleemkatsetes toimuvat ja põhjendada sealseid tulemusi, mis õppevideotes või õppematerjalis ontoodud)8) Newtoni II seadus (selle sõnastus, valem, osata välja tuua selles seaduses seosed jõu, kiiruse,kiirenduse ja massi vahel, vaadata videotes olevaid katseid ning osata neid kirjeldada ja välja tuuapõhjused ja seosed, miks asjad niimoodi toimivad)9) Newtoni III seadus (selle sõnastus, valem, osata tuua selle seaduse kohta näiteid argielust, osatakirjeldada probleemkatsetes toimuvat ja põhjendada sealseid tulemusi, mis õppevideotes võiõppematerjalis on toodud)10) Joonistega küsimused (osata aru saada, mis joonisel toimub, selgitada, miks nii toimub ning osataette aimata koos füüsikalise selgitusega, miks nii peaksid asjad tõenäoliselt juhtuma).


Documents

IX OSA, 10. klass füüsika NEWTONI SEADUSED · 2018-04-21 · IX OSA, 10. klass füüsika NEWTONI SEADUSED Kehade vastastikmõju on nähtus, kus ühe keha kiirus muutub mingi teise