2.1 Introduktion till mekaniken - Newtons tre lagar
FörberedandeFysik
| Teori | Övningar |
Mål och innehåll
Innehåll
- Fysikens bakgrund och program
- Fysikaliska storheter
- Krafter
- Newtons tre lagar
Läromål
Efter detta avsnitt ska du ha lärt dig att:
- Definiera fysikalisk storhet.
- Redogöra för SI-systemet, mätetal och enheter, grundstorheter och grundenheter samt härledda enheter.
- Skilja mellan storhet, enhet och mätetal.
- Ställa upp och räkna ut härledda enheter från grundenheter samt tiopotenser (talfaktorer) i enheter.
- Redogöra för kraftbegreppet, olika typer av grundläggande krafter och växelverkan samt fenomenologiska krafter.
- Redogöra för begreppet massa samt samband mellan kraft, massa och acceleration.
- Beskriva vad Newtons tre lagar innebär för en kamrat som inte läst fysik.
- Skilja mellan tyngd och massa.
- Ställa upp och räkna ut kraft och acceleration med Newtons andra lag.
- Skilja mellan modell och verklighet.
- Förklara varför fysiken är viktig i samhället
- Värdera olika synsätt och föreslå en "bästa" metod för att med observationer, mätningar och modeller beskriva vår omvärld.
FÖRFATTARE: Göran Karlsson, KTH Mekanik
Fysikens bakgrund och program
Fysiken har en lång historia. Redan Galileo Galilei lade på 1600-talet grunden till fysiken som en experimentell vetenskap där idéer och experiment samverkar med teori (teoretisk fysik) för att urskilja tillförlitlig kunskap.
Gallileo Gallilei, målning av Justus Sustermans (1636).
Fysiken arbetar med teorier, modeller och experiment. Genom resultat från experiment sammanställs kunskapen i en teori och genom att jämföra beräkningar från olika matematiska modeller man gör av sitt experiment, undersöker man hur väl teorin och modellen överensstämmer med verkligheten. Ofta får man därvid förändra teorin och modellen till dess teorin och modellen kan beskriva verkligheten.
Fysikaliska storheter
Fysikalisk storhet eller kort storhet är ett viktigt begrepp i fysiken. En storhet är en egenskap som kan mätas eller beräknas. I klassisk fysik kan storheterna entydigt mätas med hjälp av någon mätmetod och en sådan storhet sägs då vara operationellt definierad. I kvantmekaniken arbetar man även med storheter som inte är operationellt definierade; de storheter som i kvantmekaniken kan definieras operationellt kallas observabler.
Krafter
Fyra typer av grundläggande krafter eller växelverkningar finns:
- Gravitationskraften
- Elektromagnetiska kraften
- Stark växelverkan
- Svag växelverkan
Samverkan mellan flera av de grundläggande krafterna eller approximationer till dessa ger upphov till fenomenologiska krafter att använda i olika modeller:
- Tyngdkraft
- Friktionskraft
- Normalkraft
- Elastisk kraft
- etc.
Newtons tre lagar
Newtons första lag (tröghetslagen): Varje kropp förblir i vila eller likformig rörelse om och endast om den inte av krafter tvingas ändra sitt rörelsetillstånd.
Newtons andra lag (kraftlagen, kraftekvationen): Varje kropp som påverkas av en kraft \displaystyle \mathbf F erhåller en acceleration \displaystyle \mathbf a som är direkt proportionell mot kraften: \displaystyle \mathbf F = m \mathbf a samt omvänt proportionell mot kroppens massa \displaystyle m dvs: \displaystyle \mathbf a = \mathbf F/ m.
Newtons tredje lag (lagen om verkan och motverkan): Mot varje kraft på en kropp svarar en lika stor men motsatt riktad kraft på en annan kropp.
Råd för inläsning
Lästips
- Läs först i HEUREKA! Fysik kurs 1 kap 1 Fysik sid 8–18, kap 2:2 Tyngdkrafter sid 21-22 samt kap 11:4–11:7 Kraft och rörelse sid 254–262.
- Läs därefter i HEUREKA! Fysik kurs 2 kap 1 Utforska världen sid 8-10 samt sid 377 i HEUREKA! Fysik kurs 1.
- Om storheter och krafter
- Läs ordentligt i HEUREKA! Fysik kurs 1 sid 10 Vetenskapens metoder, sid 15–16 Potenser och prefix samt sid 12 Grundenheter och härledda enheter.
- Om Newtons lagar
- Läs ordentligt i HEUREKA! Fysik kurs 1 sid 254-259 Tröghetslagen - Newtons första lag, Kraft, massa och acceleration samt Kraftekvationen - Newtons andra lag.
