Co wynika z I zasady dynamiki Newtona?

Pewnie każdy z was zna lub chociaż słyszał treść pierwszej zasady dynamiki Newtona. Dla tych którzy nie mają pojęcia o jaką zasadę chodzi przytoczę jej treść:
“Jeżeli na ciało nie działają żadne siły lub działające siły się równoważą to ciało pozostaje w spoczynku lub dalej porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.”
Hmm ... Pięknie to brzmi, ale tak naprawdę co z tego wynika? Czytając definicję I zasady dynamiki możemy wyciągnąć następujące wnioski:
-Jeżeli siła wypadkowa (liczona na kierunku ruchu ciała) wynosi zero to ciało nie zmienia prędkości.
Lub czytając definicję od tyłu:
-Jeżeli ciało ma stałą prędkość to siła wypadkowa (liczona na kierunku ruchu ciała) wynosi zero.
Fw=0 ⟺v-stałe
Musimy sobie uświadomić, że aby ciało posiadało stałą prędkość to siły muszą się równoważyć, czyli mają tą samą wartość, kierunek, ale przeciwny zwrot. Pierwszą zasadę dynamiki, będziemy stosowali w zadaniach opisujących ruch jednostajny (ruch w którym wartość prędkości jest stała). W celu dokładniejszego zrozumienia, rozwiążmy kilka przykładów.
Zadanie 1
Siła ciągu silnika samochodu wynosi 600N. Porusza się on po linii prostej z prędkością 70km/h. Wyznacz jakie opory ruchu pokonuje samochód w opisanej sytuacji.
Rozwiązanie:
W zadaniu podano, że samochód poruszał się z prędkością 70km/h, czyli cały czas utrzymywał stałą prędkość. Zgodnie z pierwszą zasadą dynamiki, skoro prędkość jest stała to siła wypadkowa na kierunku ruchu jest równa zero. Na pojazd działają następujące siły:
F_1 – siła napędzająca równa sile ciągu silnika 600N (działa równolegle do podłoża).
F_2 – siła oporów ruchu (działa równolegle do podłoża).
(Zapamiętaj: siły oporu ruchu, tarcia zawsze działają w przeciwną stronę niż odbywa się ruch).
F_g – siła grawitacji, którą pomijamy ponieważ działa prostopadle do kierunku ruchu i nie ma wpływu na ruch (nie powoduje zwiększenia siły ciągu, ani siły oporów ruchu).
Obliczając siłę wypadkową (Zapamiętaj: siły działające na jednym kierunku w tą samą stronę dodajemy, a w przeciwną stronę odejmujemy) Wyznaczając siłę wypadkową:
F_w=F_1-F_2
0=600N-F_2
F_2=600N
Odp.: Siły oporu w opisanej sytuacji wynoszą 600N.
Zadanie 2
Kropla deszczu o masie 50mg osiągnęła prędkość graniczną. Wyznacz siły oporu działające na krople.
Rozwiązanie:
Na wstępie powinniśmy wiedzieć co oznacza sformułowanie „osiągnęła prędkość graniczną”. Prędkość graniczna jest to maksymalna prędkość jaką osiąga ciało podczas spadania. Po osiągnięciu jej, ciało porusza się ze stałą prędkością, czyli możemy skorzystać z I zasady dynamiki. Siła wypadkowa na kierunku ruchu kropli będzie równa zero. Rozpatrzmy siły działające na krople w pionie (na kierunku ruchu). Zawsze pionowo w dół na ciało działa siła grawitacji (F_g=m∙g), natomiast opory ruchu (F_o) działają w przeciwną stronę (pionowo w górę).

Wyznaczając siłę wypadkową:
F_w=F_g-F_o
F_w=m∙g-F_o
Masa kropli wynosi 50mg, pamiętaj tą wartość podać w jednostce podstawowej, czyli w kilogramach.
m=50mg=0,00005kg
Przyśpieszenie grawitacyjne na powierzchni Ziemi wynosi w przybliżeniu:
g=10 m/s^2
Po podstawieniu otrzymujemy:
0=0,00005kg∙10 m/s^2 -F_o
F_o=0,0005N
Odp.: Siły oporu działające na krople wynoszą 0,0005N.
Zadanie 3
Silny magnes neodymowy o masie 2g lewituje w polu magnetycznym. Ile wynosi siła magnetyczna działająca na magnes?
Rozwiązanie:
Na wstępie powinniśmy wiedzieć co oznacza sformułowanie „lewituje”. Lewitacja oznacza to, że ciało unosi się nad powierzchnią. W tym przypadku prędkość jest równa zeru, czyli możemy skorzystać z I zasady dynamiki. Siła wypadkowa w pionie będzie równa zero. Rozpatrujemy siły działające na magnes w pionie. Zawsze pionowo w dół na ciało działa siła grawitacji (F_g=m∙g). Natomiast siła magnetyczna (F_m) utrzymuje magnes na pewnej wysokości nad powierzchnią, więc musi działać pionowo w górę.
Wyznaczając siłę wypadkową:
F_w=F_g-F_m
F_w=m∙g-F_m
Masa magnesu wynosi 2g, pamiętaj tą wartość podać w jednostce podstawowej, czyli w kilogramach.
m=2g=0,002kg
Przyśpieszenie grawitacyjne na powierzchni Ziemi wynosi w przybliżeniu:
g=10 m/s^2
Po podstawieniu otrzymujemy:
0=0,002kg∙10 m/s^2 -F_m
F_m=0,02N
Odp.: Siła magnetyczna działająca na magnes wynosi 0,02N.