1 й закон ньютона формула: Что такое первый закон Ньютона? (статья)

Раздел динамики. Три закона Ньютона. Закон всемирного тяготения – StudyWay

В настоящее время ЕГЭ по физике проходит в виде решения задач. Задание, содержащиеся в КИМах определяются согласно кодификатору элементов содержания и требований к подготовке выпускников к проведению ЕГЭ.
Для успешной подготовки к ЕГЭ, в этой статье рассмотрена физика, а именно раздел динамики, включая формулы для подготовки к ЕГЭ, статья охватывает следующие темы:
– Первый закон И. Ньютона;
– Второй закон И. Ньютона;
– Третий закон И. Ньютона;
– Закон всемирного тяготения;
– Сила упругости. Закон Гука.
Приступим к изучению тем и примеров решения задач.
В динамике выделяют три закона открытых И. Ньютоном, они позволяют определить движение для любой системы.
Первый закон Ньютона

Первый закон открыт в конце 17 века. Закон звучит следующим образом: существуют инерциальные системы отсчёта, в которых тела движутся равномерно и прямо по линии, если на них не оказывают влияние другие силы.
Закон инерции: в случае, когда на тело не оказывают влияния внешние воздействий, то у данного тела сохраняется состояние покоя. Это значит, что все тела могут оставаться в первоначальном состоянии, то есть если тело находится в движении, то оно будет в таком же состоянии. Если оно неподвижно, то продолжает стоять без изменений, пока не появится сила, заставляющая его двигаться.
Инерциальной системой отсчёта называют систему, находящуюся в состоянии движении или покое.
Неинерциальной системой называют движущуюся с ускорением систему.
Инерциальными считаются системы, находящиеся в состоянии покоя или движения, при этом, движение должно быть равномерным и прямолинейным.
Неинерциальными считаются системы, имеющие ускорение.
Существует также гелиоцентрическая модель отсчёта, в ней начало координат совмещено с солнцем.
Первый закон Ньютона не содержит формул, поэтому рассмотрим примеры:
– Наиболее популярным объяснением является резкое торможение. Тело движется в направлении автомобиля, поэтому при резком торможении автомобиль сильно дёргается. Если же автомобиль плавно затормозит, соответственно, его движение будет нерезким;
– Движение наверх и вниз. Американские горки поднимаются наверх за счёт накопленной потенциальной энергии при крутом спуске.
Второй закон Ньютона

Второй закон открыт около 1666 года, он гласит: В инерциальных системах отсчёта ускорение, приобретаемое материальной точкой, является пропорциональным вызывающим его силам. Силы для ускорения предмета зависят от его массы.
Ньютон нашёл общее между ускорением и силой, F– сила, действующая на тело, масса – m, ускорение –a.
Важно помнить о том, что:
– Этот закон называют основополагающим в разделе динамики;
– Тело подразумевает точку, её движение находят в инерциальной системе отсчёта.
Формула второго закона: ma = F, F = ma.
Пример. При попытке пнуть мяч, мы выбираем направление, в котором он должен полететь. Чем больше силы мы вкладываем в пинок, тем дальше он будет лететь.
Рассмотрим ещё один пример – толкать автомобиль. 2
m = 50 кг.
Помним формулу второго закона: F = mа. Далее подставляет известные значения.
F = 50 кг * 0,6 = 30 H.
Ответ: F = 30 H.
Третий закон Ньютона

Третий закон открыли в 1725 году: действию F всегда есть противодействие, то есть взаимодействия двух дел равны и направлены по прямой в противоположные стороны. Формула: F12 = -F21.
Пример. Для строительства моста нужно высчитать нагрузку. Данную нагрузку можно узнать с помощью третьего закона. При этом, на мост давят держащие опоры, поэтому строительство ведётся по определённой схеме, которая рассчитывает большую выносливость.
Рассмотрим пример решения задачи: на стуле стоит портфель. На него действуют силы равные 500 H. Согласно третьему закону сверху на него действует та же сила, равная 500 H.
Следует, что F1 = F2. То есть, чем больше масса тела, тем меньше его ускорение.
Следует помнить о том, что третий закон применяется исключительно в инерциальных системах отсчёта.
Закон всемирного тяготения
В школьной программе изучение закона всемирного тяготения при подготовке к ЕГЭ является важной темой. Издавна люди смотрели на звёзды и понимали, что ими что-то движет. Но люди не догадывались, что притяжением управляет один закон. В 1687 году И. Ньютон открыл закон всемирного тяготения.
Согласно известной всем версии, Ньютон увидел падающее с дерева яблоко. Он стал размышлять о том, что на все тела действует некая определённая сила, которая позволяет им притягиваться к Земле.
Формула данного закона выглядит таким образом: F=G*(m1*m2)/r2. При этом, G – постоянная гравитации, равная 6,67408(31)•10−11. Это величина, которая воздействует на любой объект нашей планеты.
Позднее закон всемирного тяготения стали применять в астрономии и механике, так как с его помощью объясняется процесс движения различных тел. Любой объект будет находиться в невесомости, объясняется это тем, что объект находится в космосе и сила притяжения на него не действует.
Примером закона всемирного тяготения является запуск в космос спутника (это произошло в 1957 году). При этом, спутник постоянно находился в равном расстоянии над Землёй, это обусловлено тем, что наша планета притягивает одинаково в различных направлениях. 2 = 2,4 H
Ответ: 2,4 H.
Сила упругости. Закон Гука

Закон Гука является основным в теории упругости. Немаловажное значение в процессе подготовки к сдаче ЕГЭ по физике имеет тема о силе упругости, открытая Робертом Гуком – английский учёный, данный закон открыл в 1660 году в возрасте двадцати пяти лет.
Закон гласит: сила упругости, которая возникает при растяжении или сжатии тела является пропорциональной значению по изменению длины тела.
Сила упругости – это сила, которая возникает при деформации тела, данная сила возвращает тело в его первоначальное состояние.
При деформации тело пытается вернуться в первоначальное состояние, это объясняется электромагнитным воздействием на молекулярном уровне.
Формула закона: пусть х – упругость тела, тогда Fx = -kx, k – жёсткость тела.
Жёсткость зависит от материала и размера тела, она составляет ньютон на метр (1Н / м). Чем больше жёсткость, тем меньше оно подвержено деформации под воздействием сил. Стоит помнить о том, что закон Гука достоверно применяют при упругой деформации, т. е. деформация должна быть малой. При большой деформации тела длина перестаёт быть прямо пропорциональной силе, а при сильной деформации тело разрушается.
Рассмотрим пример задачи: проволоку разрезали ровно пополам, её жёсткость составляет 90 H/m. Нужно найти жёсткость обеих проволок.
Решение: k = F/x.
Согласно условию задачи, жёсткость пропорциональна длине проволоки.
k1 = 2k = 180 H/m.
Ответ: 180 H/m.
Таким образом, мы рассмотрели одни из важных тем раздела динамики: три закона Исаака Ньютона, закон всемирного тяготения и силу упругости, закон Роберта Гука. Изучив данные материалы по теме и просмотрев примеры решения задач, вы сможете решить схожие задание на ЕГЭ по физике. 

Второй закон Ньютона

Сила – физическая величина, измеряемоя прибором динамометром и характеризующей действие одного тела на другое. Если на тело действует неуравновешенная сила, то такое тело обязательно изменяет свою скорость или направление движения. Другими словами, действие на тело неуравновешенной силы приводит к появлению ускорения.

Возникает вопрос: каким образом сила и вызываемое ей ускорение связаны друг с другом? Какова формула, выражающая связь этих величин?

Ответ на этот вопрос дает второй закон Ньютона: вектор силы, действующей на тело, в инерциальной системе отсчета равен произведению массы на вектор ускорения этого тела.

Чтобы убедиться в справедливости этой формулы, нужно измерить величины F и ma по отдельности, а затем сравнить их численные значения и направления векторов. Сделаем это. Возьмем прибор, представляющий из себя легко вращающийся диск (1). На нем укреплены указатель частоты вращения (2) и толстая линейка (3), одновременно служащая «рельсом» для ролика (4). При помощи нити ролик привязан к динамометру (5). При вращении ролик натянет нить, и динамометр покажет некую силу F, тем бо’льшую, чем быстрее вращается диск.

Вращая диск, мы получим, например, такие данные:

 

	Ролик массой 0,25 кг		Ролик массой 0,5 кг
радиус (R), м	0. 2	0.2	0.2	0.2
период (T), с	1	2	1	2
ускорение (а)	» 8 м/с2	» 2 м/с2	» 8 м/с2	» 4 м/с2
сила (F)	»2 H	»0.5 H	»4 H	»1 H

Рассмотрим, как получились эти числа. Радиус R – это расстояние от ролика до центра диска. Во время вращения диска ролик откатывается по линейке до отметки 20 см. Значит, R = 0.2 м. Период T – это время, за которое диск совершает один оборот. Указатель частоты вращения на рисунке показывает 1 об/с. То есть за секунду совершается один оборот. Следовательно, период T = 1 с. Вычисляя центростремительное ускорение ролика по формуле a = 4p2R/T2, получим: 4 · 3.142 · 0.2 / 12 » 8 м/с2. Именно это число и записано в клетке «ускорение».

Итак, справедливо ли равенство F=ma? Перемножим подчеркнутые числа верхней таблицы. Имеем: 2 Н » 0.25 кг · 8 м/с2. Другими словами, F » ma.

Теперь убедимся, что векторы F и ma сонаправлены. Вспомним, что вектор центростремительного ускорения тела при его равномерном движении по окружности всегда направлен к центру этой окружности. Выясним, куда направлен вектор силы, придающей ролику это ускорение. Вообразим на мгновение, что нить, связывающая ролик и динамометр, вдруг оборвалась. Что произойдет с роликом? Он покатится по линейке и соскочит с диска. Следовательно, нить тянула ролик к оси вращения, не позволяя ему откатиться дальше. Другими словами, вектор F сонаправлен с вектором ускорения.

Таким образом мы подтвердили истинность векторного равенства: F = ma.

Опубликовано в разделах: 9 класс, Законы динамики

Первый закон Ньютона: определение и примеры, уравнение

Первый закон Ньютона гласит, что тело останется в покое или продолжит движение с постоянной скоростью, если на него не действует неуравновешенная сила. Первая часть кажется логичной, поскольку объекты в состоянии покоя обычно не просто начинают двигаться. Однако вторая часть, кажется, противоречит нашему повседневному опыту.

Когда мяч брошен, он не движется вечно. В конце концов он останавливается. Чтобы автомобиль двигался, чтобы мяч останавливался или чтобы самолет оставался в воздухе, необходимо приложить постоянную силу. Чтобы понять первый закон движения Ньютона, вам нужно понять силы, действующие на движущееся тело.

Демонстрация первого закона Ньютона

Первый закон Ньютона в повседневной жизни

В повседневной жизни мы (и другие объекты) испытываем силы сопротивления, будь то гравитация, трение и т.д. Именно они замедляют нас, требуя приложения постоянной силы для продолжения движения.

Представьте себе что-то вроде ледового катка, который представляет собой поверхность с очень небольшим трением. Если вы толкаете хоккейную шайбу, она будет скользить намного дальше, чем по столу (где больше трения). Однако при его взаимодействии со льдом все еще присутствует некоторое трение, поэтому в конце концов он останавливается. Первый закон Ньютона утверждает, что если вы толкнете эту же хоккейную шайбу по поверхности, совершенно свободной от вымысла, она сохранит ту же скорость, с которой она оторвалась от клюшки, и будет продолжать скользить вечно, если на нее не будут воздействовать какие-либо другие силы.

Инерция

Инерция – это величина, которая относится к готовности объектов изменить состояние своего движения.

Инерция — это естественная тенденция объекта оставаться в покое или двигаться с постоянной скоростью вдоль прямой линии.

Инерция

Объект будет иметь инерцию, пропорциональную его массе, измеряемой в килограммах. Это означает, что чем больше масса объекта, тем больше его инерция. Таким образом, масса является количественным измерением инерции объекта, будь то в состоянии покоя или в движении.

Таким образом, первый закон Ньютона можно обобщить как закон инерции. В отсутствие результирующей силы объект останется в своем состоянии движения, будь то в покое или в движении с постоянной скоростью. Сумма нескольких сил, действующих на объект, называется результирующей силой. Если результирующая сила равна нулю, ускорения не будет. Математически это можно смоделировать как F = 0,

Мы будем иметь дело только с системами координат, которые не ускоряются. Их называют инерциальными системами отсчета. Они либо покоятся, либо движутся с постоянной скоростью (ускоряющие системы отсчета). Хорошим примером инерции на работе является падение пассажиров вперед, когда быстро движущийся автобус внезапно останавливается.

Какое значение имеет первый закон Ньютона?

Как обсуждалось ранее, первый закон Ньютона можно рассматривать как закон инерции. Это очень важно — это то, что удерживает вселенную вместе. Если отключить инерцию, все развалится.

Помните, что результирующая сила — это сумма всех сил, действующих на объект. Все рассмотренные здесь силы существуют на Земле. Совсем другое дело в космосе. Поскольку на тела в космосе почти не действует никакая другая сила, они продолжают двигаться и могут двигаться вечно. Итак, первый закон Ньютона дает нам представление о движении тел в пространстве.

Этот же закон позволяет нам разрабатывать автомобили, зная, сколько силы потребуется, чтобы заставить машину двигаться, и сколько потребуется, чтобы остановить ее. Чем тяжелее машина, тем больше силы потребуется. Это относится не только к автомобилям, но и к кораблям, велосипедам, машинам, ракетам и т. д.

Первый закон Ньютона — основные выводы

• Первый закон Ньютона гласит, что тело будет двигаться с постоянной скоростью, если на него не воздействуют на внешней силой.
• Инерция — это естественная тенденция объекта оставаться в покое или двигаться с постоянной скоростью вдоль прямой линии.
• Объект вынужден оставаться в движении, пока не встретит результирующую силу.
• Первый закон Ньютона можно обобщить как закон инерции.
• Если результирующая сила равна 0, ускорения не будет.
• Инерция объекта пропорциональна его массе.

Первый закон Ньютона: утверждение, примеры и уравнение

Что такое Первый закон Ньютона

Первый закон Ньютона гласит, что «Объект в состоянии покоя остается в покое, а объект в движении сохраняет постоянную скорость и движется по прямой, если на него не действует сила» .

Этот закон состоит из двух частей. Одна часть предсказывает поведение объекта в состоянии покоя, а другая часть предсказывает, когда он движется. Согласно первому закону Ньютона,

• Объект в состоянии покоя не может двигаться, если нет силы, заставляющей его двигаться.
• Объект, движущийся с постоянной скоростью, не может остановиться или изменить свою скорость или направление, если на него не действует сила.

Сила, действующая на объект, является внешней и неуравновешенной. Уравновешенная сила не влияет на движение объекта. На изображении ниже показана тележка для покупок в состоянии покоя и в движении.

Первый закон Ньютона

Важность первого закона Ньютона заключается в том, что он объясняет, как движутся объекты и как силы влияют на их движение. Например, футбольный мяч остается в покое, пока игрок не ударит его с силой. Движущийся мяч не остановится, если ему не помешает нога другого игрока или если вратарь не поймает его.

Почему первый закон Ньютона называется законом инерции

Другое название первого закона Ньютона — закон инерции. Причина в том, что инерция — это свойство объекта оставаться в покое или продолжать двигаться с постоянной скоростью и направлением. Например, движущаяся машина резко останавливается. Пассажиры в машине внезапно толкаются вперед. Это потому, что пассажиры находились в инерции движения, пока автомобиль не остановился. По этой причине рекомендуется пристегиваться ремнями безопасности в движущемся автомобиле.

Масса — еще одно свойство, измеряющее инерцию объекта. Объект с большей массой имеет большую инерцию, и его сложно переместить или остановить. Например, баскетбольный мяч легче сдвинуть, чем большой камень, потому что первый имеет большую массу, чем второй. 1. Книга, лежащая на столе Сила гравитации, известная как вес, и ii. Нормальная сила. Однако обе эти силы уравновешивают друг друга, так что на книгу не действует неуравновешенная сила. Именно по этой причине книга остается неподвижной.

2. Космонавты в космосе

Космонавты чувствуют себя в космосе в невесомости, потому что они далеки от влияния земного притяжения. Теперь рассмотрим астронавтов на Международной космической станции. МКС вращается вокруг Земли так, что ее центростремительная сила уравновешивает силу гравитации Земли. Поскольку силы уравновешены, космонавты внутри него чувствуют себя невесомыми.

Когда объект движется

1. Автомобиль

Автомобиль, движущийся по дороге с постоянной скоростью, останавливается при торможении. Тормоз останавливает вращение колес. Трение между колесами и дорогой развивается и останавливает автомобиль.

2. Воздушный шар

Воздушный шар, движущийся по прямой линии, будет продолжать двигаться в том же направлении, пока ветер не унесет его и не изменит направление. Здесь ветер является силой, ответственной за изменение направления воздушного шара. Воздушный шар может остановиться, если он застрял в дереве. Дерево прикладывает силу, необходимую для прекращения движения воздушного шара.

3. Космический корабль

Рассмотрим космический корабль, запущенный в космос. После выработки последнего ускорителя космический корабль самостоятельно дрейфует в межзвездное пространство с постоянной скоростью. Причина в том, что он не находится под влиянием гравитационной силы какой-либо другой планеты и не ощущает никакой силы. Предположим, он приближается к планете. Затем гравитационная сила планеты изменит курс космического корабля, что приведет к изменению его скорости и направления.

Уравнение первого закона Ньютона

Предположим, что на объект действуют несколько сил. Они векторно представлены как F ₁ , F ₂ , F ₃ и т. д. Тогда результирующая сила на объекте определяется векторной суммой всех этих сил.

F _NET = F ₁ + F ₂ + F ₃ …

OR, F _{0123 net} = Σ F _i

Согласно первому закону результирующая сила, действующая на объект, равна нулю.