1 закон ньютона где применяется: «Приведите примеры применения первого закона Ньютона в жизни.» — Яндекс Кью - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

Конспект урока “Применение законов Ньютона” физика 10 класс

Конспект урока с использованием ИКТ физика 10 класс

Тема урока «Применение законов Ньютона»

Цели урока:

· образовательная: систематизация знаний по теме “Законы Ньютона”, подготовка учащихся к ЕГЭ;

· развивающая: развитие умений применять теоретические знания для решения практических задач, развитие познавательного интереса, логического мышления;

· воспитательная: воспитание интереса к научным знаниям, истории развития физической науки, к жизни и деятельности учёных, внесших большой вклад в развитие физической науки, коммуникативных качеств при работе в парах, формирование информационной культуры.

Учащиеся должны:

· знать/понимать: понятия (по плану): масса, сила, ИСО, инертность;

законы (по плану):

1, 2, 3 законы Ньютона, принцип относительности Галилея;

явления (по плану): инерции.

· овладеть умениями: применять теоретические знания для решения практических задач.

Тип урока: систематизация знаний.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, интерактивная доска Smart Board и программа Notebook 10

Оформление доски: дата, тема, домашнее задание

Ход урока:

I Организационный момент:

Вступительное слово учителя: В истории есть немного имен и книг, прошедших через века и даже тысячелетия. В архив сложены и забыты многочисленные гипотезы и теории. Но если научные открытия, сделанные давно, оказываются пригодными для решения современных практических задач, то это означает, что они достоверны, ибо ими пройдено самое строгое и жесткое испытание – испытание временем. Именно такими являются законы механики, открытые более трёхсот лет назад гениальным английским учёным

Исааком Ньютоном, применение которых мы с вами сегодня рассмотрим.

Тема нашего урока «Применение законов Ньютона». Откройте тетради и запишите тему урока.

II Входной контроль: учащиеся выполняют задание на интерактивной доске.

1. Установите соответствие:

· между явлениями, изображёнными, на фотографиях и законами механики, объясняющими данные явления, а также математическими выражениями данных законов. Охарактеризуйте каждый из законов по обобщённому плану.

· между физическими величинами и свойствами и их определением.

2. Расставьте на рисунке векторы сил, действующих на автомобиль.

Учитель: Говоря о важности законов механики, мы не можем оставить без внимания учёных, благодаря которым были открыты эти законы.

3. Выступление учащихся, подготовивших сообщения о биографии Галилея и Ньютона (выступления сопровождаются презентациями)

ФИЗМИНУТКА

III Решение вычислительных задач:

Цель: способствовать формированию у учащихся практических умений и навыков решения вычислительных задач, подготовка учащихся к ЕГЭ

(часть А)

1. Решение задач на интерактивной доске

Дано:

m=2160кг

t=30c

S=500м

F-?

Решение:

F=ma

;

2. На тело массой 2160 кг, лежащее на горизонтальной дороге, действует сила, под действием которой тело за 30 секунд пройдет расстояние 500 метров. Найти величину этой силы.

Ответ: 2400 Н

3.Тело массой 4 кг под действием силы приобрело ускорение 1,5 м/с². Какое ускорение приобретает тело массой 10 кг под действием той же силы?

4. Человек, стоя в лодке, тянет к себе с помощью верёвки вторую лодку. Определить пути, пройденные лодками за 10 с, если масса первой лодки с человеком равна 175 кг, а второй – 140 кг. Сила натяжения верёвки 70 Н. Трением пренебречь.

5. Грузовой автомобиль массой 6 т начал движение с ускорением 0,2 м/с². Какова масса груза была погружена на автомобиль, если под действием той же силы тяги он трогается с места с ускорением 0, 1 м/с²?

6. Мальчик, стоя на тележке, тянет к себе с помощью верёвки тележку с силой 50 Н. Определить скорости тележек через 4 с после начала движения, если масса тележки с мальчиком 120 кг, а масса второй тележки 80 кг.

7. Снаряд массой 6 кг при выстреле приобретает скорость 700 м/с. Определить среднюю силу, с которой пороховые газы давят на снаряд, если длина ствола пушки 2 м. Движение снаряда в стволе считать равноускоренным.

8. На тело массой 5 кг действуют силы 3Н и 4Н, направленные на север и восток соответственно. Чему равно и куда направлено ускорение тела?

IV Решение качественных задач:

Цель: способствовать формированию у учащихся практических умений и навыков решения качественных задач, умений проводить качественный анализ физических явлений, законов и теорий, на основе которых объясняется данное явление

Учащимся предлагается обсудить в парах и решить следующие качественные задачи:

1. Используя график зависимости скорости тела от времени, охарактеризуйте действующую на тело силу на различных участках движения.

2. Что произойдёт с быстро скачущим всадником, если лошадь споткнётся? (Всадник упадёт вперёд, так как он будет продолжать движение по инерции)

3. Что произойдёт с шашками, если их поставить друг на друга и быстрым резким движением линейкой выбить нижнюю шашку?

(Нижняя шашка вылетит, а остальные стопкой опустятся. Время взаимодействия линейки со всеми шашками, кроме одной мало. Поэтому все они, кроме нижней, благодаря силе трения покоя и своей инертности, сохранят своё положение.)

4. Заяц, спасаясь от преследований собаки, делает резкие прыжки в сторону. Почему собаке трудно поймать зайца, хотя она бегает быстрее?

5. Почему при сплаве леса большое количество бревен выбрасывается на берег при поворотах реки?

6. Как объяснить, что человек, споткнувшись, падает в направлении своего движения, а поскользнувшись, падает в направлении, противоположном направлению своего движения?

(Это явление легко объясняется на основании первого закона Ньютона. Бегущий человек, споткнувшись, падает в направлении своего движения, так как при этом ноги человека замедляют движение, а туловище сохраняет по инерции прежнее состояние движения. А когда человек поскользнётся, ноги начинают скользить вперед быстрее, а туловище по инерции сохраняет скорость прежней, потому человек падает назад.)

7. Парашютист падает с постоянной по модулю скоростью. Чему равен модуль силы сопротивления воздуха при этом движении?( Движение парашютиста равномерное и прямолинейное, поэтому, на основании 1 закона Ньютона, все силы, действующие на парашютиста, компенсируются. Так как парашютист движется под действием силы тяжести, то сила сопротивления воздуха по модулю равна силе тяжести парашютиста и противоположно направлена)

8. Что произойдёт с плотом, покоящимся на поверхности озера, если находящийся на нём человек начнёт двигаться по периметру плота с постоянной скоростью? Сопротивлением воды пренебречь. (Человек и плот взаимодействуют по 3 закону Ньютона: если человек идёт вперёд, плот движется назад; если он идёт вправо, плот движется влево. В результате – плот должен прийти во вращательное движение в сторону, противоположную движению человека.)

9. Если вы ударите кулаком по столу, то почувствуете боль. Почему бьете вы, а больно вам?

10. Двое стоят на одинаковых тележках. Тянет за веревку один, а в движение приходят обе тележки. Почему?

11. Что вы сделаете, если нужно узнать, какой из двух шаров алюминиевый, а какой – медный? Оба шара имеют одинаковый объём, полые изнутри и окрашены одинаковой краской, нарушать которую нельзя. Шары нельзя взвешивать и опускать в воду. (Шары необходимо привести во взаимодействие. Например, столкнуть их друг с другом и посмотреть, какой шар откатится дальше.

Этот шар менее инертен, значит, он имеет меньшую массу, а так как объёмы одинаковы, значит у этого шара меньшая плотность. Меньшая плотность у алюминия. Следовательно, алюминиевым будет шар, который дальше откатится после удара)

ФИЗМИНУТКА

V Выходной контроль:

1. Учащиеся выполняют тестовые задания в формате ЕГЭ (Тест по теме «Законы Ньютона»)

VI Резюме подведение итогов урока, выставление оценок.

VII Рефлексия оцените своё эмоциональное состояние

Домашнее задание: составить кроссворд по теме «Законы механики»

Заключение:

Заслуга Ньютона состоит именно в том, что он, опираясь на труды своих предшественников, смог отказаться от устаревших, бывших неизменными в течение длительного времени взглядов и создать свою, совершенно новую теорию движения, облечь ее в стройную математическую форму. Знаменитый французский писатель, философ и историк Вольтер написал: “Не так давно в одной знатной компании обсуждался избитый и пустой вопрос: кто был величайшим человеком – Цезарь, Александр, Тамерлан или Кромвель? Кто-то сказал, что таким человеком был, без сомнения, Исаак Ньютон. И он был прав, так как мы должны благодарить Ньютона за то, что он овладел нашим разумом не насилием, а силой правды”

“Был тьмой кромешной мир планет,
Как покрывалами, окутан.
Господь вскричал: “Да будет свет!” –
И в мир тотчас явился Ньютон”.

Решите качественные задачи:

2. Что произойдёт с быстро скачущим всадником, если лошадь споткнётся?

5. Почему при сплаве леса большое количество бревен выбрасывается на берег при поворотах реки?

6. Как объяснить, что бегущий человек, споткнувшись, падает в направлении своего движения, а поскользнувшись, падает в направлении, противоположном направлению своего движения Парашютист падает с постоянной по модулю скоростью. Чему равен модуль силы сопротивления воздуха при этом движении

7. Парашютист падает с постоянной по модулю скоростью. Чему равен модуль силы сопротивления воздуха при этом движении?

9. Если вы ударите кулаком по столу, то почувствуете боль. Почему бьете вы, а больно вам?

10. Двое стоят на одинаковых тележках. Тянет за веревку один, а в движение приходят обе тележки. Почему?

Решите вычислительные задачи (часть I ЕГЭ):

1. Решение задач на интерактивной доске.

3. Человек шестом отталкивает от берега плот,
прилагая усилие 500 Н. За 2 с плот отошел от берега на 1м. Найти массу плота.

4. Тело массой 4 кг под действием силы приобрело ускорение 1,5 м/с². Какое ускорение приобретает тело массой 10 кг под действием той же силы?

5. Человек, стоя в лодке, тянет к себе с помощью верёвки вторую лодку. Определить пути, пройденные лодками за 10 с, если масса первой лодки с человеком равна 175 кг, а второй – 140 кг. Сила натяжения верёвки 70 Н. Трением пренебречь.

6. Грузовой автомобиль массой 6 т начал движение с ускорением 0,2 м/с². Какова масса груза была погружена на автомобиль, если под действием той же силы тяги он трогается с места с ускорением 0, 1 м/с²?

7. Мальчик, стоя на тележке, тянет к себе с помощью верёвки тележку с силой 50 Н. Определить скорости тележек через 4 с после начала движения, если масса тележки с мальчиком 120 кг, а масса второй тележки 80 кг.

8. Снаряд массой 6 кг при выстреле приобретает скорость 700 м/с. Определить среднюю силу, с которой пороховые газы давят на снаряд, если длина ствола пушки 2 м. движение снаряда в стволе считать равноускоренным.

9. На тело массой 5 кг действуют силы 3Н и 4Н, направленные на север и восток соответственно. Чему равно и куда направлено ускорение тела?

Физика 10 класс

Тест по теме «Законы Ньютона» (в формате ЕГЭ, частьI)

Вариант 1

1. На рисунке представлен график зависимости модуля скорости тела от времени для прямолинейно движущегося тела. Равнодействующая всех сил, действующих на тело, равна нулю

На участках AB и СВ
На участках ОА и ВС
Только на участке BC
Только на участке ОА

2. Брусок равномерно перемещается по столу вправо под действием силы F = 2 Н. Чему равен модуль силы трения Fтр и как направлен вектор этой силы?

0
2 Н; вправо
2 Н; влево.
4 Н; вправо.

3. При свободном падении ускорение всех тел одинаково. Этот факт объясняется тем, что

Земля имеет очень большую массу
Сила тяжести пропорциональна массе тела
Сила тяжести пропорциональна массе Земли
Все земные предметы очень малы по сравнению с Землей

4. Под действием равнодействующей силы, равной 5 Н, тело массой 10 кг движется

равномерно со скоростью 2 м/с
равномерно со скоростью 0,5 м/с
равноускоренно с ускорением 2 м/с2
равноускоренно с ускорением 0,5 м/с2

5. В инерциальной системе отсчета движутся два тела. Первому телу массой m сила F сообщает ускорение a. Чему равна масса второго тела, если вдвое меньшая сила сообщила ему в 4 раза бóльшее ускорение?

6. Две силы 4 Н и 5 Н приложены к одной точке тела, угол между векторами этих сил составляет 90^о. Определите модуль равнодействующей этих сил.
1. 1 Н.
2. 9 Н.
3. Н.
4. 41 Н.

7. Тело массой 3 кг движется под действием силы 12 Н. Каково ускорение тела?
1. 4 м/с².
2. В. 15 м/с².
3. 36 м/с².

4. 9 м/с².

Физика 10 класс

Тест по теме «Законы Ньютона» (в формате ЕГЭ, частьI)

Вариант 2

1. На рисунке показан график изменения скорости парусной лодки с течением времени. Масса лодки 200 кг. Какая сила действует на лодку в промежуток времени от 0 до 2 с?

800 Н
300 Н
100 Н
200 Н

2. На рис. А показаны направления скорости и ускорения тела в данный момент времени. Какая из стрелок (1-4) на рис.Б соответствует направлению результирующей всех сил, действующих на тел1

3. Какие из величин (скорость, сила, ускорение, перемещение) при механическом движении всегда совпадают по направлению

Сила и скорость
Сила и ускорение
Сила и перемещение
Ускорение и перемещение

4. Скорость лыжника при равноускоренном спуске с горы за 4 с увеличилась на 6 м/с. Масса лыжника 60 кг. Равнодействующая всех сил, действующих на лыжника, равна

20 Н
30 Н
60 Н
90 Н

5. В инерциальной системе отсчета сила F сообщает телу массой т ускорение а. Если массу тела и действующую на него силу уменьшить в 2 раза, то ускорение тела

не изменится
увеличится в 4 раза
уменьшится в 4 раза
уменьшится в 8 раз

6. Две силы 3 Н и 4 Н приложены к одной точке тела, угол между векторами этих сил составляет 90^о. Определите модуль равнодействующей этих сил.
1. 1 Н.
2 . 5 Н.
3. 7 Н.
4. 12 Н.

7. Под действием силы 10 Н тело движется с ускорением 5 м/с². Какова масса тела?
1. 2 кг.
2. 0,5 кг.
3. 50 кг.
4. Масса может быть любой.

Презентация к уроку по физике “Законы Ньютона”

Законы Ньютона

г.Щучинск

2009г

Законы Ньютона

Первый закон Ньютона

Второй закон Ньютона

Третий закон Ньютона

Заключение.

Первый закон Ньютона

Всякое тело может находиться в состоянии относительного покоя или прямолинейного и равномерного движения до тех пор пока на него не

воздействуют другие силы и не выведут его из этого состояния.

Позволю напомнить, что компонент состоит из трех подкомпонентов, каждый из которых решает свой круг задач

Первый закон Ньютона

На тело могут действовать силы:

Сила всемирного тяготения
Сила тяжести
Сила упругости
Сила трения
Вес тела

Позволю напомнить, что компонент состоит из трех подкомпонентов, каждый из которых решает свой круг задач

Первый закон Ньютона

Первый закон Ньютона называют законом инерции.

Приложенная сила

Позволю напомнить, что компонент состоит из трех подкомпонентов, каждый из которых решает свой круг задач

Задание

Всадник скачет на лошади. Какое явление можно наблюдать, если лошадь резко или остановиться неожиданно споткнется? Обоснуйте!!

Вернуться

Второй закон Ньютона

Сила действующая на тело прямопропорцианальна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение

Позволю напомнить, что компонент состоит из трех подкомпонентов, каждый из которых решает свой круг задач

Второй закон Ньютона

Если два тела взаимодействуют друг с другом, то ускорения этих тел обратно пропорциональны их массам

Позволю напомнить, что компонент состоит из трех подкомпонентов, каждый из которых решает свой круг задач

Задание

Автобус массой 1,5 т трогается с места под

действием силы тяги 1,5кН.

Чему равно ускорение автобуса,

если действующая на него сила

сопротивлением равна 450Н?

1,5 т

а-?

1,5кН

450Н

Вернуться

Третий закон Ньютона

Всякому действию есть равное ему противодействие.

Позволю напомнить, что компонент состоит из трех подкомпонентов, каждый из которых решает свой круг задач

Третий закон Ньютона

Позволю напомнить, что компонент состоит из трех подкомпонентов, каждый из которых решает свой круг задач

Третий закон Ньютона

Позволю напомнить, что компонент состоит из трех подкомпонентов, каждый из которых решает свой круг задач

Третий закон Ньютона

Позволю напомнить, что компонент состоит из трех подкомпонентов, каждый из которых решает свой круг задач

Третий закон Ньютона

Силы, возникающие при взаимодействии двух тел, приложены к разным телам.

Позволю напомнить, что компонент состоит из трех подкомпонентов, каждый из которых решает свой круг задач

Рисунок к басне

Задание

Два друга тянут верёвку в противоположные стороны с силой по 100 Н каждый. Разорвётся ли верёвка, если она выдерживает натяжение не выше 190Н?

100Н

Вернуться

Компонент направлен не только и не столько на разработку конкретных цифровых ресурсов и учебных материалов, но на создание устойчивого потенциала в области производства высококачественных материалов, о чем сказано в целях проекта.

Условием для этого, на наш взгляд, является:

Использование процедур педагогического дизайна
Испытание материалов (апробация)

ньютоновской механики. Является ли первый закон Ньютона действительным законом или просто определением силы?

спросил 3 года, 2 месяца назад

Изменено 3 года, 2 месяца назад

Просмотрено 284 раза

$\begingroup$

Первый закон Ньютона, как вы все его знаете, гласит:

Каждое тело сохраняется в состоянии покоя или равномерного движения в прямой линии, если только он не вынужден изменить это состояние силами под впечатлением от этого.

Теперь, что такое сила ? Для меня сила означает действие, посредством которого изменяется скорость объекта. После этого определения силы Первый Закон не кажется никаким законом.

Это все равно что сказать; Если в мире, где нет манго, в этом мире не может быть никакого сока манго. Когда я/мы говорим, что «Если бы их не было силой», это означает, что «Если бы не было вещей/действий, которые изменили бы наше движение». Так ясно в таком мире, где нет сила/трение тогда не может быть ничего, что могло бы “ изменить наше движение “. Таким образом, это означает, что объект будет по-прежнему находиться в равномерном движении. Вы можете видеть, что первый закон — это не закон, а просто следствие тривиального определения силы. Так почему же тогда первый закон является законом?

ньютоновская механика
силы
определение

$\endgroup$

$\begingroup$

Что такое сила? Для меня сила означает действие, посредством которого изменяется скорость объекта.

Силой можно считать любое воздействие, которое стремится изменить движение объекта. Я подчеркиваю «стремится», потому что сила не обязательно изменяет движение объекта, если результирующая внешняя сила, действующая на объект, равна нулю.

Теперь, следуя этому определению силы, Первый Закон не кажется никаким законом.

Первый закон Ньютона можно рассматривать как утверждение об инерции объекта, согласно которому объект останется в своем текущем состоянии движения, если только не будет net внешней силы, которая изменяет его движение, т. е. придает ему ускорение. . Второй закон Ньютона говорит нам, что объект претерпит изменение в движении (ускорение) только под действием внешней силы net . Это не означает, что объект не подвергается воздействию сил.

Сложив их вместе, можно рассматривать первый закон Ньютона как частный случай второго закона, то есть случай, когда результирующая внешняя сила, действующая на объект, равна нулю.

Так ясно в таком мире где нет силы/трения то есть не может быть ничего, что могло бы «изменить наше движение». Таким образом, это означает, что объект будет по-прежнему находиться в равномерном движении.

Это было бы правильно, если бы на объект не воздействовала чистая сила сила. Вы можете иметь внешние силы, действующие на объект без изменения движения объекта, если чистая внешняя сила равна нулю.

Вы можете видеть, что первый закон – это не закон, а просто импликация из тривиального определения силы. Так почему же тогда первый закон является законом?

Это не “просто следствие тривиального определения силы”. Как я указывал выше, первый закон можно рассматривать как частный случай второго закона. А второй закон гласит, что объект не изменит своего движения, если на него не воздействует чистая внешняя сила.

Надеюсь, это поможет.

$\endgroup$

$\begingroup$

На самом деле действие силы не обязательно должно заставить объект изменить свою скорость. Вот пример:

Рассмотрим блок на поверхности с действительно высоким коэффициентом статического трения $\mu$. Теперь, если вы приложите силу $F$, которая меньше силы трения, вы не сможете изменить ее скорость, даже если приложите силу. Концепция силы сильно отличается от простого действия, которое вызывает изменение скорости объекта.

Ничего не могу поделать, когда мы говорим о законах, это такая философия и определенность. Кстати, я предпочитаю Заявление первого закона , как показано ниже:

Объект имеет постоянную скорость тогда и только тогда, когда приложенная результирующая сила равна нулю.

Когда мы говорим, что он имеет постоянную скорость , это уже говорит нам о состоянии покоя или состоянии прямолинейного движения.

Что касается определения силы, я считаю, что лучшим определением было бы:

Сила – это сила или энергия как атрибут физического действия, который может изменять или не изменять состояние движения системы.

Более того, применение Первого Закона не ограничивается его собственным утверждением. Он также используется для определения так называемых инерциальных и неинерциальных систем отсчета , которые было бы намного сложнее объяснить, используя только определение силы.

$\endgroup$

$\begingroup$

Короче говоря, первый закон Ньютона утверждает, что существует система отсчета (называемая инерциальной системой отсчета), в которой действуют законы Ньютона, а второй закон (основанный на первом законе Ньютона) утверждает, что в такой системе отсчета $F_{net }=m a_{COM}$.

COM :Центр масс

$\endgroup$

$\begingroup$

Сила в классической физике — это либо гравитация, либо сила Лоренца, либо какая-то макроскопическая «псевдосила», которая при разложении на более фундаментальные части является любой из двух. Например, сопротивление — это сила, определяемая формулой — cV, где V — вектор скорости. Второй закон Ньютона дает вам дифференциальное уравнение движения, связывающее силы с изменениями импульса: Вторая производная по времени импульса точки, подобной телу, равна сумме сил, действующих на это тело.

$\endgroup$

$\begingroup$

Итак, по вашему мнению, может быть состояние, когда силы нет. Но это невозможно в реальности. Нет такого тела, на которое действует нулевая сила. Тело всегда испытывает чистую нулевую силу, если все действующие силы уравновешиваются. А теперь представьте, что вы стоите на земле, насколько вы устойчивы? Стабильный означает отсутствие силы. Но на нас действуют тонны сил, пока мы стоим на земле. Но чистая сила равна нулю. Вот почему вы находитесь в стабильном положении стоя. Надеюсь, это сработает!

$\endgroup$

$\begingroup$

Первый закон Ньютона не определяется так, как вы его выложили. Определение, которое вы показали, является определением школьного уровня. Более точное определение дается на уровне выпуска, а именно:

Если результирующая сила, действующая на тело, равна нулю, то в системе отсчета этого тела она можно выбрать систему отсчета, которая либо покоится, либо находится в равномерном движении, такая система отсчета определяется как «Инерциальная Система отсчета».
И, система отсчета, которая не находится в покое или в равномерном движении, w.r.t. тело, на которое действует нулевая результирующая сила, называется «Неинерциальная система отсчета».

Первый закон Ньютона фактически определяет условия, при которых будут применимы законы Ньютона, в данном случае это “инерциальная система отсчета”. Законы Ньютона применимы только в инерциальных системах отсчета, они неприменимы в неинерциальных системах отсчета.

Теперь вернемся к вашему вопросу.

Что такое сила? Для меня сила означает действие, при котором скорость объект меняется.

Это верно.

Проблема возникает, когда мы принимаем определение первого закона Ньютона, как вы предложили. В таком случае это похоже на тавтологию, и вы правы, говоря об этом.

Если мы возьмем определение, которое я упомянул, оно станет более понятным.

Я предполагаю, что вы знаете, что законы движения Ньютона неприменимы в неинерциальных системах отсчета, поэтому, когда мы их определяем, мы сначала должны определить условие, при котором они будут применимы, а Первый закон Ньютона, по сути, является условием в соответствии с которыми будут применяться другие законы.

Если мы возьмем ваше определение Первого Закона, то оно выглядит как следствие самого Второго Закона, что неверно. Наука никогда не поместит одно и то же дважды на разных языках.

$\endgroup$

Статика: законы движения Ньютона

Ключевые вопросы

Какие существуют два типа движения?
Какие три соотношения определяют законы движения Ньютона?
Каковы физические примеры каждого из трех законов движения Ньютона?

Английский ученый сэр Исаак Ньютон заложил основы механики в 1687 году своими тремя законами движения, которые описывают отношения между силами, объектами и движением. Движение можно разделить на два типа:

Трансляция — когда тело меняет положение без изменения ориентации в пространстве, и
Вращение — когда тело вращается вокруг неподвижной в пространстве оси, не изменяя своего среднего положения.

Некоторые движущиеся тела просто движутся, другие просто вращаются, а многие делают и то, и другое. Обычно мы можем разделить перенос и вращение и проанализировать их по отдельности с помощью независимых уравнений.

Ниже описаны три закона Ньютона и их применение в отношении перемещения и вращения.

Подраздел 1.1.1. Первый закон Ньютона.

Первый закон Ньютона гласит, что

объект будет оставаться в покое или в равномерном прямолинейном движении, если на него не действует внешняя сила .

Этот закон, также иногда называемый «законом инерции», говорит нам, что тела сохраняют свою текущую скорость, если для ее изменения не применяется результирующая сила. Другими словами, объект в состоянии покоя останется в покое, а движущийся объект сохранит свою текущую скорость и направление, если только неуравновешенная сила не вызовет изменение скорости. Помните, что скорость — это векторная величина, которая включает в себя как скорость, так и направление, поэтому неуравновешенная сила может заставить объект ускоряться, замедляться или изменять направление.

Рисунок 1.1.1. Этот камень покоится с нулевой скоростью и будет оставаться в покое до тех пор, пока неуравновешенная сила не заставит его двигаться. Рисунок 1.1.2. В глубоком космосе, где силы трения и гравитации пренебрежимо малы, объект движется с постоянной скоростью; вблизи небесного тела гравитационное притяжение непрерывно меняет свою скорость.
Первый закон Ньютона также применяется к угловым скоростям, однако вместо силы соответствующая величина, которая заставляет объект вращаться, называется крутящим моментом физики, но инженеры обычно называют момент . Момент, как вы узнаете из главы 4, — это тенденция силы к вращению. Точно так же, как сила вызывает изменение линейной скорости, момент вызывает изменение угловой скорости. Это можно увидеть в таких вещах, как волчки, маховики, велотренажеры и другие объекты, которые вращаются вокруг оси под действием момента, но в конечном итоге останавливаются из-за противоположного момента, создаваемого трением.
Рисунок 1.1.3. Волчок демонстрирует вращательное движение.
В отсутствие трения этот волчок будет вращаться вечно, но небольшой момент трения, возникающий в точке контакта со столом, в конце концов остановит его.
Подраздел 1.1.2 Второй закон Ньютона
Второй закон Ньютона обычно кратко формулируется знакомой формулой
\begin{уравнение} \vec{F} = м \vec{a} \tag{1.1.1} \end{уравнение}
, где $\vec{F}$ – результирующая сила, $m$ – масса, а $\vec{a}$ – ускорение.
Вы заметите, что сила и ускорение выделены жирным шрифтом. Это означает, что это векторные величины, имеющие как величину, так и направление. С другой стороны, масса — это скалярная величина, которая имеет только величину. Это уравнение указывает, что сила заставит объект ускоряться в направлении результирующей силы, и величина ускорения будет пропорциональна результирующей силе, но обратно пропорциональна массе объекта.
В этом курсе «Статика» нас интересуют только тела, которые не ускоряются, что значительно упрощает дело. Когда объект не ускоряется $a = 0\text{,}$, это означает, что он либо покоится, либо движется с постоянной скоростью. С этим ограничением второй закон Ньютона для перевода упрощается до
.
\begin{уравнение} \сумма \vec{F}=0\тег{1.1.2} \end{уравнение}
, где $\sum \vec{F}$ используется для обозначения чистой силы, действующей на объект.
Второй закон Ньютона для вращательного движения аналогичен
\begin{уравнение} \vec{M} =I \boldsymbol{\alpha}\text{.}\tag{1.1.3} \end{уравнение}
Это уравнение утверждает, что суммарный момент $\vec{M}$, действующий на объект, вызывает угловое ускорение $\boldsymbol{\alpha}$, пропорциональное суммарному моменту и обратно пропорциональное $I\text {,}$ величина, известная как момент инерции массы . Момент инерции массы для вращательного ускорения аналогичен обычной массе для линейного ускорения. Мы еще поговорим о моменте инерции в главе 10.
Опять же, мы видим, что чистый момент и угловое ускорение являются векторами, величинами с величиной и направлением. С другой стороны, момент инерции массы является скалярной величиной и имеет только величину. Кроме того, поскольку Статика имеет дело только с объектами, которые имеют , а не ускорений $\boldsymbol{\alpha} = 0\text{,}$, они всегда будут находиться в состоянии покоя или вращаться с постоянной угловой скоростью. С этим ограничением второй закон Ньютона подразумевает, что чистый момент всех статических объектов равен нулю.
\begin{уравнение} \сумма \vec{M}=0\тег{1.1.4} \end{уравнение}
Подраздел 1.1.3 3-й закон Ньютона
Третий закон Ньютона гласит
На каждое действие есть равное и противоположное противодействие.
Действия и реакции, о которых говорит Ньютон, это силы . Силы возникают всякий раз, когда один объект взаимодействует с другим, либо напрямую, как толчок или притяжение, либо косвенно, как магнитное или гравитационное притяжение. Любая сила, действующая на одно тело, всегда сопряжена с другой равной и противоположной силой, действующей на какое-либо другое тело.
Рисунок 1.1.4. Земля оказывает гравитационное воздействие на Луну, а Луна оказывает на Землю равную и противоположную силу.
Эти пары равных и противоположных могут сбивать с толку, особенно когда есть несколько взаимодействующих тел. Чтобы пояснить, мы всегда начинаем решать задачи статики с рисования диаграммы свободного тела — эскиза, на котором мы изолируем интересующее тело или систему и определяем силы, действующие на на , игнорируя любые силы, воздействующие на на нее. взаимодействующие тела.
Рассмотрим ситуацию на рисунке 1.1.5. На диаграмме (а) показана книга, покоящаяся на столе, опирающемся на пол. Вес книги и стола размещены в их центрах тяжести.