1 закон ньютона определение и формула: Размещение рекламы на Studygide.ru

Силы, законы Ньютона — базовый урок по физике

А вот в неинерциальных системах скорость тела может меняться без силы.

Например: представьте, что вы стоите в центре автобуса, равномерно едущего по ровной дороге. Находясь внутри, вы даже не чувствуете, что автобус едет. В какой-то момент автобус резко тормозит и вас «бросает» вперед, хотя не действует никакая сила. То есть вы начинаете двигаться относительно автобуса без всякой причины. В таком случае автобус — это пример неинерциальной системы отсчета.

Неинерциальные системы отсчета — это системы, которые двигаются с ускорением. В таких системах вводятся так называемые силы инерции, чтобы при расчетах также можно было пользоваться законами Ньютона.

Нашу Землю можно условно отнести к инерциальным системам отсчета, поскольку вращение Земли есть ни что иное, как движение с центростремительным ускорением. Но так как Земля вращается достаточно медленно, то и центростремительное ускорение получается небольшим.

С высокой степенью точности инерциальной является гелиоцентрическая система отсчета (или система Коперника), начало которой помещено в центр Солнца, а оси направлены на далекие звезды. Вообще всякая система отсчета, движущаяся относительно какой-либо инерциальной системы поступательно, равномерно и прямолинейно, также является инерциальной. Например, поезд, идущий с постоянной скоростью по прямому участку пути.

Первый закон постулирует существование инерциальных систем отсчета, но не говорит, какую из множества таких систем предпочтительней выбирать. Однако многочисленные опыты показывают, что все инерциальные системы отсчета являются равноправными.

Когда мы говорим о скорости какого-либо тела, мы обязательно должны указать, относительно какой инерциальной системы отсчета она измерена, так как в разных инерциальных системах эта скорость будет различна, хотя бы на тело и не действовали никакие другие тела. Ускорение же тела будет одним и тем же относительно всех инерциальных систем отсчета.

Второй закон Ньютона и «Три богатыря» Васнецова

Статьи

Линия УМК А. В. Грачева. Физика (7-9)

Физика

Как думаете, какая связь существует между картиной Васнецова «Три богатыря» и вторым законом Ньютона?

27 августа 2019

Ответ на загадку найдете в конце статьи, а пока давайте вспомним вклад Ньютона в классическую физику.

Галилей, Гюйгенс, Кеплер, множество других исследователей, чьи имена остались похоронены под слоем пыли в темных библиотеках средневековых замков, проводили опыты и эксперименты, пытаясь открыть законы движения предметов в окружающей среде.

Исаак Ньютон, опираясь на знания и эксперименты предшественников и собственные наблюдения, смог подытожить накопленный колоссальный опыт и сформулировать законы, по которым движутся физические тела.

В 1867 году увидел свет его научный труд: «Математические начала натуральной философии», где английский физик представил известные законы механики и закон всемирного тяготения.С того времени классическая механика базируется на законах Ньютона.

Физика. 8 класс. Учебник.

Учебнипк рассчитан на учащихся общеобразовательных организаций. Настоящее издание вместе с рабочими тетрадями, тетрадью для лабораторных работ и методическим пособием для учителей составляет учебно-методический комплект по физике для 8 класса. В учебнике представлены разделы «Тепловые явления» и «Электромагнитные явления».

Купить

Первый закон, или закон инерции гласит: «Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние. » Подробно данный закон разбирается в учебнике «Физика 9 класс» под редакцией Л.С. Хижнякова и А.А. Синявина

Цель нашей статьи — второй закон Ньютона.

Как вы заметили, первый закон определяет, что происходит с телом в покое, т.е. когда на него не действуют силы. Но в реальном мире движение повсюду.

Играете ли вы в футбол, нога футболиста с силой ударяет по мячу, придавая нужное ускорение и траекторию, чтобы забить победный гол. Отбивает ли мама на кухне мясо — рука передает кухонному молотку также определенную силу, чтобы получился вкусный стейк.

И именно эти взаимодействия объясняет второй закон Ньютона, который звучит так: «Величина силы, действующая на тело, равна произведению массы тела на ускорение, которое получает тело, когда на него начинает действовать сила.»

Если представить этот закон математически, формула второго закона Ньютона выглядит следующим образом:

F=m*a, где:

• m- масса тела,
• а — ускорение, которое получает тело под воздействием приложенной силы,
• F — Это результирующая всех сил приложенных к телу (велосипедисту, паровозу, самолету и т.д.)

Однако, эта формула вводит в небольшое заблуждение, потому что глядя на нее, кажется, что ускорение вызывает силу, а такого в живой природе быть не может.

Преобразовав уравнение таким образом:

а=F/m

приходим к выводу, что сила определяет ускорение, а не наоборот.

Чем большая сила действует на тело, тем больше ускорение он получит, и наоборот, чем больше масса, тем меньше ускорит свое движение тело.

Физика. 9 класс. Учебник.

Настоящее издание является завершением линии учебников для учащихся 7-9 классов общеобразовательных организаций (авт. А.В.Грачёв, В.А. Погожев и др.). Учебник рассматривает разделы «Механические явления», «Электромагнитные явления», «Оптические явления» и «Квантовые явления». В учебник включены материалы для учащихся, интересующихся физикой, задания для внеклассной работы.

Купить

А сейчас ответим на вопрос, заданный в начале статьи, о том, что общего между богатырями с картины Васнецова и вторым законом Ньютона.

Представьте: ратное поле и три красавца коня ноздря в ноздрю бьют копытом землю. Как думаете, чья силушка богатырская будет больше, если кони сорвутся в бой с одинаковым ускорением? Конечно у того богатыря, чья масса больше.

А вот и ответ. Картина Васнецова напоминает простое мнемоническое правило для лучшего запоминания второго закона Ньютона: сила богатыря равна богатырской массе умноженной на богатырское ускорение.

Что ещё почитать?

#ADVERTISING_INSERT#

Первый закон Ньютона, теория и онлайн калькуляторы

Задание. Небольшой камешек бросают в шахту, глубина которой равна $h$, выясняется, что падая, тело отклонилось от вертикали в восточном направлении. Каково это отклонение? Сопротивлением воздуха пренебречь. Что можно сказать, в связи с результатом данного опыта, об инерциальности системы отсчета, которую связывают с Землей?

Решение. Сделаем рисунок.

Отклонение движения тела от вертикали происходит благодаря вращению Земли вокруг собственной оси. Обозначим скорость движения точек поверхности Земли как $v_1.$ Скорость движение точек дна шахты обозначим $v_2$, тогда разность этих скоростей равна:

\[\Delta v=v_2-v_1\left(2.1\right).\]

При своем падении камень отклонится от вертикали на расстояние:

\[x=\Delta vt\ \left(2.2\right),\]

где $t$ – время падения тела.

Величину $\Delta v$ найдем из периода обращения Земли вокруг своей оси (T):

\[T=\frac{2\pi R}{v}(2.3),\]

тогда

\[\Delta v=\frac{2\pi R}{T}-\frac{2\pi \left(R-h\right)}{T}=\frac{2\pi h}{T}\ \left(2.4\right),\]

где $R$ – Радиус Земли в районе экватора. 2}{2}\left(2.5\right).\]

Из формулы (2.5) выразим время, которое потратил камень на падение:

\[t=\sqrt{\frac{2h}{g}}\ \left(2.6\right).\]

Подставим в выражение (2.2) время ($t$) из (2.6) и изменение скорости ($\Delta v$) из (2.4) Найдем искомое отклонение от вертикали: \[x=\frac{2\pi h}{T}\sqrt{\frac{2h}{g}}.\]

Ответ. $x=\frac{2\pi h}{T}\sqrt{\frac{2h}{g}}.\ $ В горизонтальном направлении на камень не действуют другие тела, тем не менее, $x\ne 0$ это означает, что система отсчета, связанная с Землей, строго говоря, не является инерциальной системой отсчета, так как в ней не выполняется первый закон Ньютона (или выполняется с некоторым допущением). Это понятно уже по тому, что если система отсчета вращается, как Земля, или просто движется по криволинейной траектории, относительно любой инерциальной системы, то она не может быть инерциальной. Однако, при решении большинства задач неинерциальностью системы отсчета, связанной с Землей пренебрегают.

формула и определение + маленький опыт

 

Второй закон Ньютона связывает вместе три, на первый взгляд, совершенно не связанные друг с другом величины: ускорение, массу и силу. Хотите легко и быстро, на примерах понять, как это происходит? Запросто. Надо будет проделать пару элементарных опытов и немного порассуждать.

Элементарный опыт по второму закону Ньютона

Начнем с практической части. Нагрузите чем-нибудь две сумки или два пакета. Один чуть-чуть, а второй очень сильно. Только пакеты берите покрепче. А теперь примерно с одинаковой силой по очереди резко поднимите оба пакета вверх. Вы увидите, что легкий пакет практически взлетит, а вот тяжелый перемещаться будет намного медленнее.

А теперь другой опыт положите на землю футбольный мячик и пните его пару раз. Один раз легонько, а второй раз со всей силы. Понаблюдайте, как изменится скорость мяча после пинка. В первом случае он потихоньку откатится на небольшое расстояние, во втором улетит далеко и на весьма приличной скорости. Ну вот и все, с практической частью закончили. Теперь немного порассуждаем.

Действие равнодействующей силы

Мы знаем, что скорость тела изменяется под действием приложенной к нему силы. Если на тело действуют несколько сил, то находят равнодействующую этих сил, то есть некую общую суммарную силу, обладающую определенным направлением и числовым значением.

То есть, фактически, все случаи приложения различных сил в конкретный момент времени можно свести к действию одной равнодействующей силы. Таким образом, чтобы найти, как изменилась скорость тела, нам надо знать, какая сила действует на тело.

Какое ускорение получает тело?

В зависимости от величины и направления силы тело получит то или иное ускорение. Это четко видно в опыте с мячом. Когда мы подействовали на тело небольшой силой, мяч ускорился не очень сильно. Когда же сила воздействия увеличилась, то мяч приобрел гораздо большее ускорение. То есть, ускорение связано с приложенной силой прямо пропорционально. Чем больше сила воздействия, тем большее ускорение приобретает тело.

От чего еще зависит ускорение, полученное телом в результате воздействия на него? Вспомним первую часть нашего опыта. Ускорение двух грузов у нас было ощутимо разным, хотя силу мы старались прикладывать одинаковую. А вот масса грузов у нас отличалась. И в случае с большей массой ускорение тела было небольшим, а в случае меньшей массы намного большим.

То есть, второй вывод это то, что масса тела напрямую связана с ускорением, приобретаемым телом в результате воздействия силы. При этом, масса тела обратно пропорциональна полученному ускорению. Чем больше масса, тем меньше будет величина ускорения.

Второй Закон Ньютона: формула и определение

Исходя из всего вышесказанного, приходим к тому, что можно записать второй закон Ньютона в виде следующей формулы:

a =F / m  ,

где a   ускорение,  F   сила воздействия, m масса тела.

Соответственно, второму закону Ньютона можно дать такое определение: ускорение, приобретаемое телом в результате воздействия на него, прямо пропорционально силе или равнодействующей сил этого воздействия и обратно пропорционально массе тела. Это и есть второй закон Ньютона.

Не правда ли, все оказалось довольно просто и понятно?

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Инерциальные системы отсчета: первый закон Ньютона
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspТретий закон Ньютона: определение, формула + рассуждения по теме

Первый закон Ньютона – материалы для подготовки к ЕГЭ по Физике

Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: законы динамики, первый закон Ньютона, инерциальные системы отсчёта, принцип относительности Галилея.

Все тела в природе взаимодействуют друг с другом. Однако в некоторых ситуациях воздействия на данное тело со стороны других тел можно не принимать во внимание.

Так, космический корабль в далёком межзвёздном пространстве практически не испытывает гравитационного притяжения объектов Вселенной из-за их колоссальной удалённости*. Лежащий на столе карандаш притягивается к Земле, но действие Земли компенсируется упругой реакцией стола, и поэтому карандаш находится в покое, словно никакие силы на него вообще не действуют.

Во всех подобных случаях будем называть тело свободным.

Тело называется свободным, если действия на него со стороны других тел или пренебрежимо малы, или компенсируют друг друга.

*Согласно закону всемирного тяготения гравитационные силы обратно пропорциональны квадрату расстояния между телами.

Инерциальные системы отсчёта.

 

Повседневный опыт говорит о том, что свободные тела покоятся – как упомянутый карандаш на столе. Поэтому долгое время считалось, что для поддержания какого бы то ни было движения необходимо осуществлять нескомпенсированное внешнее воздействие со стороны других тел.

Но это оказалось неверным. Как установил Галилей, свободное тело может не только находиться в покое, но и двигаться равномерно и прямолинейно! Именно состояние равномерного прямолинейного движения является “естественным” для свободного тела; покой же – частный случай такого движения со скоростью, равной нулю.

Следует учесть, однако, что движение относительно: оно рассматривается не само по себе, а в определённой системе отсчёта. В различных же системах отсчёта движение данного тела будет выглядеть по-разному.

Так, дом с точки зрения неподвижно стоящего наблюдателя будет находиться в покое: сила притяжения дома к Земле компенсируется силой упругости почвы. Если наблюдатель движется относительно земли равномерно и прямолинейно, то и дом относительно наблюдателя будет совершать равномерное прямолинейное движение в полном соответствии с выводами Галилея – ведь дом является свободным телом!

Но если у наблюдателя заплетаются ноги и он бредёт, шатаясь, то ему будет казаться, что дом раскачивается в разные стороны. В этой системе отсчёта дом, будучи свободным телом, совершает отнюдь не равномерное и прямолинейное движение.

Таким образом, утверждение Галилея верно не во всей общности: не во всякой системе отсчёта свободное тело движется равномерно и прямолинейно. Но всё же такие системы отсчёта существуют (существуют “хорошие” наблюдатели!), и в этом состоит первый закон Ньютона.

Первый закон Ньютона. Существуют такие системы отсчёта, относительно которых свободное тело движется равномерно и прямолинейно.

Свойство свободного тела сохранять скорость неизменной называется инерцией. Поэтому первый закон Ньютона называют ещё законом инерции. Равномерное прямолинейное движение свободного тела называется движением по инерции.

Система отсчёта, относительно которой свободное тело движется равномерно и прямолинейно, называется инерциальной. Первый закон Ньютона – это постулат о существовании инерциальных систем отсчёта. В инерциальных системах отсчёта механические явления описываются наиболее просто.
В действительности инерциальных систем отсчёта существует бесконечно много: всякая система отсчёта, которая движется относительно инерциальной системы равномерно и прямолинейно, сама является инерциальной.

Система отсчёта, которая движется относительно инерциальной системы отсчёта с ускорением, является неинерциальной. В такой “плохой” системе отсчёта свободное тело будет двигаться с ускорением, что усложнит описание его движения.

С достаточно высокой точностью можно считать инерциальной гелиоцентрическую систему (систему Коперника). Это система отсчёта, начало которой помещено в центре Солнца, а координатные оси направлены на три какие-либо удалённые звезды, которые можно принять за неподвижные.

Инерциальной часто можно считать систему отсчёта, связанную с земной поверхностью. Это, однако, более грубое приближение – ведь при этом мы отвлекаемся от вращения Земли вокруг собственной оси и вокруг Солнца. Так, звезда, неподвижная в системе Коперника, в земной системе будет совершать сложное движение в виде наложения двух вращений (суточного и годового). Однако в большинстве явлений, происходящих на поверхности Земли, неинерциальность земной системы отсчёта практически никак не сказывается, и ею можно пренебречь.

Принцип относительности.

 

Галилей заметил, что, находясь в трюме корабля, никакими механическими опытами невозможно установить, покоится ли корабль или движется равномерно и прямолинейно. Это означает, что инерциальные системы отсчёта совершенно неотличимы друг от друга с точки зрения законов механики. Иными словами, верен принцип относительности Галилея.

Принцип относительности Галилея. Всякое механическое явление при одних и тех же начальных условиях протекает одинаково в любой инерциальной системе отсчёта. Впоследствии Эйнштейн распространил этот принцип с механических явлений на вообще все физические явления. Общий принцип относительности Эйнштейна лёг в основу теории относительности. Принцип относительности Галилея и Эйнштейна мы обсудим подробнее при изучении основ специальной теории относительности.

 

формула и определение. 2,3 Законы Ньютона

Помни!!!

• В основе динамики материальной точки лежат три закона Ньютона.
• Первый закон Ньютона – закон инерции
• Под телом подразумевают материальную точку, движение которой рассматривают в инерциальной системе отсчета.

1. Формулировка

«Существуют такие инерциальные системы отсчёта, относительно которых тело, если на него не действуют другие силы (либо действие других сил компенсируется), находится в покое либо движется равномерно и прямолинейно».

2. Определение

Первый закон Ньютона – всякая материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит её изменить это состояние.

Первый закон Ньютона – закон инерции (Галилей вывел закон инерции)

Закон инерции : Если на тело нет внешних воздействий, то данное тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения относительно Земли.

Инерциальная система отсчёта (ИСО) – система, которая либо покоится, либо движется равномерно и прямолинейно относительно какой-то другой инерциальной системы. Т.е. система отсчета, в которой выполняется 1-й закон Ньютона.

• Масса тела – количественная мера его инертности. В СИ она измеряется в килограммах.
• Сила – количественная мера взаимодействия тел. Сила – векторная величина и измеряется в ньютонах (Н). Сила, которая производит на тело такое же действие, как несколько одновременно действующих сил, называется равнодействующей этих сил.

В этом разделе мы рассмотрим третий закон Ньютона, приведем подробные объяснения, познакомимся со значимыми понятиями, выведем формулу. Сухую теорию мы «разбавим» примерами и рисункам-схемами, которые облегчат усвоение темы.

В одном из прошлых разделов мы провели опыты по измерению ускорений двух тел после их взаимодействия и получили следующий результат: массы взаимодействующих друг с другом тел находятся в обратной зависимости с численными значениями ускорений. Так было введено понятие массы тела.

m 1 m 2 = – a 2 a 1 или m 1 a 1 = – m 2 a 2

Формулировка третьего закона Ньютона

Если придать этому соотношению векторную форму, получится:

m 1 a 1 → = – m 2 a 2 →

Знак минус в формуле появился неслучайно. Он свидетельствует о том, что ускорения двух тел, вступивших во взаимодействие, всегда направлены в противоположные стороны.

В качестве факторов, определяющих появление ускорения, согласно второму закону Ньютона, являются силы F 1 → = m 1 a 1 → и F 2 → = m 2 a 2 → , которые возникают при взаимодействии тел.

Следовательно:

F 1 → = – F 2 →

Так мы получили фомулу третьего закона Ньютона.

Определение 1

Силы, с которыми тела вступают во взаимодействие друг с другом, равны по модулю и противоположны по направлению.

Природа сил, возникающих во время взаимодействия тел, одинакова. Эти силы приложены к разным телам, потому не могут уравновешивать друг друга. По правилам векторного сложения мы можем складывать только те силы, которые прилагаются к одному телу.

Пример 1

Грузчик оказывает воздействие на некий груз с такой же по модулю силой, с какой этот груз воздействует на грузчика. Силы направлены в противоположные стороны. Физическая их природа одна и та же: упругие силы каната. Ускорение, которое сообщается каждому из тел из примера, обратно пропорционально массе тел.

Мы проиллюстрировали этот пример применения третьего закона Ньютона рисунком.

Рисунок 1 . 9 . 1 . Третий закон Ньютона

F 1 → = – F 2 → · a 1 → = – m 2 m 1 a 2 →

Силы, воздействующие на тело, могут быть внешними и внутренними. Введем необходимые для знакомства с темой третьего закона Ньютона определения.

Определение 2

Внутренние силы – это силы, которые действуют на различные части одного и того же тела.

Если мы рассматриваем тело, находящееся в движении, как единое целое, то ускорение этого тела будет определяться лишь внешней силой. Внутренние силы второй закон Ньютона не рассматривает, так как сумма их векторов равна нулю.

Пример 2

Предположим, что у нас есть два тела с массой m 1 и m 2 . Эти тела жестко связаны между собой нитью, которая не имеет веса и не растягивается. Оба тела двигаются с одинаковым ускорением a → под воздействием некоторой внешней силы F → . Эти два тела движутся как единое целое.

Внутренние силы, которые действуют между телами, подчиняются третьему закону Ньютона: F 2 → = – F 1 → .

Движение каждого из тел в сцепке зависит от сил взаимодействия между этими телами. Если применить второй закон Ньютона к каждому из этих тел по отдельности, то мы получим: m 1 a 1 → = F 1 → , m 2 a 1 → = F 2 → + F → .

В качестве первого из трех законов. Поэтому этот закон называют первым законом Ньютона .

Первый закон механики , или закон инерции был сформулирован Ньютоном следующим образом:

Любое тело удерживается в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока под действием приложенных сил не изменяет это состояние .

В окружении любого тела, покоится оно или движется, есть другие тела, некоторые из которых или все как-то действуют на тело, влияют на состояние его движения. Чтобы выяснить влияние окружающих тел, надо исследовать каждый отдельный случай.

Рассмотрим какое-либо покоящееся тело, не обладающее ускорением, а скорость постоянна и равна нулю. Допустим, это будет шарик, подвешенный на резиновом шнуре. Он находится в покое относительно Земли. Около шарика множество различных тел: шнур, на котором он висит, множество предметов в комнате и других помещениях и, конечно, Земля. Однако, действие всех этих тел на шарик не одинаково. Если, например, убрать мебель в комнате, это не окажет какого-либо влияния на шарик. Но если перерезать шнур, шарик под влиянием Земли начнет падать вниз с ускорением. Но пока шнур не был перерезан, шарик находился в покое. Этот простой опыт показывает, что из всех тел, окружающих шарик, только два заметно влияют на него: резиновый шнур и Земля. Их совместное влияние и обеспечивает состояние покоя шарика. Стоило устранить одно из этих тел — шнур, и состояние покоя нарушилось. Если бы возможно было убрать Землю, это тоже нарушило бы покой шарика: он стал бы двигаться в противоположном направлении.

Отсюда приходим к выводу, что действия на шарик двух тел — шнура и Земли, компенсируют (уравновешивают) друг друга. Когда говорят, что действия двух или нескольких тел компенсируют друг друга, то это значит, что результат их совместного действия такой же, как если бы этих тел вовсе не было.

Рассмотренный пример, как и другие подобные примеры, позволяют сделать следующий вывод: если действия тел компенсируют друг друга, то тело под влиянием этих тел находится в состоянии покоя.

Таким образом, мы пришли к одному из основных законов механики , который называют первым законом Ньютона :

Существуют такие системы отсчета, относительно которых движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела или действие других тел компенсируется.

Однако, как выяснилось со временем, первый закон Ньютона выполняется только в инерциальных системах отсчета . Поэтому с точки зрения современных представлений закон Ньютона формулируют следующим образом:

Системы отсчета, относительно которых свободное тело при компенсации внешних воздействий движется равномерно и прямолинейно, называют инерциальными системами отсчета .

Свободным телом в этом случае называют тело, на которое другие тела не оказывают воздействия.

Необходимо помнить, что в первом законе Ньютона рассматриваются тела, которые могут быть представлены в качестве материальных точек.

В этой статье пойдет речь о том, как правильно трактовать законы Ньютона. Для полного понятия первого, второго и третьего законов Исаака Ньютона будут предоставлены примеры их применения и примеры решения задач.

Ньютон вложил свой огромный вклад в основы классической механики благодаря трем законам. Еще в 1967 году он написал работу, которая называлась: Математические начала натуральной философии. В рукописи он описал все познания не только свои, а и других ученых умов. Именно Исаака Ньютона ученые-физики считают основоположником данной науки. Особой популярностью пользуются первый, второй и третий законы Ньютона, вот о них и пойдет речь далее.

Законы Ньютона: первый закон

Как трактуется первый закон Ньютона?

ВАЖНО : Уметь не только формулировать первый, второй и третий законы Ньютона, а еще и с легкостью их осуществлять на практике. И тогда вы сможете решать сложные задачи.

В первом законе говорится о системах отсчета , которые именуются инерциальными . В данных системах тела двигаются прямолинейно, равномерно (т.е. с одной и той же скоростью, по прямой), в том случае, когда на эти тела не воздействуют другие силы либо их влияние скомпенсировано.

Чтобы проще понять правило, можно его перефразировать. Точнее привести такой пример: если взять предмет на колесах и толкнуть его, то изделие будет ехать практически бесконечно в том случае, когда на него не будет воздействовать сила трения, сила сопротивления воздушных масс и дорога будет ровной. Гдетакое понятие, как инерция, представляет собой способность предмета не менять скорость ни по направлению, не по величине. Еще в физике первую трактовку закона Ньютона считают инерциальной.

До открытия правила Исааком Ньютоном Галилео Галилей тоже изучал инерцию и по его утверждению закон звучал следующим образом: если нет никаких сил, которые действуют на предмет, то он либо не движется, либо перемещается равномерно . Ньютон же смог более конкретно объяснить данный принцип относительности тела и сил, что воздействуют на него.

Естественно на Земле не бывает систем, в которых может действовать это правило. Когда какой-то предмет можно толкнуть и он будет равномерно двигаться по прямой, не останавливаясь. На тело в любом случае будут влиять разные силы, их воздействие на предмет скомпенсировать нельзя. Уже одна сила притяжения Земли создает влияние на передвижение любого тела или предмета. Также кроме нее есть сила трения, скольжения, Кориолиса и т.д.

Законы Ньютона: второй закон

Открытые законы Ньютона еще в прошлом веке, в комплексе дают возможность ученым вести наблюдения за различными процессами, что происходят во Вселенной благодаря созданию новых технологических конструкций, машин.

Второй закон Ньютона

Чтобы узнать, какие бывают причины движения, следует обратиться ко второму закону Ньютона. Именно здесь вы найдете объяснения. Благодаря ему можно решить различные задачи по теме – механика. Так же поняв его суть, вы сможете использовать его в жизни.

Первоначально он формулировался следующим образом – изменение импульса (количества передвижения) равно силе, что заставляет тело двигаться, деленное на переменную времени. Также движение предмета совпадает с направлением действия силы.

Чтобы было понятно записывается это следующим образом:

F = Δp/Δt

Символ Δ представляет собой разность, именуется дифференциалом , p – это импульс (или скорость), а t – это время.

По правилам:

Исходя из этого:

• F = m · Δv/Δp, а значение: Δv/Δp = a

Вот теперь-то формула приобретает такой вид: F = m · a; из этого равенства можно найти

Второй закон Ньютона трактуется следующим образом:

Ускорение, движущегося предмета равно частному, полученному в результате деления силы на массу тела или же предмета. Соответственно, чем сильнее приложится сила к предмету, тем больше его ускорение, а если масса тела больше, то ускорение предмета меньше. Это утверждение считается базовым законом механики.

Формула — закон Ньютона

F – в формуле обозначает сумму (геометрическую) всех сил или равнодействующую .

Равнодействующая сила представляет собой сумму величин (векторных). Причем складывать эти значения следует по правилам параллелограмма либо же треугольника. Идеально для получения ответа знать цифровые значения сил, воздействующих на предмет и величину угла между векторами сил.

Это правило можно применять как в инерциальных, так неинерциальных системах. Оно действует для произвольных предметов, материальных тел. Чтобы было понятней, если система неинерциальная, то применяют еще такие силы, как: центробежная, сила Кориолиса, в математике, это пишется так:

ma = F + Fi, где Fi – инерциальная сила.

Как применяется закон Ньютона?

Итак пример: представьте себе, что машина ехала по бездорожью и застряла. На помощь водителю приехал другой автомобиль, и водитель второго автомобиля пытается с помощью троса вытянуть авто. Формула Ньютона для первого транспортного средства будет выглядеть так:

ma = F нат.нити + Fтяги — Fтрения

Допустим, что геометрическая всех сил приравнивается к 0. Тогда автомобиль или же будет равномерно ехать, либо будет стоять.

Примеры решения задач:

• Через ролик перекинули веревку. С одной стороны ролика висит на веревке груз, с другой стороны альпинист, причем масса груза и человека идентична. Что будет с веревкой и роликом, когда альпинист будет подниматься по ней вверх. Силой трения ролика, массой самой веревки можно пренебречь.

Решение задачи

По второму закону Ньютона формулу математически можно составить так:

• ma1 = Fнат.нити1 — mgma1 = Fнат.нити1 — mg – это второй закон для альпиниста
• ma2 = Fнат.нити2 — mgma2 = Fнат.нити2 — mg — так математически можно трактовать закон Ньютона для груза
• По условию: Fнат. нити1 = Fнат.нити2
• Отсюда: ma1 = ma2

Если правую и левую часть неравенства разделить на m, то получится, что ускорение и подвешенного груза и поднимающегося человека равнозначны.

Законы Ньютона: третий закон

Третий закон Ньютона имеет такую формулировку: тела имеют свойство взаимодействовать друг с другом с одинаковыми силами, эти силы направляются по одной линии, но имеют разные направления. В математике – это может выглядеть следующим образом:

Fn = — Fn1

третий закон Исаака Ньютона

Пример его действия

Для более тщательного его изучения рассмотрим пример. Представьте старинную пушку, которая стреляет большими ядрами. Так вот – ядро, которое вытолкнет грозное оружие, будет воздействовать на нее с такой же силой, с какой она его и вытолкнет.

Fя = — Fп

Потому и происходит откат орудия назад при выстреле. Но ядро улетит далеко, а пушка сдвинется немного в противоположную сторону, это происходит потому, что у орудия и ядра различная масса. Тоже произойдет и при падении на Землю любого предмета. Но реакции Земли заметить невозможно ведь все падающие предметы в миллионы раз весят меньше нашей планеты.

Вот еще пример третьего правила классической механики: рассмотрим притяжение разных планет. Вокруг нашей планеты вращается Луна. Это происходит по средствам притяжения к Земле. Но и Луна тоже притягивает Землю – согласно третьему закону Исаака Ньютона. Однако массы круглых планет разные. Потому Луна не способна притягивать большую планету Землю к себе, но она может вызывать приливы воды в морях, океанах и отливы.

Задача

• Насекомое ударяется в стекло машины. Какие возникают силы, и как они действуют на насекомое и авто?

Решение задачи:

Согласно третьему закону Ньютона, тела или предметы при воздействии друг на друга имеют равные силы по модулю, но по направлению – противоположные. Исходя из данного утверждения получается следующее решение данной задачи: насекомое воздействует на автомобиль с той же силой, что и авто воздействует на него. Но само действие сил несколько разнится, ведь масса и ускорение машины и насекомого различные.

Видео: Первый, второй и третий законы Ньютона

На этом уроке мы изучим третий закон Ньютона, в котором описываются силы взаимодействия двух тел. Также вспомним основные сведения о первом и втором законе Ньютона. Помимо этого, мы вспомним основной экспериментальный закон динамики, рассмотрим принцип относительности Галилея. В конце урока узнаем, как применять третий закон Ньютона при разборе качественных задач.

Известно, что при взаимодействии оба тела воздействуют друг на друга. Не бывает такого, чтобы одно тело толкнуло другое, а второе в ответ никак не отреагировало бы.

Проведем эксперимент. Возьмем два динамометра (рис. 1). Один из них наденем колечком на что-то неподвижное, например на гвоздь в стене, а второй соединим с первым крючками. Потянем за колечко второго динамометра. Оба прибора покажут одинаковые по модулю силы натяжения.

Рис. 1. Опыт с динамометрами

Другой пример. Представьте, что вы и ваш друг катаетесь на скейте, причем друг катается на одном скейте с братом (рис. 2).

Рис. 2. Приобретение ускорения при взаимодействии

Ваша масса – , масса друга с братом – . Если вы отталкиваетесь друг от друга, то приобретаете ускорения, которые направлены по одной прямой в противоположные стороны . Отношение масс участников этого процесса обратно пропорционально отношению модулю ускорений.

Следовательно:

Согласно второму закону Ньютона:

Сила, с которой на вас действует друг с братом

Сила, с которой вы действуете на друга с братом

Так как ускорения противонаправленные, то:

Данное равенство выражает третий закон Ньютона : тела действуют друг на друга с силами, которые имеют одинаковые модули и противоположные направления (рис. 3).

Рис. 3. Третий закон Ньютона

Основной экспериментальный закон динамики

При выводе третьего закона Ньютона мы видели, что при взаимодействии двух тел отношение двух ускорений, которые приобретает первое и второе тело, является величиной постоянной. Причем отношение этих ускорений не зависит от характера взаимодействия (рис. 4), следовательно, оно определяется самими телами, какой-то его характеристикой.

Рис. 4. Отношение ускорений не зависит от характера взаимодействия

Такая характеристика называется инертностью . Мерой инертности является масса. Поэтому отношение ускорений, приобретаемых телами в результате взаимодействия друг с другом, равно обратному отношению масс этих тел. Этот факт иллюстрирует эксперимент, в котором две тележки с разными массами () отталкиваются друг от друга с помощью упругой пластинки (рис. 5). В результате такого взаимодействия большее ускорение приобретет тележка с меньшей массой.

Рис. 5. Взаимодействие двух тел с разными массами

Рис. 6. Основной экспериментальный закон динамики

Закон, который описывает соотношение масс тел и ускорений, приобретенных в результате взаимодействия, называется основным экспериментальным законом динамики (рис. 6).

Более простая формулировка третьего закона Ньютона звучит так: сила действия равна силе противодействия.

Сила действия и сила противодействия – это всегда силы одной природы. Например, в предыдущем опыте сила действия первого динамометра на второй и сила действия второго динамометра на первый – это силы упругости; силы действия одного заряженного тела на другое и наоборот – это силы электрической природы.

Каждая из сил взаимодействия приложена к разным телам. Следовательно, силы взаимодействия между телами не могут компенсировать друг друга, хотя формально:

Рис. 7. Парадокс равнодействующей силы

Продемонстрируем опыт, который подтверждает третий закон Ньютона. До начала опыта весы находятся в равновесии: силы, действующие слева, равны всем силам, действующим справа (рис. 8).

Рис. 8. Силы, действующие слева, равны всем силам, действующим справа

Поместим грузик в сосуд с водой, не касаясь его стенок и дна. На грузик со стороны воды действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх. Но, по третьему закону Ньютона, силы обязательно возникают парами. Значит, со стороны грузика на воду начнет действовать равная по модулю силе Архимеда, но противоположно направленная сила, которая «толкнет» сосуд вниз. А значит, равновесие нарушится в сторону сосуда с грузиком (рис. 9).

Рис. 9. Равновесие нарушится в сторону сосуда с грузиком

Таким образом, первый закон Ньютона утверждает: если на тело не действует посторонние тела, то оно находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения относительно инерциальных систем отсчета. Из него следует, что причиной изменения скорости тела является сила. Второй закон Ньютона объясняет, как движется тело под действием силы. Он устанавливает количественное отношение между ускорением и силой.

В первом и во втором законах Ньютона рассматривается только одно тело. В третьем законе рассматривается взаимодействие двух тел с силами, одинаковыми по модулю и противоположными по направлению. Эти силы называют силами взаимодействия. Они направлены вдоль одной прямой и приложены к разным телам.

Некоторые особенности взаимодействия тел. Принцип относительности Галилея

Выводы, которые возникают при рассмотрении законов Ньютона:

1. Все силы в природе всегда возникают парами (рис. 10). Если появилась одна сила, то обязательно появится противоположно направленная ей вторая сила, действующая со стороны первого тела на второе. Обе эти силы одной природы.

Рис. 10. Все силы в природе всегда возникают парами

2. Каждая из сил взаимодействия приложена к разным телам, следовательно, силы взаимодействия между телами не могут компенсировать друг друга.

3. Ускорения тел в разных инерциальных системах отсчета одинаковы. Меняются перемещения, скорости, но ускорения – нет. Масса тел тоже не зависит от выбора системы отсчета, а значит, и сила не будет зависеть от этого. То есть в инерциальных системах отсчета все законы механического движения одинаковы – это и есть принцип относительности Галилея .

Разбор качественной задачи

1. Может ли человек поднять сам себя по веревке, перекинутой через блок, если второй конец веревки привязан к поясу человека, а блок неподвижен?

Рис. 11. Иллюстрация к задаче

С первого взгляда, кажется, что сила, с которой человек действует на веревку, равна силе, с которой веревка действует на человека (рис. 11). Но сила приложена через веревку к блоку, а сила – к человеку, следовательно, человек сможет поднять себя по этой веревке. Такая система не замкнутая. Система «человек – веревка» включает в себя блок.

2. Может ли человек толкать лодку, если он сам находится в этой лодке и упирается руками в один из бортов?

Рис. 12. Иллюстрация к задаче

В этой задаче система «человек – лодка» замкнутая (рис. 12), то есть сила, с которой человек давит на борт лодки, равна силе, с которой борт лодки действует на человека, но направлена в противоположную сторону. Никакого движения не будет.

3. Может ли человек вытащить самого себя из болота за волосы?

Рис. 13. Иллюстрация к задаче

Система также замкнутая. Сила, с которой рука действует на волосы, равна силе, с которой волосы действуют на руку, но направлена в противоположную сторону (рис. 14). Человек вытащить самого себя из болота за волосы не может.

Список литературы

1. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Физика 10. – М.: Просвещение, 2008.
2. А.П. Рымкевич. Физика. Задачник 10-11. – М.: Дрофа, 2006.
3. О.Я. Савченко. Задачи по физике. – М.: Наука, 1988.
4. А.В. Перышкин, В.В. Крауклис. Курс физики. Т. 1. – М.: Гос. уч.-пед. изд. мин. просвещения РСФСР, 1957.

1. Интернет-портал «raal100.narod.ru» ()
2. Интернет-портал «physics.ru» ()
3. Интернет-портал «bambookes.ru» ()
4. Интернет-портал «bourabai.kz» ()

Домашнее задание

1. Вопросы в конце параграфа 26 (стр. 70) – Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Физика 10 (см. список рекомендованной литературы)
2. Третий закон Ньютона самим Ньютоном был сформулирован так: «Действию всегда есть равное и противоположное противодействие». Есть ли физическое различие между действием и противодействием? Что собой представляют «действие» и «противодействие» Ньютона?
3. Верно ли утверждение: скорость тела определяется действующей на него силой?
4. О ветровое стекло движущегося автомобиля ударился комар. Сравните силы, действующие на комара и автомобиль во время удара.

Первый закон Ньютона

Пользователи также искали:

4 закон ньютона, первый закон ньютона формула 9 класс, первый закон ньютона формулировка, первый закон ньютона кратко, первый закон ньютона примеры, сформулируйте первый закон ньютона, законы, закон, Ньютона, ньютона, первый, Первый, Первый закон Ньютона, формула, законы ньютона формулы, закон ньютона, сформулируйте, формулировка, примеры, кратко, класс, формулы, первый закон ньютона примеры, первый закон ньютона кратко, первый закон ньютона формула 9 класс, сформулируйте первый закон ньютона, 4 закон ньютона, первый закон ньютона формулировка, первый закон ньютона формула, первый закон ньютона формула класс, первый закон ньютона, именные законы и правила. первый закон ньютона,

Первый закон движения Ньютона

В предыдущей главе исследования обсуждались различные способы описания движения (слова, графики, диаграммы, числа и т. Д.). В этом модуле (Законы движения Ньютона) будут обсуждаться способы объяснения движения . Исаак Ньютон (ученый 17 века) выдвинул множество законов, объясняющих, почему объекты движутся (или не двигаются) именно так. Эти три закона стали известны как три закона движения Ньютона.В центре внимания Урока 1 находится первый закон движения Ньютона, который иногда называют законом инерции .

Первый закон движения Ньютона часто называют

.

Покоящийся объект остается неподвижным, а объект в движении остается в движении с той же скоростью и в том же направлении, если на него не действует неуравновешенная сила.

Два пункта и условие

В этом утверждении есть два пункта или части – один, который предсказывает поведение стационарных объектов, а другой, который предсказывает поведение движущихся объектов.Эти две части представлены на следующей диаграмме.

Поведение всех объектов можно описать, сказав, что объекты имеют тенденцию «продолжать делать то, что они делают» (если на них не действует неуравновешенная сила). Если они находятся в состоянии покоя, они будут продолжать в том же состоянии покоя. Если они движутся со скоростью 5 м / с на восток, они продолжат движение в том же состоянии (5 м / с, восток). Если они будут двигаться со скоростью 2 м / с влево, они продолжат движение в том же состоянии (2 м / с, слева).Состояние движения объекта сохраняется до тех пор, пока объект не подвергается воздействию несбалансированной силы . Все объекты сопротивляются изменениям в своем состоянии движения – они склонны «продолжать делать то, что делают».

Существует важное условие, которое должно быть выполнено, чтобы первый закон был применим к любому данному ходатайству. Состояние описывается фразой «… если на него не действует неуравновешенная сила». Пока силы не разбалансированы, то есть пока силы уравновешены, применяется первый закон движения.Эта концепция сбалансированной и неуравновешенной силы будет обсуждаться более подробно позже в Уроке 1.

Предположим, вы наполнили форму для запекания водой до края и прошли по овальной дорожке, пытаясь пройти круг за наименьшее время. Вода имеет тенденцию выливаться из контейнера в определенных местах на трассе. В общем вода пролилась когда:

• контейнер был неподвижен, и вы пытались его переместить
• контейнер находился в движении, и вы пытались его остановить
• : контейнер двигался в одном направлении, и вы попытались изменить его направление.

Вода разливается при изменении состояния движения контейнера. Вода сопротивлялась этому изменению в своем собственном состоянии движения. Вода имела тенденцию «продолжать делать то, что делала». Контейнер был переведен из состояния покоя на высокую скорость на старте; вода осталась в покое и пролилась на стол. Контейнер был остановлен около финиша; вода продолжала двигаться и пролилась через передний край контейнера. Контейнер был вынужден двигаться в другом направлении, чтобы сделать изгиб; вода продолжала двигаться в том же направлении и пролилась через край.Поведение воды во время круга по трассе можно объяснить первым законом движения Ньютона.

Повседневное применение Первого закона Ньютона

Есть много применений первого закона движения Ньютона. Рассмотрим некоторые из ваших опытов в автомобиле. Вы когда-нибудь наблюдали поведение кофе в чашке, наполненной до краев, при запуске автомобиля из состояния покоя или при переводе автомобиля в состояние покоя из состояния движения? Кофе “продолжает делать то, что делает.«Когда вы разгоняете машину из состояния покоя, дорога создает неуравновешенную силу на вращающиеся колеса, чтобы толкать машину вперед; однако кофе (который был в состоянии покоя) хочет оставаться в состоянии покоя. Пока машина ускоряется вперед, кофе остается в в том же положении; впоследствии машина разгоняется из-под кофе, и кофе разливается вам на колени. С другой стороны, при торможении из состояния движения кофе продолжает движение вперед с той же скоростью и в том же направлении , в конечном итоге ударившись о лобовое стекло или приборную панель.Кофе в движении остается в движении.

Испытывали ли вы когда-нибудь инерцию (сопротивление изменениям в вашем состоянии движения) в автомобиле, когда он тормозит до полной остановки? Сила дороги на заблокированные колеса обеспечивает неуравновешенную силу, чтобы изменить состояние движения автомобиля, но нет неуравновешенной силы, чтобы изменить ваше собственное состояние движения. Таким образом, вы продолжаете движение, скользя по сиденью в поступательном движении. Человек в движении остается в движении с той же скоростью и в том же направлении… если на него не действует неуравновешенная сила ремня безопасности. Да! Ремни безопасности используются для обеспечения безопасности пассажиров, движение которых регулируется законами Ньютона. Ремень безопасности обеспечивает неуравновешенное усилие, которое переводит вас из состояния движения в состояние покоя. Возможно, вы могли бы предположить, что произойдет, если ремень безопасности не используется.

Есть еще много приложений первого закона движения Ньютона.Ниже перечислены несколько приложений. Возможно, вы могли бы подумать о законе инерции и дать объяснения для каждого приложения.

• Кровь приливает от головы к ногам при быстрой остановке при движении на спускающемся лифте.
• Головку молотка можно закрепить на деревянной ручке, ударив нижней частью ручки о твердую поверхность.
• Кирпич безболезненно разбивают о руку учителя физики, ударив по нему молотком.(ВНИМАНИЕ: не пытайтесь сделать это дома!)
• Чтобы вытолкнуть кетчуп со дна бутылки с кетчупом, его часто переворачивают вверх дном и толкают вниз на высокой скорости, а затем резко останавливают.
• Подголовники устанавливаются в автомобилях для предотвращения хлыстовых травм при наезде сзади.
• Во время езды на скейтборде (тележке или велосипеде) вы летите вперед от доски при ударе о бордюр, камень или другой объект, который резко останавливает движение скейтборда.

Попробуйте дома

Получите металлическую вешалку, на которую у вас есть разрешение , уничтожить . Раздвиньте плечики. Прикрепите изолентой два теннисных мяча к противоположным концам плечиков, как показано на рисунке справа.Согните вешалку так, чтобы на голове человека была плоская деталь. Концы вешалки с теннисными мячами должны свисать низко (ниже точки балансировки). Наденьте вешалку на голову и уравновесите ее. Затем быстро крутите по кругу. Что делают теннисные мячи?

Законы движения Ньютона

Эта страница предназначена для учащихся колледжей, старших и средних школ.Для младших школьников более простое объяснение информации на этой странице: доступно на Детская страница.

---

Движение самолета по воздуху можно объяснить и описать с помощью физические принципы, открытые более 300 лет назад сэром Исааком Ньютоном. Ньютон работал во многих областях математики и физики. Он разработал теории гравитации в 1666 году, когда ему было всего 23 года.Примерно двадцать лет спустя, в 1686 году, он представил свои три закона движения в “Principia Mathematica Philosophiae” Naturalis. “Законы показаны выше, и их применение аэродинамике даны на отдельных слайдах.

Первый закон Ньютона гласит, что каждый объект будет оставаться в покое или в равномерном движении по прямой линии если не вынужден изменить свое состояние под действием внешнего сила. Обычно это определение инерции . Ключевым моментом здесь является то, что если нет действующей силы на объект (если все внешние силы нейтрализуют друг друга), то объект будет поддерживать постоянную скорость . Если эта скорость равна нулю, тогда объект остается в покое. Если приложена внешняя сила, скорость изменится из-за силы.

Второй закон объясняет, как скорость объект меняется, когда на него действует внешняя сила.Закон определяет, что сила равна изменению импульса (масса умноженная на скорость) за изменение во времени. Ньютон также разработал математическое исчисление, и «изменения», выраженные во втором законе, наиболее точно определяется в дифференциале формы. (Расчет также можно использовать для определения изменений скорости и местоположения испытываемый объектом, подвергшимся внешней силе.) Для объекта с с постоянной массой м , второй закон гласит, что force F это продукт массы объекта и его ускорения a :

F = m * a

Для внешнего применения силы, изменение скорости зависит от массы объекта.Сила будет вызвать изменение скорости; и аналогично, изменение скорости приведет к сила. Уравнение работает в обоих направлениях.

Третий закон гласит, что для каждого действия (силы) в природе есть равная и противоположная реакция. Другими словами, если объект A оказывает силу на объект B, затем объект B также оказывает такое же усилие на объект A. Обратите внимание, что силы действуют на разные объекты. Третий закон может использоваться для объяснения создания подъемной силы крылом и создание тяги реактивным двигателем.

Вы можете просмотреть короткий кино из “Орвилла и Уилбура Райтов”, объясняющих, как законы движения Ньютона описал полет своего самолета. Файл фильма может можно сохранить на свой компьютер и просмотреть как подкаст на проигрывателе подкастов.

---

Действия:

---

Экскурсии с гидом

• Законы движения Ньютона:

---

Навигация..

Руководство для начинающих Домашняя страница

Законы движения Ньютона | Живая наука

Три закона движения сэра Исаака Ньютона описывают движение массивных тел и их взаимодействие. Хотя сегодня законы Ньютона могут показаться нам очевидными, более трех веков назад они считались революционными.

Ньютон был одним из самых влиятельных ученых всех времен. Его идеи легли в основу современной физики.Он опирался на идеи, выдвинутые из работ предыдущих ученых, включая Галилея и Аристотеля, и смог доказать некоторые идеи, которые в прошлом были только теориями. Он изучал оптику, астрономию и математику – он изобрел исчисление. (Немецкому математику Готфриду Лейбницу также приписывают независимую разработку примерно в то же время.)

Ньютон, пожалуй, наиболее известен своими работами по изучению гравитации и движения планет. По настоянию астронома Эдмона Галлея после признания того, что он потерял свое доказательство эллиптических орбит за несколько лет до этого, Ньютон опубликовал свои законы в 1687 году в своей основополагающей работе «Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica» («Математические принципы естественной философии»), в которой он формализовал описание того, как массивные тела движутся под действием внешних сил.

Формулируя свои три закона, Ньютон упростил рассмотрение массивных тел, рассматривая их как математические точки без размера и вращения. Это позволило ему игнорировать такие факторы, как трение, сопротивление воздуха, температуру, свойства материала и т. Д., И сосредоточиться на явлениях, которые можно описать исключительно в терминах массы, длины и времени. Следовательно, эти три закона нельзя использовать для точного описания поведения больших твердых или деформируемых объектов; однако во многих случаях они обеспечивают достаточно точные приближения.

Законы Ньютона относятся к движению массивных тел в инерциальной системе отсчета , иногда называемой ньютоновской системой отсчета , хотя сам Ньютон никогда не описывал такую ​​систему отсчета. Инерциальная система отсчета может быть описана как трехмерная система координат, которая либо неподвижна, либо находится в равномерном линейном движении, то есть не ускоряется и не вращается. Он обнаружил, что движение в такой инерциальной системе отсчета можно описать тремя простыми законами.

Первый закон движения гласит: «Покоящееся тело будет оставаться в покое, а тело в движении будет оставаться в движении, если на него не действует внешняя сила». Это просто означает, что вещи не могут запускаться, останавливаться или менять направление сами по себе. Чтобы вызвать такое изменение, требуется некоторая сила, действующая на них извне. Это свойство массивных тел сопротивляться изменениям в их состоянии движения иногда называют инерцией .

Второй закон движения описывает, что происходит с массивным телом, когда на него действует внешняя сила.В нем говорится: «Сила, действующая на объект, равна массе этого объекта, умноженной на его ускорение». Это записывается в математической форме как F = м a , где F – сила, м – масса, а – – ускорение. Жирными буквами обозначено, что сила и ускорение векторных величин, что означает, что они имеют как величину, так и направление. Сила может быть одной силой или векторной суммой более чем одной силы, которая представляет собой результирующую силу после объединения всех сил.

Когда на массивное тело действует постоянная сила, она заставляет его ускоряться, то есть изменять свою скорость с постоянной скоростью. В простейшем случае сила, приложенная к неподвижному объекту, заставляет его ускоряться в направлении силы. Однако, если объект уже находится в движении или если эта ситуация рассматривается из движущейся системы отсчета, это тело может казаться ускоряющимся, замедляющимся или меняющим направление в зависимости от направления силы и направлений, в которых объект и системы отсчета движутся относительно друг друга.

Третий закон движения гласит: «На каждое действие есть равное и противоположное противодействие». Этот закон описывает, что происходит с телом, когда оно воздействует на другое тело. Силы всегда возникают парами, поэтому, когда одно тело толкает другое, второе тело с такой же силой отталкивается. Например, когда вы толкаете тележку, тележка толкает вас назад; когда вы тянете за веревку, веревка тянется назад против вас; когда сила тяжести прижимает вас к земле, земля толкает вас вверх по ногам; и когда ракета воспламеняет свое топливо позади себя, расширяющийся выхлопной газ толкает ракету, заставляя ее ускоряться.

Если один объект намного, намного массивнее другого, особенно в случае, когда первый объект привязан к Земле, практически все ускорение передается второму объекту, и ускорение первого объекта может быть безопасно игнорировать. Например, если бы вы бросили бейсбольный мяч на запад, вам не нужно было бы учитывать, что вы фактически заставили вращение Земли хоть сколько-нибудь ускоряться, пока мяч находился в воздухе. Однако, если бы вы стояли на роликовых коньках и бросили шар для боулинга вперед, вы бы начали двигаться назад с заметной скоростью.

Эти три закона были подтверждены бесчисленными экспериментами за последние три столетия, и они до сих пор широко используются для описания типов объектов и скоростей, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни. Они составляют основу того, что сейчас известно как классической механики , которая представляет собой исследование массивных объектов, которые больше, чем очень маленькие масштабы, рассматриваемые квантовой механикой, и движутся медленнее, чем очень высокие скорости, рассматриваемые релятивистской механикой.

Дополнительные ресурсы

Второй закон движения Ньютона: концепция системы

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Определите чистую силу, внешнюю силу и систему.
• Поймите второй закон движения Ньютона.
• Примените второй закон Ньютона для определения веса объекта.

Второй закон движения Ньютона тесно связан с первым законом движения Ньютона.Он математически устанавливает причинно-следственную связь между силой и изменениями в движении. Второй закон движения Ньютона является более количественным и широко используется для расчета того, что происходит в ситуациях, связанных с действием силы. Прежде чем мы сможем записать второй закон Ньютона в виде простого уравнения, дающего точное соотношение силы, массы и ускорения, нам необходимо отточить некоторые идеи, которые уже упоминались.

Во-первых, что мы подразумеваем под изменением движения? Ответ заключается в том, что изменение движения эквивалентно изменению скорости.Изменение скорости по определению означает наличие ускорения . Первый закон Ньютона гласит, что чистая внешняя сила вызывает изменение движения; таким образом, мы видим, что чистая внешняя сила вызывает ускорение .

Сразу возникает еще один вопрос. Что мы подразумеваем под внешней силой? Интуитивно понятное представление о внешнем является правильным – внешняя сила действует извне из интересующей системы . Например, на рис. 1 (а) интересующая система – это вагон плюс ребенок в нем.Две силы, действующие со стороны других детей, – это внешние силы. Между элементами системы действует внутренняя сила. Снова посмотрев на рисунок 1 (а), сила, которую ребенок в повозке прикладывает, чтобы повиснуть на повозке, представляет собой внутреннюю силу между элементами интересующей системы. Согласно первому закону Ньютона, только внешние силы влияют на движение системы. (Внутренние силы фактически отменяются, как мы увидим в следующем разделе.) Вы должны определить границы системы, прежде чем вы сможете определить, какие силы являются внешними .Иногда система очевидна, тогда как в других случаях определение границ системы более тонкое. Концепция системы является фундаментальной для многих областей физики, как и правильное применение законов Ньютона. Эта концепция будет многократно пересмотрена в нашем путешествии по физике.

Рис. 1. Различные силы, действующие на одну и ту же массу, вызывают разное ускорение. а) двое детей толкают телегу с ребенком в ней. Показаны стрелки, представляющие все внешние силы. Интересующая система – это повозка и ее водитель.Вес системы w и опора земли N также показаны для полноты и, как предполагается, отменяют. Вектор f представляет трение, действующее на вагон, и действует влево, противодействуя движению вагона. (b) Все внешние силы, действующие на систему, в сумме образуют чистую силу, F _net . На диаграмме свободного тела показаны все силы, действующие на интересующую систему. Точка представляет собой центр масс системы.Каждый вектор силы простирается от этой точки. Поскольку справа действуют две силы, мы рисуем векторы коллинеарно. (c) Большая чистая внешняя сила вызывает большее ускорение ( a ‘> a ), когда взрослый толкает ребенка.

Теперь кажется разумным, что ускорение должно быть прямо пропорционально и в том же направлении, что и чистая (полная) внешняя сила, действующая на систему. Это предположение было проверено экспериментально и показано на рисунке 1.В части (а) меньшая сила вызывает меньшее ускорение, чем большая сила, показанная в части (с). Для полноты картины также показаны вертикальные силы; предполагается, что они отменяются, поскольку нет ускорения в вертикальном направлении. Вертикальные силы – это вес w и опора на землю N , а горизонтальная сила f представляет собой силу трения. Они будут обсуждаться более подробно в следующих разделах. На данный момент мы определим трение как силу, которая противодействует движению мимо друг друга соприкасающихся объектов.На рисунке 1 (b) показано, как векторы, представляющие внешние силы, складываются вместе, чтобы получить результирующую силу,

.

Ф _нетто .

Чтобы получить уравнение для второго закона Ньютона, сначала запишем соотношение ускорения и чистой внешней силы как пропорциональность

[латекс] \ text {a} \ propto {\ text {F} _ {net}} \\ [/ latex]

, где символ ∝ означает «пропорционально», а F _net – это чистая внешняя сила .(Чистая внешняя сила представляет собой векторную сумму всех внешних сил и может быть определена графически, используя метод “голова к хвосту”, или аналитически, используя компоненты. Методы такие же, как и для сложения других векторов, и рассматриваются в двумерной кинематике.) Эта пропорциональность выражает то, что мы сказали словами: ускорение прямо пропорционально чистой внешней силе . После выбора интересующей системы важно определить внешние силы и игнорировать внутренние.Это огромное упрощение – не учитывать многочисленные внутренние силы, действующие между объектами внутри системы, такие как мышечные силы в теле ребенка, не говоря уже о мириадах сил между атомами в объектах, но, делая это, мы можем легко решить некоторые очень сложные проблемы с минимальной ошибкой благодаря нашему упрощению.

Теперь также кажется разумным, что ускорение должно быть обратно пропорционально массе системы. Другими словами, чем больше масса (инерция), тем меньше ускорение, создаваемое данной силой.И действительно, как показано на рисунке 2, та же самая чистая внешняя сила, приложенная к автомобилю, вызывает гораздо меньшее ускорение, чем при приложении к баскетбольному мячу. Пропорциональность записывается как

.

[латекс] \ text {a} \ propto {\ frac {1} {m}} \\ [/ latex]

, где м – масса системы. Эксперименты показали, что ускорение прямо обратно пропорционально массе, точно так же, как оно прямо линейно пропорционально чистой внешней силе.

Рис. 2. Одна и та же сила, действующая на системы разной массы, вызывает разное ускорение.(a) Баскетболист толкает баскетбольный мяч, чтобы сделать передачу. (Влияние силы тяжести на мяч игнорируется.) (B) Тот же игрок оказывает идентичное усилие на остановившийся внедорожник и производит гораздо меньшее ускорение (даже если трение незначительно). (c) Диаграммы свободного тела идентичны, что позволяет напрямую сравнить две ситуации. По мере того, как вы будете решать больше задач, появится серия паттернов для диаграммы свободного тела.

Было обнаружено, что ускорение объекта зависит только от чистой внешней силы и массы объекта.Объединение двух только что приведенных пропорций дает второй закон движения Ньютона.

Второй закон движения Ньютона

Ускорение системы прямо пропорционально чистой внешней силе, действующей на систему, и в том же направлении, и обратно пропорционально ее массе. В форме уравнения второй закон движения Ньютона равен

.

[латекс] {\ text {a}} = \ frac {{{\ text {F}}} _ {\ text {net}}} {m} \\ [/ latex].

Это часто записывается в более привычной форме

F _нетто = м a .

Если рассматривать только величину силы и ускорения, это уравнение просто

F _net = ma.

Хотя эти последние два уравнения на самом деле одинаковы, первое дает больше понимания того, что означает второй закон Ньютона. Закон – это причинно-следственная связь между тремя величинами, которая не просто основана на их определениях. Справедливость второго закона полностью основана на экспериментальной проверке.

F _net = м используется для определения единиц силы в терминах трех основных единиц массы, длины и времени. Единица силы в системе СИ называется ньютон (сокращенно Н) и представляет собой силу, необходимую для ускорения системы массой 1 кг со скоростью 1 м / с ² . То есть, поскольку F _net = м a ,

1 Н = 1 кг ⋅ м / с ² .

В то время как почти весь мир использует ньютон в качестве единицы силы, в Соединенных Штатах наиболее известной единицей силы является фунт (фунт), где 1 N = 0.225 фунтов

Вес и гравитационная сила

Когда объект падает, он ускоряется к центру Земли. Второй закон Ньютона гласит, что общая сила, действующая на объект, отвечает за его ускорение. Если сопротивление воздуха незначительно, результирующая сила, действующая на падающий объект, – это сила тяжести, обычно называемая его весом Вт. Вес можно обозначить как вектор w, потому что он имеет направление; вниз – это, по определению, направление силы тяжести, и, следовательно, вес – это сила, направленная вниз.Величина веса обозначается как w . Галилей показал, что при отсутствии сопротивления воздуха все объекты падают с одинаковым ускорением g . Используя результат Галилея и второй закон Ньютона, мы можем вывести уравнение для веса.

Рассмотрим объект массой м , падающий на Землю. Он испытывает только направленную вниз силу тяжести, величина которой составляет w . Второй закон Ньютона гласит, что величина чистой внешней силы, действующей на объект, составляет F _net = ma .Поскольку на объект действует только сила тяжести, направленная вниз, F _net = w . Мы знаем, что ускорение объекта под действием силы тяжести составляет g , или a = g . Подставляя их во второй закон Ньютона, получаем

Масса

Это уравнение для веса – силы тяжести, действующей на массу m:

w = мг

Так как g = 9,80 м / с ² на Земле, вес 1.0 кг объекта на Земле составляет 9,8 Н, как мы видим:

w = мг = (1,0 кг) (9,80 м / с ² ) = 9,8 Н.

Напомним, что g может принимать положительное или отрицательное значение в зависимости от положительного направления в системе координат. Обязательно учтите это при решении задач с весом.

Когда чистая внешняя сила, действующая на объект, равна его весу, мы говорим, что оно находится в свободном падении . То есть единственная сила, действующая на объект, – это сила тяжести.В реальном мире, когда объекты падают вниз к Земле, они никогда не находятся в состоянии свободного падения, потому что на объект всегда действует некоторая восходящая сила из воздуха.

Ускорение свободного падения g незначительно меняется по поверхности Земли, так что вес объекта зависит от местоположения и не является внутренним свойством объекта. Вес резко меняется, если человек покидает поверхность Земли. На Луне, например, ускорение свободного падения всего 1.67 м / с ² . Таким образом, масса в 1,0 кг имеет вес 9,8 Н на Земле и всего около 1,7 Н на Луне.

Самое широкое определение веса в этом смысле состоит в том, что вес объекта – это сила тяжести, действующая на него со стороны ближайшего большого тела , такого как Земля, Луна, Солнце и так далее. Это наиболее распространенное и полезное определение веса в физике. Однако оно кардинально отличается от определения веса, используемого НАСА и популярными СМИ в отношении космических путешествий и исследований.Когда они говорят о «невесомости» и «микрогравитации», они на самом деле имеют в виду явление, которое в физике мы называем «свободным падением». Мы будем использовать приведенное выше определение веса и проведем тщательное различие между свободным падением и фактической невесомостью.

Важно знать, что вес и масса – очень разные физические величины, хотя они тесно связаны. Масса – это количество материи (сколько «вещества») и не изменяется в классической физике, тогда как вес – это сила тяжести, которая зависит от силы тяжести.Заманчиво приравнять эти два понятия, поскольку большинство наших примеров имеет место на Земле, где вес объекта лишь немного зависит от его местоположения. Кроме того, в повседневном языке термины масса и масса используются взаимозаменяемо; например, в наших медицинских записях наш «вес» часто указывается в килограммах, но никогда в правильных единицах – ньютонах.

Распространенные заблуждения: масса против веса

В обиходе масса и вес часто используются как синонимы.Однако в науке эти термины существенно отличаются друг от друга. Масса – это мера количества вещества в объекте. Типичной мерой массы является килограмм (или «слизняк» в английских единицах измерения). С другой стороны, вес – это мера силы тяжести, действующей на объект. Вес равен массе объекта (м), умноженной на ускорение свободного падения (g). Как и любая другая сила, вес измеряется в ньютонах (или фунтах в английских единицах). Предполагая, что масса объекта остается неизменной, она останется неизменной независимо от его местоположения.Однако, поскольку вес зависит от ускорения свободного падения, вес объекта может измениться на , когда объект входит в область с большей или меньшей силой тяжести. Например, ускорение свободного падения на Луне составляет 1,67 м / с ² (что намного меньше ускорения свободного падения на Земле, 9,80 м / с ² ). Если вы измерили свой вес на Земле, а затем измерили свой вес на Луне, вы бы обнаружили, что «весите» намного меньше, хотя и не выглядите худее.Это потому, что сила тяжести на Луне слабее. Фактически, когда люди говорят, что они «худеют», они на самом деле имеют в виду, что они теряют «массу» (что, в свою очередь, заставляет их весить меньше).

Эксперимент на вынос: масса и вес

Что измеряют весы для ванной? Когда вы стоите на весах в ванной, что происходит с весами? Слегка угнетает. Весы содержат пружины, которые сжимаются пропорционально вашему весу – подобно резиновым лентам, расширяющимся при натяжении.Пружины позволяют измерить ваш вес (для объекта, который не ускоряется). Это сила в ньютонах (или фунтах). В большинстве стран результат делится на 9,80, чтобы получить значение в килограммах. Весы измеряют вес, но откалиброваны для предоставления информации о массе. Стоя на весах в ванной, нажмите на соседний стол. Что происходит с чтением? Почему? Будет ли ваша шкала измерять ту же «массу» на Земле, что и на Луне?

Пример 1.Какое ускорение может дать человек, толкая газонокосилку?

Предположим, что чистая внешняя сила (толчок минус трение), действующая на газонокосилку, составляет 51 Н (около 11 фунтов) параллельно земле. Масса косилки 24 кг. Какое у него ускорение?

Рис. 3. Сила полезного действия на газонокосилку справа составляет 51 Н. С какой скоростью газонокосилка ускоряется вправо?

Стратегия

Поскольку даны F _net и m, ускорение можно рассчитать непосредственно из второго закона Ньютона, как указано в F _net = м a .{2} \\ [/ латекс].

Обсуждение

Направление ускорения совпадает с направлением результирующей силы, параллельной земле. В этом примере нет информации об отдельных внешних силах, действующих на систему, но мы можем кое-что сказать об их относительных величинах. Например, сила, прикладываемая человеком, толкающим косилку, должна быть больше, чем трение, препятствующее движению (поскольку мы знаем, что косилка движется вперед), а вертикальные силы должны нейтрализоваться, если не должно быть ускорения в вертикальном направлении ( косилка движется только горизонтально).Обнаруженное ускорение достаточно мало, чтобы быть приемлемым для человека, толкающего косилку. Такое усилие не будет длиться слишком долго, потому что скоро человек достигнет максимальной скорости.

Пример 2. Какая ракетная тяга разгоняет салазки?

До пилотируемых космических полетов ракетные сани использовались для испытания самолетов, ракетного оборудования и физиологических воздействий на людей на высоких скоростях. Они состояли из платформы, которая была установлена ​​на одной или двух направляющих и приводилась в движение несколькими ракетами.Вычислите величину силы, прилагаемой каждой ракетой, которая называется ее тягой T, для четырехракетной двигательной установки, показанной на рисунке 4. Начальное ускорение салазок составляет 49 м / с2, масса системы – 2100 кг, а сила трения. противодействие движению, как известно, составляет 650 Н.

Рис. 4. Салазки испытывают ракетную тягу, которая ускоряет их вправо. Каждая ракета создает одинаковую тягу T. Как и в других ситуациях, когда есть только горизонтальное ускорение, вертикальные силы нейтрализуются.Земля оказывает на систему направленную вверх силу N, равную по величине и противоположную по направлению ее весу w. Система здесь – сани, его ракеты и всадник, поэтому никакие силы между этими объектами не рассматриваются. Стрелка, обозначающая трение (f), нарисована крупнее шкалы.

Стратегия

Несмотря на то, что существуют силы, действующие вертикально и горизонтально, мы предполагаем, что вертикальные силы компенсируются, поскольку нет вертикального ускорения. Это оставляет нам только горизонтальные силы и более простую одномерную задачу.Направления обозначены знаками “плюс” или “минус”, при этом направление вправо считается положительным. См. Диаграмму свободного тела на рисунке.

Решение

Поскольку ускорение, масса и сила трения даны, мы начнем со второго закона Ньютона и ищем способы найти тягу двигателей. Поскольку мы определили направление силы и ускорения как действующие «вправо», нам нужно учитывать в расчетах только величины этих величин. {2} \ right) + \ text { 650 Н} \ [/ латекс]

[латекс] 4Т = 1.{4} \ text {N} \\ [/ латекс].

Обсуждение

Цифры довольно большие, поэтому результат может вас удивить. Подобные эксперименты проводились в начале 1960-х годов для проверки пределов человеческой выносливости и установки, предназначенной для защиты людей при аварийных выбросах реактивных истребителей. Была получена скорость 1000 км / ч с ускорением 45 g. (Напомним, что g, ускорение свободного падения, составляет 9,80 м / с ² . Когда мы говорим, что ускорение составляет 45 g, это 45 × 9.80 м / с ² , что составляет приблизительно 440 м / с ² .) Хотя живые предметы больше не используются, с помощью ракетных саней была получена сухопутная скорость 10 000 км / ч. В этом примере, как и в предыдущем, интересующая система очевидна. В последующих примерах мы увидим, что выбор интересующей системы имеет решающее значение, и этот выбор не всегда очевиден.

Второй закон движения Ньютона – это больше, чем определение; это соотношение между ускорением, силой и массой.Это может помочь нам делать прогнозы. Каждую из этих физических величин можно определить независимо, поэтому второй закон говорит нам что-то основное и универсальное о природе. В следующем разделе представлен третий и последний закон движения.

Сводка раздела

• Ускорение, a , определяется как изменение скорости, означающее изменение ее величины или направления, или и того, и другого.
• Внешняя сила – это сила, действующая на систему извне, в отличие от внутренних сил, которые действуют между компонентами внутри системы.
• Второй закон движения Ньютона гласит, что ускорение системы прямо пропорционально и в том же направлении, что и чистая внешняя сила, действующая на систему, и обратно пропорционально ее массе.
• В форме уравнения второй закон движения Ньютона выглядит так: [latex] {\ text {a}} = \ frac {{{\ text {F}}} _ {\ text {net}}} {m} \\ [/ латекс].
• Это часто записывается в более привычной форме: F _net = m a .
• Вес объекта w определяется как сила тяжести, действующая на объект массой м .Объект испытывает ускорение свободного падения g :

  w = m g .

• Если единственная сила, действующая на объект, вызвана гравитацией, объект находится в свободном падении.
• Трение – это сила, которая препятствует движению соприкасающихся объектов друг за другом.

Концептуальные вопросы

1. Какое утверждение верно? (а) Чистая сила вызывает движение. (б) Чистая сила вызывает изменение движения. Объясните свой ответ и приведите пример.

2. Почему мы можем пренебрегать такими силами, как силы, удерживающие тело вместе, когда мы применяем второй закон движения Ньютона?

3. Объясните, как выбор «интересующей системы» влияет на то, какие силы необходимо учитывать при применении второго закона движения Ньютона.

4. Опишите ситуацию, в которой чистая внешняя сила, действующая на систему, не равна нулю, но ее скорость остается постоянной.

5. Система может иметь ненулевую скорость, в то время как чистая внешняя сила, действующая на нее , равна нулю.Опишите такую ​​ситуацию.

6. Камень брошен вверх. Какая чистая внешняя сила действует на скалу, когда она находится на вершине своей траектории?

7. (a) Приведите пример различных чистых внешних сил, действующих на одну и ту же систему, вызывая разные ускорения. (b) Приведите пример одной и той же чистой внешней силы, действующей на системы разной массы, вызывая разные ускорения. (c) Какой закон точно описывает оба эффекта? Сформулируйте это словами и в виде уравнения.

8. Если ускорение системы равно нулю, не действуют ли на нее внешние силы? А как насчет внутренних сил? Объясни свои ответы.

9. Если к объекту приложена постоянная ненулевая сила, что вы можете сказать о скорости и ускорении объекта?

10. Сила тяжести, действующая на баскетбольный мяч на рисунке 2, игнорируется. Когда сила тяжести принимается во внимание , каково направление чистой внешней силы на баскетбольный мяч – выше горизонтали, ниже горизонтали или все еще горизонтально?

Задачи и упражнения

Вы можете предположить, что данные, взятые с иллюстраций, имеют точность до трех цифр.

1. Спринтер весом 63,0 кг начинает забег с ускорением 4,20 м / с ² . Какая чистая внешняя сила действует на него?

2. Если спринтер из предыдущей задачи разгоняется с такой скоростью на 20 м, а затем сохраняет эту скорость до конца 100-метрового рывка, сколько у него времени для забега?

3. Пылесос толкает тележку для белья весом 4,50 кг таким образом, чтобы чистая внешняя сила, действующая на нее, составляла 60,0 Н. Вычислите величину ее ускорения.

4. Поскольку астронавты на орбите явно невесомые, необходим умный метод измерения их массы, чтобы отслеживать прирост или потерю массы и корректировать рацион. Один из способов сделать это – приложить известную силу к космонавту и измерить возникающее ускорение. Предположим, что действует чистая внешняя сила 50,0 Н и измеренное ускорение астронавта составляет 0,893 м / с ² . (а) Рассчитайте ее массу. (b) При приложении силы к космонавту, аппарат, в котором он движется по орбите, испытывает равную и противоположную силу.Обсудите, как это повлияет на измерение ускорения космонавта. Предложите метод, позволяющий избежать отдачи автомобиля.

5. На рисунке 3 чистая внешняя сила на газонокосилке 24 кг заявлена ​​равной 51 Н. Если сила трения, препятствующая движению, равна 24 Н, то какую силу F (в ньютонах) человек прилагает к косилка? Предположим, косилка движется со скоростью 1,5 м / с при снятии усилия F . Как далеко уйдет косилка до остановки?

6.Те же ракетные салазки, изображенные на рисунке 5, замедляются со скоростью 196 м / с ² . Какая сила необходима, чтобы вызвать это замедление? Предположим, что ракеты выключены. Масса системы 2100 кг.

Рисунок 5.

7. (a) Если салазки ракеты, показанные на рисунке 6, запускаются с горящей только одной ракетой, какова величина ее ускорения? Предположим, что масса системы составляет 2100 кг, тяга T составляет 2,4 × 10 ⁴ Н, а сила трения, препятствующая движению, известна как 650 Н.б) Почему ускорение не в четыре раза меньше, чем у всех горящих ракет?

Рисунок 6.

8. Какое замедление у ракетных саней, если они останавливаются за 1,1 с со скорости 1000 км / ч? (Из-за такого замедления один испытуемый потерял сознание и временно потерял сознание.)

9. Предположим, двое детей толкают третьего ребенка в повозке горизонтально, но в противоположных направлениях. Первый ребенок прикладывает силу 75,0 Н, второй – 90.{2} \\ [/ latex] при скорости 90,0 км / ч. На этой скорости силы сопротивления движению, включая трение и сопротивление воздуха, составляют в сумме 400 Н. (Сопротивление воздуха аналогично трению воздуха. Оно всегда противодействует движению объекта.) Какова величина силы, которую мотоцикл оказывает в обратном направлении на мотоцикл. земля, чтобы произвести его ускорение, если масса мотоцикла с водителем составляет 245 кг?

11. Ракетные салазки, показанные на рисунке 8, ускоряются со скоростью 49,0 м / с ² . Его пассажирская масса 75.0 кг. (а) Рассчитайте горизонтальную составляющую силы, которую сиденье оказывает на его тело. Сравните это с его весом, используя соотношение. (b) Рассчитайте направление и величину общей силы, которую сиденье оказывает на его тело.

Рисунок 8.

12. Повторите предыдущую задачу для ситуации, когда салазки ракеты замедляются со скоростью 201 м / с ² . В этой задаче силы прилагаются к сиденью и удерживающим ремням.

13. Вес космонавта вместе с его скафандром на Луне составляет всего 250 Н.Сколько они весят на Земле? Какая масса на Луне? На земле?

14. Предположим, масса полностью загруженного модуля, в котором космонавты взлетают с Луны, составляет 10 000 кг. Тяга его двигателей составляет 30 000 Н. (а) Рассчитайте величину ускорения при вертикальном взлете с Луны. б) Может ли он взлететь с Земли? Если нет, то почему? Если бы это было возможно, вычислите величину его ускорения.

Глоссарий

ускорение:

скорость, с которой скорость объекта изменяется за период времени

свободное падение:

ситуация, в которой единственная сила, действующая на объект, – это сила тяжести

трение:

– сила соприкасающихся объектов друг с другом; Примеры включают шероховатую поверхность и сопротивление воздуха

чистая внешняя сила:

векторная сумма всех внешних сил, действующих на объект или систему; заставляет массу ускоряться

Второй закон движения Ньютона:

чистая внешняя сила F _чистая на объекте с массой m пропорциональна и в том же направлении, что и ускорение объекта, a , и обратно пропорциональна массе; математически определяется как [latex] \ mathbf {\ text {a}} = \ frac {{\ mathbf {\ text {F}}} _ {\ text {net}}} {m} \\ [/ latex]

система

определяется границами наблюдаемого объекта или набора объектов; все силы, возникающие извне системы, считаются внешними силами

вес

сила w за счет силы тяжести, действующей на объект массой [латекс] м [/ латекс]; математически определяется как: w = mg , где g – величина и направление ускорения свободного падения

Избранные решения проблем и упражнения

1.265 N

3. 13,3 м / с ²

7. (a) 12 м / с ² (b) Ускорение не в четверть от того, что было при горящих ракетах, потому что сила трения все еще такая же большая, как при всех горящих ракетах.

9. (a) Система – это ребенок в вагоне плюс вагон.

Рисунок 9

(б)

(c) a = 0,130 м / с ² в направлении толчка второго ребенка.

(г) a = 0,00 м / с ²

11.(a) 3,68 × 10 ³ Н. Эта сила в 5,00 раз превышает его вес. (b) 3750 Н; 11,3º над горизонтом

13. 1,5 × 10 ³ Н, 150 кг, 150 кг

5.3 Второй закон Ньютона – University Physics Volume 1

Второй закон Ньютона тесно связан с его первым законом. Он математически показывает причинно-следственную связь между силой и изменениями в движении. Второй закон Ньютона является количественным и широко используется для расчета того, что происходит в ситуациях, связанных с применением силы.Прежде чем мы сможем записать второй закон Ньютона в виде простого уравнения, которое дает точное соотношение силы, массы и ускорения, нам нужно отточить некоторые идеи, о которых мы упоминали ранее.

Сила и ускорение

Во-первых, что мы подразумеваем под изменением движения? Ответ заключается в том, что изменение движения эквивалентно изменению скорости. Изменение скорости по определению означает ускорение. Первый закон Ньютона гласит, что чистая внешняя сила вызывает изменение движения; таким образом, мы видим, что чистая внешняя сила вызывает ненулевое ускорение .

В разделе «Силы» мы определили внешнюю силу как силу, действующую на объект или систему, которая возникает вне объекта или системы. Давайте рассмотрим эту концепцию дальше. Интуитивно понятное представление о внешнем верно – это вне интересующей системы. Например, на (Рисунок) (а) интересующая система – это автомобиль плюс человек в нем. Две силы, проявляемые двумя учениками, – это внешние силы. Напротив, между элементами системы действует внутренняя сила. Таким образом, сила, с которой человек в автомобиле держится за рулевое колесо, представляет собой внутреннюю силу между элементами интересующей системы.Согласно первому закону Ньютона, только внешние силы влияют на движение системы. (Внутренние силы нейтрализуют друг друга, как объясняется в следующем разделе.) Следовательно, мы должны определить границы системы, прежде чем мы сможем определить, какие силы являются внешними. Иногда система очевидна, тогда как в других случаях определение границ системы более тонкое. Концепция системы является фундаментальной для многих областей физики, как и правильное применение законов Ньютона. Эта концепция многократно пересматривается при изучении физики.

Рисунок 5.10 Различные силы, действующие на одну и ту же массу, вызывают разное ускорение. (а) Два студента толкают заглохшую машину. Показаны все внешние силы, действующие на автомобиль. (b) Силы, действующие на автомобиль, переносятся на координатную плоскость (диаграмма свободного тела) для упрощения анализа. (c) Эвакуатор может создавать большую внешнюю силу при той же массе и, следовательно, большее ускорение.

Из этого примера вы можете видеть, что разные силы, действующие на одну и ту же массу, вызывают разное ускорение.На (Рис.) (А) двое учеников толкают машину с водителем. Показаны стрелки, представляющие все внешние силы. Интересующая система – это автомобиль и его водитель. Вес

системы и опоры земли

также показаны для полноты и, как предполагается, отменяются (поскольку не было вертикального движения и дисбаланса сил в вертикальном направлении, чтобы создать изменение в движении). Вектор

представляет трение, действующее на автомобиль, и действует влево, противодействуя движению автомобиля.(Мы обсудим трение более подробно в следующей главе.) На (Рисунок) (b) все внешние силы, действующие на систему, складываются вместе, образуя результирующую силу

.

Диаграмма свободного тела показывает все силы, действующие на интересующую систему. Точка представляет собой центр масс системы. Каждый вектор силы простирается от этой точки. Поскольку справа действуют две силы, векторы показаны коллинеарно. Наконец, на (Рисунок) (c), большая чистая внешняя сила вызывает большее ускорение

когда эвакуатор тянет машину.
Кажется разумным, что ускорение будет прямо пропорционально чистой внешней силе, действующей на систему, и в том же направлении. Это предположение было проверено экспериментально и проиллюстрировано на (Рисунок). Чтобы получить уравнение для второго закона Ньютона, сначала запишем соотношение ускорения

и чистая внешняя сила

как пропорциональность

где символ

означает «пропорционально.(Напомним из книги «Силы», что чистая внешняя сила представляет собой векторную сумму всех внешних сил и иногда обозначается как

) Эта пропорциональность показывает то, что мы сказали словами: ускорение прямо пропорционально чистой внешней силе. После выбора интересующей системы определите внешние силы и игнорируйте внутренние. Было бы огромным упрощением игнорировать многочисленные внутренние силы, действующие между объектами внутри системы, такие как мышечные силы в телах учеников, не говоря уже о бесчисленных силах между атомами в объектах.Тем не менее, это упрощение помогает нам решать некоторые сложные проблемы.

Также кажется разумным, что ускорение должно быть обратно пропорционально массе системы. Другими словами, чем больше масса (инерция), тем меньше ускорение, создаваемое данной силой. Как показано на (Рисунок), та же самая чистая внешняя сила, приложенная к баскетбольному мячу, вызывает гораздо меньшее ускорение, когда она применяется к кроссоверу. Пропорциональность записывается как

.

, где м, – масса системы, а – – величина ускорения.Эксперименты показали, что ускорение прямо обратно пропорционально массе, так же как оно прямо пропорционально чистой внешней силе.

Рисунок 5.11 Одна и та же сила, действующая на системы разной массы, вызывает разное ускорение. (a) Баскетболист толкает баскетбольный мяч, чтобы сделать передачу. (Игнорируйте влияние силы тяжести на мяч.) (B) Тот же игрок оказывает идентичную силу на остановившийся внедорожник и производит гораздо меньшее ускорение. (c) Диаграммы свободного тела идентичны, что позволяет напрямую сравнить две ситуации.По мере того, как вы решите больше задач и научитесь рисовать их в Рисование диаграмм свободного тела, появится серия шаблонов для диаграмм свободного тела.

Было обнаружено, что ускорение объекта зависит только от чистой внешней силы и массы объекта. Комбинируя две только что приведенные пропорциональности, получаем второй закон Ньютона .

Второй закон движения Ньютона

Ускорение системы прямо пропорционально чистой внешней силе, действующей на систему, и в том же направлении, и обратно пропорционально ее массе.В форме уравнения второй закон Ньютона равен

.

где

– ускорение,

– это чистая сила, а м – масса. Это часто записывается в более привычной форме

.

, но первое уравнение дает более полное представление о том, что означает второй закон Ньютона. Если рассматривать только величину силы и ускорения, это уравнение можно записать в более простой скалярной форме:

Закон – это причинно-следственная связь между тремя величинами, которая не просто основана на их определениях.Справедливость второго закона основана на экспериментальной проверке. Диаграмма свободного тела, которую вы научитесь рисовать в «Рисование диаграмм свободного тела», является основой для написания второго закона Ньютона.

Пример

Какое ускорение может дать человек, толкая газонокосилку?

Предположим, что чистая внешняя сила (толчок минус трение), действующая на газонокосилку, составляет 51 Н (около 11 фунтов) параллельно земле ((Рисунок)). Масса косилки 24 кг. Какое у него ускорение?

Рисунок 5.12 (a) Чистое усилие на газонокосилке составляет 51 Н. вправо. С какой скоростью газонокосилка ускоряется вправо? (б) Показана диаграмма свободного тела для этой задачи.

Стратегия

Эта проблема связана только с движением в горизонтальном направлении; нам также дана чистая сила, обозначенная одним вектором, но мы можем подавить векторную природу и сосредоточиться на применении второго закона Ньютона. С

и м. , ускорение можно рассчитать непосредственно из второго закона Ньютона как

Решение

Величина ускорения а составляет

.Ввод известных значений дает

Если заменить ньютон на килограммы, умноженные на метры в секунду в квадрате, получим

.

Значение

Направление ускорения совпадает с направлением результирующей силы, параллельной земле. Это результат векторной связи, выраженной во втором законе Ньютона, то есть вектор, представляющий чистую силу, является скалярным кратным вектору ускорения.В этом примере нет информации об отдельных внешних силах, действующих на систему, но мы можем кое-что сказать об их относительных величинах. Например, сила, прикладываемая человеком, толкающим косилку, должна быть больше, чем трение, препятствующее движению (поскольку мы знаем, что косилка движется вперед), а вертикальные силы должны нейтрализоваться, поскольку в вертикальном направлении не происходит ускорения (косилка движется только по горизонтали). Обнаруженное ускорение достаточно мало, чтобы быть приемлемым для человека, толкающего косилку.Такое усилие не продлится слишком долго, потому что человек скоро наберет максимальную скорость.

Проверьте свое понимание

На момент запуска HMS Titanic был самым массивным мобильным объектом из когда-либо построенных, с массой

единиц.

. При силе 6 МН

был применен к кораблю, какое ускорение он испытает?

[показывать-ответ q = ”fs-id116503

66 ″] Показать решение [/ показывать-ответ]

[скрытый-ответ a = ”fs-id116503

66 ″]

[/ hidden-answer]

В предыдущем примере мы имели дело с чистой силой только для простоты.Однако на газонокосилку действует несколько сил. Вес

(подробно обсуждается в разделе «Масса и вес») тянет косилку вниз к центру Земли; это создает контактное усилие на земле. Земля должна оказывать на газонокосилку восходящую силу, известную как нормальная сила

.

, который мы определяем в Common Forces. Эти силы уравновешены и поэтому не вызывают вертикального ускорения. В следующем примере мы показываем обе эти силы.Продолжая решать проблемы, используя второй закон Ньютона, не забудьте показать множественные силы.

Пример

Какая сила больше?

(a) Автомобиль, показанный на (Рисунок), движется с постоянной скоростью. Какая сила больше,

или

? Объяснять.

(b) Эта же машина сейчас ускоряется вправо. Какая сила больше,

или

Объясните.

Рис. 5.13 Показан автомобиль (а) движущийся с постоянной скоростью и (б) ускоряющийся. Как соотносятся силы, действующие на автомобиль, в каждом конкретном случае? а) Что знание того, что автомобиль движется с постоянной скоростью, говорит нам о чистой горизонтальной силе, действующей на автомобиль, по сравнению с силой трения? б) Что знание того, что автомобиль ускоряется, говорит нам о горизонтальной силе, действующей на автомобиль, по сравнению с силой трения?

Стратегия

Мы должны рассмотреть первый и второй законы Ньютона, чтобы проанализировать ситуацию.Нам нужно решить, какой закон применяется; это, в свою очередь, расскажет нам о соотношении сил.

Решение

1. Силы равны. Согласно первому закону Ньютона, если результирующая сила равна нулю, скорость постоянна.
2. В этом случае

   должно быть больше

   Согласно второму закону Ньютона, для ускорения требуется чистая сила.

Значение

Эти вопросы могут показаться тривиальными, но обычно на них отвечают неверно.Чтобы автомобиль или любой другой объект двинулся с места, его нужно разогнать до желаемой скорости; для этого требуется, чтобы сила двигателя была больше силы трения. Когда автомобиль движется с постоянной скоростью, результирующая сила должна быть равна нулю; в противном случае автомобиль будет ускоряться (набирать скорость). Чтобы решить проблемы, связанные с законами Ньютона, мы должны понять, применять ли первый закон Ньютона (где

) или второй закон Ньютона (где

не равно нулю).Это станет очевидно, когда вы увидите больше примеров и попытаетесь решить проблемы самостоятельно.

Пример

Какая ракетная тяга ускоряет этот снегоход?

До пилотируемых космических полетов ракетные сани использовались для проверки самолетов, ракетного оборудования и физиологических воздействий на людей на высоких скоростях. Они состояли из платформы, которая была установлена ​​на одной или двух направляющих и приводилась в движение несколькими ракетами.

Рассчитайте величину силы, прилагаемой каждой ракетой, которая называется ее тягой T , для четырехракетной двигательной установки, показанной на (Рисунок).Начальное ускорение салазок

, масса системы 2100 кг, сила трения, препятствующая движению, 650 Н.

Рис. 5.14 Салазки испытывают ракетную тягу, которая ускоряет их вправо. Каждая ракета создает одинаковую тягу T. Система здесь представляет собой салазки, их ракеты и их всадник, поэтому никакие силы между этими объектами не учитываются. Стрелка, обозначающая трение

нарисован в крупном масштабе.

Стратегия

Хотя силы действуют как вертикально, так и горизонтально, мы предполагаем, что вертикальные силы компенсируются, потому что нет вертикального ускорения. Это оставляет нам только горизонтальные силы и более простую одномерную задачу. Направления обозначены знаками “плюс” или “минус”, при этом направление вправо считается положительным. См. Диаграмму свободного тела на (Рисунок).

Решение

Поскольку ускорение, масса и сила трения даны, мы начнем со второго закона Ньютона и ищем способы найти тягу двигателей.Мы определили направление силы и ускорения как действующее «вправо», поэтому в расчетах нам нужно учитывать только величины этих величин. Следовательно, мы начинаем с

где

– чистая сила в горизонтальном направлении. Из рисунка видно, что тяга двигателя увеличивается, а трение противодействует. В форме уравнения чистая внешняя сила равна

.

Подставляя это во второй закон Ньютона, получаем

Используя небольшую алгебру, мы решаем общую тягу 4 T :

Подстановка известных значений дает

Следовательно, общая тяга

и индивидуальные тяги

Значение

Цифры довольно большие, поэтому результат может вас удивить.Подобные эксперименты проводились в начале 1960-х годов, чтобы проверить пределы человеческой выносливости, и установка была разработана для защиты людей при аварийных выбросах реактивных истребителей. Была получена скорость 1000 км / ч с ускорением 45 g ‘с. (Напомним, что g , ускорение свободного падения, равно

. Когда мы говорим, что ускорение составляет 45 g с, это

.

, что составляет примерно

.) Хотя живые предметы больше не используются, наземная скорость 10 000 км / ч была получена с помощью ракетных саней.

В этом примере, как и в предыдущем, интересующая система очевидна. В последующих примерах мы увидим, что выбор интересующей системы имеет решающее значение, и этот выбор не всегда очевиден.

Второй закон Ньютона – это больше, чем определение; это соотношение между ускорением, силой и массой. Это может помочь нам делать прогнозы. Каждую из этих физических величин можно определить независимо, поэтому второй закон говорит нам что-то основное и универсальное о природе.

Проверьте свое понимание

Спортивный автомобиль массой 550 кг сталкивается с грузовиком массой 2200 кг, и во время столкновения результирующая сила, действующая на каждое транспортное средство, равна силе, прилагаемой другим. Если величина ускорения грузовика

какова величина ускорения спортивного автомобиля?

[показывать-ответ q = ”fs-id1165039454293 ″] Показать решение [/ показывать-ответ]

[скрытый-ответ a = ”fs-id1165039454293 ″]

[/ hidden-answer]

Составная форма второго закона Ньютона

Мы разработали второй закон Ньютона и представили его в виде векторного уравнения (рисунок).Это векторное уравнение можно записать в виде трехкомпонентных уравнений:

Второй закон – это описание того, как тело механически реагирует на окружающую среду. Влияние окружающей среды – чистая сила

.

реакция тела – ускорение

, а сила отклика обратно пропорциональна массе м . Чем больше масса объекта, тем меньше его реакция (его ускорение) на влияние окружающей среды (заданная результирующая сила).Следовательно, масса тела является мерой его инерции, как мы объясняли в Первом законе Ньютона.

Пример

Сила на футбольном мяче

Игрок перебрасывает футбольный мяч весом 0,400 кг через поле; он подвергается ускорению, заданному

Найдите (а) результирующую силу, действующую на мяч, и (б) величину и направление результирующей силы.

Стратегия

Векторов в

и

Используется формат

, который указывает направление силы вдоль оси x и оси y соответственно, поэтому мы применяем второй закон Ньютона в векторной форме.

Решение

1. Применяем второй закон Ньютона:

2. Величина и направление находятся с использованием компонентов

   :

Значение

Мы должны помнить, что второй закон Ньютона является векторным уравнением. В (а) мы умножаем вектор на скаляр, чтобы определить результирующую силу в векторной форме. Хотя векторная форма дает компактное представление вектора силы, она не говорит нам, насколько он «большой» или куда он идет, в интуитивно понятных терминах.В (b) мы определяем действительный размер (величину) этой силы и направление, в котором она движется.

Пример

Масса автомобиля

Найдите массу автомобиля, если чистая сила равна

.

дает ускорение

.

Стратегия

Векторное деление не определено, поэтому

не может быть выполнено. Однако масса м является скаляром, поэтому мы можем использовать скалярную форму второго закона Ньютона,

.

.

Решение

Мы используем

и подставляем величины двух векторов:

и

Следовательно,

Значение

Сила и ускорение были даны в

и

, но ответ, масса м , является скаляром и поэтому не дается в

.

и

форма.

Пример

Несколько сил на частицу

Частица массой

На

действуют четыре силы величин.

, с направлениями, показанными на схеме свободного тела на (Рисунок). Что такое ускорение частицы?

Рис. 5.15 Четыре силы в плоскости xy действуют на частицу массой 4,0 кг.

Стратегия

Поскольку это двумерная задача, мы должны использовать диаграмму свободного тела.Первая,

необходимо разделить на компоненты x и y . Затем мы можем применить второй закон в каждом направлении.

Решение

Рисуем диаграмму свободного тела, как показано на (Рисунок). Теперь применим второй закон Ньютона. Мы рассматриваем все векторы, разделенные на компоненты x и y :

Таким образом, чистое ускорение равно

.

, который является вектором величины

.

направлено на

к положительной оси x .

Значение

В повседневной жизни можно найти множество примеров, когда на один объект действуют три или более сил, например, кабели, идущие от моста Золотые Ворота, или футболист, которого атакуют три защитника. Мы видим, что решение этого примера является просто продолжением того, что мы уже сделали.

Проверьте свое понимание

На автомобиль действуют силы, как показано ниже. Масса автомобиля 1000,0 кг. Дорога скользкая, поэтому трение можно не учитывать.а) Какова чистая сила, действующая на машину? б) Какое ускорение у машины?

[показать-ответ q = ”153079 ″] Показать ответ [/ показать-ответ] [скрытый-ответ a =” 153079 ″] a.

; б.

[/ hidden-answer]

Второй закон и импульс Ньютона

Ньютон фактически сформулировал свой второй закон в терминах количества движения: «Мгновенная скорость изменения количества движения тела равна чистой силе, действующей на тело.»(« Мгновенная скорость »подразумевает, что задействована производная.) Это может быть задано векторным уравнением

Это означает, что второй закон Ньютона обращается к центральному вопросу движения: что вызывает изменение движения объекта? Импульс был описан Ньютоном как «количество движения», способ объединения скорости объекта и его массы. Мы посвящаем линейный импульс и столкновения изучению импульса .

Пока достаточно определить импульс

как произведение массы объекта м и его скорости

:

Поскольку скорость – вектор, импульс тоже.

Импульс легко визуализировать. Поезд, движущийся со скоростью 10 м / с, имеет больше импульса, чем поезд, движущийся со скоростью 2 м / с. В повседневной жизни мы говорим об одной спортивной команде как о «имеющей импульс», когда она набирает очки против команды соперника.

Если подставить (Рисунок) в (Рисунок), то получим

Когда м является постоянным, мы имеем

Таким образом, мы видим, что импульсная форма второго закона Ньютона сводится к форме, приведенной ранее в этом разделе.

Основы биомеханики: законы движения Ньютона

Сэр Исаак Ньютон сформулировал 3 физических «закона», которые легли в основу классической механики. Посредством этих законов он описывает соотношение сил, объектов и движения. На протяжении трех столетий это было основой для понимания систем движения и физических сил.

Имейте в виду, что, хотя эти 3 закона изменили взгляд ученых на мир, он ни в коем случае не полон. Дальнейшие открытия, касающиеся квантовой физики и теории относительности, показали, что эти законы являются только основой механики, а не всеобъемлющими.Тем не менее, понимание этих трех законов является предпосылкой для изучения движения и их физических систем.

Первое правило законов Ньютона – вы не говорите о законах Ньютона.

Второе правило законов Ньютона – вы не говорите о законах Ньютона!

А если серьезно, вот они…

Объект в состоянии постоянной скорости имеет тенденцию оставаться в этом состоянии движения, если к нему не приложена неуравновешенная сила. Другими словами, это сопротивление изменениям движения.При концептуализации инерции следует учитывать важные моменты. Одно из этих соображений состоит в том, что покой – это постоянная скорость и его можно рассматривать как имеющий инерцию. Еще одно соображение заключается в том, что гравитация – это неуравновешенная сила, действующая на все объекты.

Прискорбное прозрение инерции

1) Как инерция применима к биомеханике

Рассмотрим позднюю фазу качания походки и силы, действующие на нижнюю конечность. Непосредственно перед ударом пятки почти не задействованы мышцы, которые продвигают конечность вперед, но она все еще продолжает двигаться вперед в пространстве.Это инерция. Чтобы справиться с этой инерцией, тело использует эксцентрическое сокращение подколенных сухожилий, чтобы замедлить конечность, подготовиться к удару пяткой и уменьшить резкие силы реакции.

Эксцентрическое замедление инерции на поздней фазе походки

Чистая сила, приложенная к телу (массе), вызывает пропорциональное ускорение. Этот закон описывает взаимосвязь между массой объекта, ускорением и приложенной силой. И ускорение, и сила должны иметь одинаковое направление вектора.

Это также можно рассматривать в других терминах:

Импульс = масса x скорость. Изменение количества движения тела пропорционально импульсу, приложенному к телу, и происходит вдоль прямой линии, на которой этот импульс воздействует. Импульс не может быть изменен, если на него не действует внешняя сила; его можно только сохранить.

Ускорение пропорционально неуравновешенным силам, действующим на него, и обратно пропорционально массе объекта (a = F / m)

Кен Гриффи мл.имел один плавный 2-й закон движения

Как F = ma применимо к биомеханике

Практически каждое статическое и динамическое движение имеет силу. Мышцы – это ткани, которые сокращаются и создают силу на рычагах тела (соединительной ткани, костях). При любом движении человека F = ma можно использовать для упрощенного расчета силы. Это уравнение можно использовать даже со статическими позициями. Рассмотрим статичное положение головы вперед. Гравитация и масса головы накладывают передне-нижнюю силу.Чтобы противостоять этой силе и не дать вашей шее оторваться от стола, вы должны постоянно сокращать поднимающие лопатки, верхние трапециевидные и задние шейные мышцы, чтобы противодействовать этой силе. Рассчитав ускорение свободного падения и массу головы, вы можете начать вычислять мышечные силы, необходимые для предотвращения движения.

Масса головы и сила тяжести вместе создают направленную вниз силу

На каждое действие есть равная и противоположная реакция. Этот закон описывает, как силы всегда приходят парами, а это означает, что каждый раз, когда объекты контактируют друг с другом, они проявляют силу.Важным моментом здесь является концепция, согласно которой гравитация ВСЕГДА касается каждого объекта.

Том Круз демонстрирует уверенное владение третьим законом движения Ньютона в классическом фильме «Цвет денег»

Как действие-реакция применяется к биомеханике

Перенос веса лодыжки на ногу пациента приведет к увеличению силы массы и нисходящему натяжению с гравитацией, реакция заключается в том, что противоположная мышца должна будет создать силу, чтобы преодолеть эту массу.Другой пример этого закона – силы реакции земли. Бег по мягкому грунту приведет к гораздо меньшим ударным нагрузкам, чем по твердому бетону.

Наземные силы реагирования на походке

3 закона движения Ньютона являются основой для понимания движения и систем корреляционных сил. Каждый закон можно применить к биомеханике по-своему.

• Инерция = объект с постоянной скоростью имеет тенденцию оставаться в этом состоянии движения, если к нему не приложена неуравновешенная сила
• F = MA = Чистая сила, приложенная к телу (массе), вызывает пропорциональное ускорение
• Действие-Реакция = Для каждого действия существует равная и противоположная реакция

Темы

Сила

Законы Ньютона

Рычаги

Момент

Гравитация

Давление

Биомеханические отношения

Dig Deeper

http: // www.Physicsclassroom.com/class/newtlaws/

http://zonalandeducation.com/mstm/physics/mechanics/forces/newton/newton.html

http://www.youtube.com/watch?v=ih58Lc7wq0U&feature=related

–

Основная причина, по которой я веду этот блог, – поделиться знаниями и помочь людям стать лучшими клиницистами / тренерами. Я хочу, чтобы наша профессия росла и чтобы у наших пациентов были лучшие результаты. Независимо от вашей конкретной должности (PT, Chiro, Trainer, Coach и т. Д.), все мы преследуем одну и ту же цель – дать людям возможность решать свои проблемы с помощью движения. Я надеюсь, что содержание этого сайта поможет вам в этом.

Если вам понравилось и вы нашли это полезным, поделитесь им со своими коллегами. И если вы чувствуете себя щедрым, сделайте пожертвование, чтобы помочь мне запустить этот сайт. Мы очень ценим любую сумму, которую вы можете себе позволить.

Значение и статус закона инерции Ньютона и природа гравитационных сил в JSTOR

Abstract

Четырехмерный подход к ньютоновской физике используется для различения ряда различных структур ньютоновского пространства-времени и ряда различных формулировок ньютоновской теории гравитации.Это, в свою очередь, делает возможным углубленное изучение значения и статуса закона инерции Ньютона и подробное сравнение ньютоновской и эйнштейновской версий закона инерции и ньютоновской и эйнштейновской трактовок гравитационных сил. Критически рассматриваются различные утверждения о статусе закона инерции Ньютона, включая следующие: закон инерции – это не эмпирический закон, а определение; это не упрощенный закон, а семейство схем; это условность, а гравитационные силы существуют только по условию; это (или не является) избыточным; от концепций, которые он воплощает, можно отказаться в пользу функционально определенных сущностей; он уникален для данной теории.В более общем плане статья демонстрирует важность пространственно-временной структуры для философии пространства и времени и обеспечивает поддержку реалистичной интерпретации теорий пространства-времени.

Информация о журнале

Текущие выпуски теперь размещены на веб-сайте Chicago Journals. Прочтите последний выпуск. С момента своего создания в 1934 году Philosophy of Science вместе со спонсирующим его обществом, The Philosophy of Science Association, были посвящены развитию исследований и свободных дискуссий с различных точек зрения в философии науки.