1 закон ньютона пример: Первый закон Ньютона – Электронный учебник по законам сохранения

Содержание

Второй закон Ньютона | Физика

В первом законе Ньютона рассматривалось тело, находящееся бесконечно далеко от всех остальных тел Вселенной. Такое тело не может изменить свою скорость относительно Солнца и удаленных звезд и потому сохраняет относительно них либо свое состояние покоя, либо состояние равномерного и прямолинейного движения.

Мы будем связывать систему отсчета с Землей. Рассматривая движение тел вблизи ее поверхности, можно заметить, что скорость тел относительно Земли изменяется лишь тогда, когда на них начинают действовать другие тела. Проиллюстрируем это несколькими примерами.

Толкая вагонетку, ее приводят в движение (рис. 10). В этом случае скорость вагонетки изменяется под действием руки человека.

Опустим на воду пробку, на которой лежит железная скрепка. Магнит, притягивая скрепку, приводит ее и пробку в движение (рис. 11). В этом случае магнит — то тело, которое изменяет скорость скрепки и пробки.

При действии руки на шар витки пружины начинают двигаться, и пружина сжимается (рис. 12, а). Отпустив ее, мы увидим, как пружина, распрямляясь, приводит в движение шар (рис. 12, б). Сначала действующим телом здесь была рука человека. Затем действующим на шар телом стала пружина.


Во всех приведенных примерах причиной изменения скорости тела (и, следовательно, появления у него ускорения) было действие, оказываемое на него другими телами.

Мерой этого действия является векторная физическая величина, называемая силой.

Если сила к телу не приложена (F=0), то это означает, что никакого действия на него не оказывается, и потому скорость такого тела относительно Земли (а также относительно любой другой инерциальной системы отсчета) будет оставаться неизменной. Если же, наоборот, сила F ≠ 0, то тело испытывает некоторое воздействие и его скорость будет изменяться. Ускорение, которое приобретает при этом тело, зависит как от приложенной силы, так и от массы данного тела. Напомним, что масса m характеризует инертность тела.

Связь между ускорением, силой и массой выражает второй закон Ньютона

:

Произведение массы тела на его ускорение равно силе, с которой на него действуют окружающие тела.

Математически второй закон Ньютона записывается в виде следующей формулы:

Если к телу (материальной точке) приложено несколько сил, то под F в формуле (8.1) следует понимать их равнодействующую. Когда равнодействующая F приложенных к телу сил равна нулю, скорость тела относительно Земли остается неизменной. Если же эта равнодействующая отлична от нуля, то у тела появляется ускорение, направление которого совпадает с направлением равнодействующей силы.

Выразим из второго закона Ньютона ускорение. Получаем:

Отсюда можно вывести два следствия:

  1. Чем больше сила, приложенная к данному телу, тем больше его ускорение и, следовательно, тем быстрее изменяется скорость движения этого тела.
  2. Чем больше масса тела, тем меньшее ускорение оно получает в результате действия данной силы и потому тем медленнее изменяет свою скорость.

На основании второго закона Ньютона вводится единица силы — ньютон (1 Н). 1 Н — это сила, с которой нужно действовать на тело массой 1 кг, чтобы сообщить ему ускорение 1 м/с2.

На практике применяются и другие единицы силы, например килоньютон и миллиньютон:

1кН= 1000 Н, 1 мН = 0,001 Н.

Второй закон Ньютона иногда называют основным законом динамики. После его открытия стало возможным решать такие задачи о движении тел, которые до Ньютона казались неразрешимыми. Многие, казавшиеся ранее непонятными явления теперь были объяснены на основе ясных и четких законов физики.

После выхода «Математических начал натуральной философии» теория Ньютона стала быстро распространяться по всей Европе. Сочинение Ньютона переводилось на многие языки. Популярность новой теории стала столь велика, что даже были организованы женские курсы «Ньютонизм для дам».

О том, как встретили современники Ньютона его гениальный труд, можно судить из следующих слов его издателя: «Едва ли можно передать словами, сколько света, сколько величия в этом превосходном сочинении нашего знаменитейшего автора. Его величайший и счастливейший гений разрешил такие труднейшие задачи и достиг таких пределов, что не было и надежды, что человеческий ум в состоянии до них возвыситься».

1. Что является причиной изменения скорости тел? Приведите примеры. 2. Мерой чего является сила? 3. Сформулируйте второй закон Ньютона. 4. Что можно сказать о скорости и ускорении тела, к которому не приложена никакая сила (F = 0)? 5. Какие два следствия вытекают из второго закона Ньютона? 6. Как называется единица силы?

14 примеров третьего закона Ньютона

Взаимодействие предметов

Здания, мосты, мебель в комнатах, плоды на ветках, деревья, провода на столбах, корабли в море, тучи на небе, самолеты и воздушные шары за облаками — словом, все, что лежит, стоит, висит, плавает, летает,—не проваливается под землю, не тонет, не падает, не скатывается вниз только потому, что находится во взаимодействии с каким-либо другим предметом. Эти предметы, все равно будь то земля, подставка, подвеска, вода или воздух, являются опорой, и сила тяжести, влекущая все предметы по направлению к центру Земли, встречает со стороны опоры ответное действие. Это ответное действие мешает силе тяжести приводить предметы в движение, противодействует ей — ее уравновешивает, как одна чашка весов, мешая другой чашке опуститься, уравновешивает ее, что лежит в основе третьего закона Ньютона. Точно в таком же положении находится корабль, стоящий на якоре и остающийся на месте даже в том случае, когда ветер и течение стремятся его увлечь. Возникающие при этом силы называются

силами реакции. Они уравновешивают действующую на тело силу и помогают ему оставаться в покое. Приведем 14 примеров возникновения таких сил, как подтверждение третьего закона Ньютона, это происходит при:

  • строительстве моста,
  • строительстве фундамента зданий,
  • прыжке парашютиста, катании на санках,
  • взаимодействии железного бруска с магнитом,
  • притяжении планет,
  • прыжке из лодки,
  • полете геликоптера,
  • движении в воде,
  • движении в воздухе,
  • движении по дороге,
  • движении тележки по рельсам,
  • вращении белки в колесе,
  • подъеме электромонтера по столбу,
  • взаимодействии с Землей.

Строительство моста

При строительстве моста необходимо предварительно рассчитать, в какой мере мостовые опоры способны оказать противодействие той нагрузке, которая на них будет оказывать давление: смогут ли они ее выдержать, достаточен ли у опор запас противодействия, или, как говорят строители, запас прочности. Расчеты ведутся, используя третий закон Ньютона.  И строители сооружают опоры моста такими, чтобы они могли оказать противодействие любой нагрузке, какая может проявиться на мосту. Они считают, что опоры давят на мост снизу. Действие всегда равно противодействию — они равносильны, равноправны, и потому инженера-строители ведут расчет так, как им удобнее.

Фундамент зданий

Точно так же поступают инженеры, проектирующие фундаменты зданий. Они знают, что обыкновенный грунт способен оказывать противодействие тяжести здания с силой примерно в два—три килограмма на каждый квадратный сантиметр фундамента. При этом условии действие, то есть тяжесть всего здания, и противодействие, сопротивление грунта, сжимают фундамент сверху и снизу. На фундамент действуют две одинаковые, но направленные в противоположные стороны силы, о чем говорит третий закон Ньютона. Такие силы уравновешиваются и не могут сдвинуть фундамент с места, но сдавливают его, и, если запаса прочности этого фундамента не хватит, он разрушится, а здание обвалится.

Парашютист и санки

Парашютист выбросился из самолета и падает вниз в затяжном прыжке. Действие в данном случае очевидно — парашютист падает. Но где же ответное действие, о котором говорит Ньютон?  Его совершенно незаметно. И таких примеров можно найти великое множество. Дети, забравшись на снежную горку, скатываются с нее на санках, лыжник прыгает с трамплина. Лавина, сорвавшаяся с горы, дождевые капли, падающие из тучи, — во всех случаях падения ответное действие невидимо, неощутимо. Но это еще не значит, что его не существует. Парашютист падает, потому что

его притягивает Земля. Но притяжение взаимно: Земля притягивает к себе парашютиста, а парашютист притягивает к себе Землю. Парашютист падает на Землю, а Земля «падает» на парашютиста. Но масса парашютиста по сравнению с массой Земли ничтожна, и потому его движение быстро, а масса Земли огромна, и ее ответное и встречное движение совершенно неуловимо. Все это целиком и полностью относится и к санкам, скатывающимся с горки. Движение санок — тоже падение, но только происходящее по наклонному пути.

Взаимодействие железного бруска с магнитом

Эту мысль поясняет опыт Ньютона с железным брусочком и магнитом, плававшими в лодочках. Тогда Ньютон убедился, что не магнит притягивает к себе железо и не железо притягивается к магниту, а оба тела взаимодействуют — притягиваются друг к другу. В

опытах Ньютона магнит и железо были одинаковы по весу. Но представьте себе, что для этого опыта взяли очень большой и тяжелый магнит и крошечный железный брусочек. В таком случае магнит только чуть-чуть подвинулся бы к железу, а железный брусочек поплыл бы к магниту гораздо быстрее. То же самое случилось бы и в том случае, если бы кусок железа был большим, а магнит маленьким: движение легкого предмета было бы заметным и наглядным, а ответное движение тяжелого предмета — неощутимым.

Кратко и понятно о первом, втором и третьем законах Ньютона: формулировки, примеры и формулы

Три закона Ньютона — это основа классической механики. В 1867 году Ньютон опубликовал работу под названием «Математические начала натуральной философии». Там были все знания, накопленные до него другими учёными, а также новые, открытые самим Ньютоном. Его считают одним из самых первых основоположником современной физики. Благодаря систематизированным знаниям, которые были описаны в вышеуказанном труде, он открыл множество законов механики, Закон всемирного тяготения и многое другое.

Кратко о законах Ньютона

Первый закон Ньютона
  1. Формулировка. В наше время встречаются несколько формулировок, вот одна из самых современных: «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». Этот закон иногда называют Законом инерции.
  2. Трактовка. Если описать это утверждение простыми словами, то можно увидеть, что всё достаточно просто: если какое-то тело находится в покое относительно чего-либо, то оно и будет оставаться в покое до тех пор, пока на него не подействует какой-либо предмет. То же самое, если тело движется равномерно прямолинейно, то оно будет продолжать так двигаться, пока на него не подействует какая-либо сила. До Ньютона его открыл Галилео Галилей, но он не совсем точно его описал. Теперь осталось только разобраться, что такое инерциальные системы отсчёта. Проще говоря, это такая система, для которой выполняется Первый закон Ньютона.
  3. Пример действия. Представьте себе парашютиста, который движется прямолинейно равномерно к Земле. Это будет продолжаться до тех пор, пока притяжение к поверхности Земли будет компенсироваться сопротивлением воздуха. Если же сопротивление станет меньше либо больше, то тогда на тело начнёт действовать сила притяжения, и оно станет двигаться прямолинейно равноускоренно.
  4. История открытия. Существует легенда об открытии этого утверждения. Когда-то Ньютон сидел под деревом, и рядом с ним упало яблоко. Это подтолкнуло его на размышления о том, почему яблоко упало перпендикулярно земле, каковы были причины данного явления. По крайней мере, так описывал этот эпизод знаменитый биограф Уильям Стьюкли.
  5. Формулы у него нет.

Это интересно: система отсчета в физике – определение и ее виды.

Второй закон Ньютона

Он описывает поведение тела при действии на него других объектов. Что с ним происходит, как он начинает двигаться и прочее.

  1. Формулировка. «В инерциальных системах отсчёта ускорение тела с постоянной массой прямо пропорционально равнодействующей всех сил и обратно пропорционально его массе».
  2. Формула. Математическое описание этого утверждения такое: а = F/m, где a — это ускорение, F — равнодействующая всех сил, приложенных к телу, m — масса тела.
  3. Трактовка. Из формулы мы видим, что ускорение тела зависит от силы, приложенной к этому телу, и массы. А также можно увидеть, что чем больше равнодействующая всех сил, то тем больше ускорение, и чем больше масса тела, тем ускорение меньше. Говоря простым языком, если равнодействующая всех сил не равна нулю и не меньше нуля, то выполняется данное утверждение. Можно сказать ещё проще, если на тело действует сила, то оно приобретает ускорение.
  4. Пример действия. Возьмём бейсбольную биту и мяч. Если ударить битой по мячу, и удар будет сильнее действия всех других сил, то мяч приобретёт ускорение равное отношению равнодействующей всех сил к массе.

Это интересно: формула всемирного тяготения – определение закона.

Третий закон Ньютона
  1. Формулировка. «Тела взаимодействуют друг на друга с силами одинаковой природы, направленными вдоль прямой, которая соединяет центры масс этих тел, а силы равны по модулю и разнонаправленны».
  2. Трактовка. Это значит, что на каждое действие есть своё противодействие.
  3. Пример действия. Более понятно это можно рассмотреть на таком примере: представьте пушку, из которой стреляют ядром. Ядро будет действовать на пушку с той же силой, с какой пушка вытолкала ядро. Поэтому при выстреле пушка откатится чуть-чуть назад, это происходит из-за того, что размеры пушки и ядра разные. Примерно то же самое происходит и при падении яблока на землю. Земля действует на яблоко с некой силой и яблоко тоже действует на Землю. Только из-за того, что масса Земли в миллионы раз больше яблока этого действия не видно. Еще один пример действия Третьего закона для закрепления усвоенного. Возьмём довольно сложный пример: притяжение планет. Луна вертится вокруг Земли благодаря тому, что она притягивается к Земле, но по Третьему закону Ньютона Луна тоже притягивает Землю к себе. Однако, из-за того, что их массы разные, Луна не может притянуть Землю, но у неё получается вызвать отливы и приливы в морях и океанах.
  4. Формула. Математически это утверждение можно записать так: F1 = -F2, где F1 — это сила, с которой первое тело действует на второе, а F2 — сила, с которой второе тело действует на первое.

obrazovanie.guru

Билет №2 Законы Ньютона. Примеры проявления законов Ньютона в природе и их использование в технике

Билет №2

Законы Ньютона. Примеры проявления законов Ньютона в природе и их
использование в технике.

Рассмотрим пример. Подвесим шарик на шнур. Шарик покоится относительно с.о., связанной с Землей. Вокруг шарика находятся различные тела, понятно, что они не одинаково воздействуют на шарик. Если, например, передвинуть мебель в комнате, шарик останется в покое. Но если перерезать шнур, то шарик будет падать вниз, двигаясь с ускорением. Из опыта видно, что на шарик заметно действуют 2 тела: Земля и шнур. Но их совместное влияние обеспечивало состояние покоя шарику. Если бы удалили шнур, то шарик перестал бы покоиться и начал двигаться с ускорением к земле. Если бы можно было убрать землю, то шарик двигался бы равноускоренно в сторону шнура.

Это приводит к выводу, что действия на шарик двух тел – шнура и земли – компенсируют друг друга. Рассмотренный нами пример и много других примеров позволяют сделать вывод: тело находится в состоянии покоя и равномерно относительно земли, если действия на него сил скомпенсированы. Если тело покоится, его ускорение равно 0 и скорость постоянна или равна 0.

Мы знаем, что движение и покой относительны. Относительно с.о., связанной с Землей шарик покоится. Представим себе, что мимо него движется машина с постоянной скоростью, относительно с.о., связанной с машиной, шарик движется П.Р.Д., а не покоится.

Выходит, что при компенсации действий на тело других дел оно может, не только покоится, но и двигаться П.Р.Д.

Эти примеры и другие приводят нас к одному из основных законов механики – 1ому закону Ньютона:

Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела (или действия других тел уравнивают друг друга)

Само явление сохранения скорости тела постоянной называют инерцией. Поэтому и системы отсчета, относительно которых тела движутся с постоянной скоростью – называются инерциальными (при компенсации внешних воздействий), а первый закон Ньютона – законом инерции.

Надо, однако, иметь в виду, что есть такие с.о., которые инерциальными считать нельзя. Это с.о., которые движутся относительно инерциальной с.о с ускорением. Эти с.о. называют неинерциальными.

Если мы наблюдаем ускоренное движение тела, то всегда можно доказать его причину.

Причина ускорения движения тел – действие на них других тел. Но в действительности каждое тело влияет и подвергается влиянию. Происходит так называемое взаимодействие.

Опыты показывают, что при взаимодействии двух тел оба тела получают ускорения, направленные в противоположные стороны.

Для двух данных взаимодействующих тел отношение модулей их ускорений всегда одно и тоже.

Но если брать различные тела, то и это отношение будет равным. Следовательно, каждое тело обладает некоторым присущим ему свойством, которое и определяет отношение его ускорения к ускорению его «партнера».

Это свойство называется инертностью. Когда тело движется без ускорения, говорят, что оно движется по инерции. Поэтому о теле, которое при взаимодействии изменило свою скорость на меньшее значение, говорят, что оно более инертно, чем другое тело, скорость которого изменилась на большее значение.

Свойство инертности, присущее всем телам, состоит в том, что для изменения скорости тела требуется некоторое время.

В физике свойства изучаемых объектов обычно характеризуются определенными величинами. Свойство инертности характеризуется особой величиной – массой.

То из двух взаимодействующих тел, которое получает меньшее ускорение, т.е. более инертное, имеет большую массу.

Масса – мера инертности, измеряется весами, измеряется в килограммах (кг)

a1/a2 = m2/m1

Принцип относительности Галлея:

Во всех инерциальных с.о. при одинаковых начальных условиях все механические процессы протекают одинаково, т.е. подчиняются одинаковым законам.

t = const

V1 = V + U

S = S + Ut

t1 = t – время не зависит от с.к.

m1 = m – масса не зависит от с.к.

2) S’ = V’t

a’ = V’-V’0/t = V + U – V0 + U/t = V – V0/t =a

3) Ускорение не зависит от выбора С.к.

4) Сила не зависит от выбора С.к., а определяется только взаимодействием тел.

То из тел более инертно, которое имеет большую массу. a1/a2 = m2/m1.

Тела подчиняются не только первому закону Ньютона, но и другим. Мы знаем, что ускорение тела всегда вызывается действием на него другого тела – того, с которым оно взаимодействует.

В физике действие одного тела на другое, которое вызывает ускорение, называют силой. Например, падение камня вызвано силой, приложенной к нему, силой тяжести.

Сила – физическая величина. Она может быть выражена числом.

Проделаем опыт. На пружине подвесим груз. Силы предают телам ускорения. Но тела покоятся, значит a = -g, значит, сила характеризуется не только числом, но и направлением – векторная величина.

Что – же такое сила? Чтобы ответить на этот вопрос обратимся к опыту: к тележке известной массы m прикрепили конец пружины, а другой перекинули через блок. Груз под действием силы тяжести движется вниз и растягивает пружину. Растянутая на определенную длину /l пружина действует на тележку и сообщает ей ускорения. Которое равно a. Повторим опыт с двумя тележками, соединенными вместе так, чтобы их общая масса была равна 2m. Измерим ускорение тележек при том же удлинении пружины /l (для этого придется изменить груз на нити ). Ускорение будет равно a/2. При 3 – х и 4-х тележках ускорение будет равно a/3 и a/4. Это значит, что одной и той же будет величина am.

Второй закон Ньютона:

Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение.

F = ma

Ускорение сонаправлено с силой!

На тело может действовать несколько сил. Ускорение в этом случае оказывается таким, какое ему сообщила бы одна – единственная сила, равная геометрической сумме всех приложенных сил. Сумму эту обычно называют равнодействующей или результирующей силой.

Сила, равная геометрической сумме всех приложенных к телу сил, называется равнодействующей или результирующей силой.

Как и первый закон, второй закон Ньютона справедлив лишь в том случае, если движение рассматривается относительно инерциальных систем отсчета.

За единицу силы принимается сила, сообщающая телу массой 1 кг ускорение 1 м/с. Эта единица называется ньютон.

По тому же опыту, измерив ускорения двух тел, взаимодействующих каким – то образом между собой, мы можем найти отношение их масс согласно формуле. Чтобы найти массу отдельного тела нужно взять тело, масса которого принята за 1 – эталон массы.

Затем провести опыт, в котором тело, масса которого измеряется, взаимодействует с телом, масса которого известна. Тогда оба они, и тело и эталон, получат ускорения, которые можно измерить, затем записать отношение: аэтт = mт/mэт или mт = aэт*mэт/aт

Масса тела определяет отношение модуля ускорения эталона массы к модулю ускорения тела при их взаимодействии.Однако более удобный метод – взвешивание.За единицу массы принят килограмм.

Действия тел друг на друга всегда имеют характер взаимодействия. Каждое из тел действует на другое и сообщает ему ускорение. Отношение модулей ускорений равно обратному отношению их масс. Ускорения двух тел направлены в противоположные стороны.

m1a1 = -m2a2

т.к F = ma, то это можно записать так:

F1 = F2 3й закон Ньютона.

Тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению.
3й закон Ньютона состоит из 5и утверждений:

1) Силы рождаются парами

2) Силы равны по модулю

3) Парные силы направлены в противоположные стороны

4) Возникающие силы лежат на одной прямой

  1. Возникающие силы одной природы

Так – же как первый и второй законы Ньютона, третий закон справедлив, когда движение рассматривается относительно инерциальных систем отсчета.

Опыт: возьмем две тележки, к одной из них прикреплена упругая стальная пластина. Согнем пластину и свяжем ее ниткой, а вторую тележку поставим к первой так, чтобы она плотно соприкасалась с другим концом пластинки. Перережем нить. Пластинка разогнется, и мы увидим, что обе тележки придут в движение. Это значит, что обе получили ускорения. Так как массы тележек одинаковы, то одинаковы по модулю и ускорения. (V1 = V2; S1 = S2)

Если на одну тележку положить какой-нибудь груз, то мы увидим, что перемещения теперь не будут одинаковыми. Это значит, что и их ускорения неодинаковы: ускорение нагруженной тележки меньше, но ее масса больше. Произведение же массы на ускорение, т.е сила, действующая на каждую из тележек, по модулю одинакова.

p.120-bal.ru

основные формулы по первому и второму законам и их формулировки или определения в физике, задачи на это и их решение

Мы уже говорили об основах классической механики. Настала пора поговорить о них подробнее и затронуть в обсуждении чуть больше, чем просто основу. В этой статье мы подробно разберем основные законы классической механики. Как вы уже догадались, речь пойдет о законах Ньютона.

Основные законы классической механики Исаак Ньютон (1642-1727) собрал и опубликовал в 1687 году. Три знаменитых закона были включены в труд, который назывался «Математические начала натуральной философии».

Законы Ньютона для «чайников»: объяснение 1, 2, 3 закона, пример с формулами

  • Был долго этот мир глубокой тьмой окутан
    Да будет свет, и тут явился Ньютон.
  • (Эпиграмма 18-го века)
  • Но сатана недолго ждал реванша —
    Пришел Эйнштейн, и стало все как раньше.
  • (Эпиграмма 20-го века)

Что стало, когда пришел Эйнштейн, читайте в отдельном материале про релятивистскую динамику. А мы пока приведем формулировки и примеры решения задач на каждый закон Ньютона.

Первый закон Ньютона

Первый закон Ньютона гласит:

Существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, в которых тела движутся равномерно и прямолинейно, если на них не действуют никакие силы или действие других сил скомпенсировано.

Проще говоря, суть первого закона Ньютона можно сформулировать так: если мы на абсолютно ровной дороге толкнем тележку и представим, что можно пренебречь силами трения колес и сопротивления воздуха, то она будет катиться с одинаковой скоростью бесконечно долго.

Инерция – это способность тела сохранять скорость как по направлению, так и по величине, при отсутствии воздействий на тело. Первый закон Ньютона еще называют законом инерции.

До Ньютона закон инерции был сформулирован в менее четкой форме Галилео Галилеем. Инерцию ученый называл «неистребимо запечатленным движением». Закон инерции Галилея гласит: при отсутствии внешних сил тело либо покоится, либо движется равномерно.

Огромная заслуга Ньютона в том, что он сумел объединить принцип относительности Галилея, собственные труды и работы других ученых в своих «Математических началах натуральной философии».

Понятно, что таких систем, где тележку толкнули, а она покатилась без действия внешних сил, на самом деле не бывает. На тела всегда действуют силы, причем скомпенсировать действие этих сил полностью практически невозможно.

Например, все на Земле находится в постоянном поле силы тяжести. Когда мы передвигаемся (не важно, ходим пешком, ездим на машине или велосипеде), нам нужно преодолевать множество сил: силу трения качения и силу трения скольжения, силу тяжести, силу Кориолиса.

Второй закон Ньютона

Помните пример про тележку? В этот момент мы приложили к ней силу! Интуитивно понятно, что тележка покатится и вскоре остановится. Это значит, ее скорость изменится.

В реальном мире скорость тела чаще всего изменяется, а не остается постоянной. Другими словами, тело движется с ускорением. Если скорость нарастает или убывает равномерно, то говорят, что движение равноускоренное.

Если рояль падает с крыши дома вниз, то он движется равноускоренно под действием постоянного ускорения свободного падения g. Причем любой дугой предмет, выброшенный из окна на нашей планете, будет двигаться с тем же ускорением свободного падения.

Второй закон Ньютона устанавливает связь между массой, ускорением и силой, действующей на тело. Приведем формулировку второго закона Ньютона:

Ускорение тела (материальной точки) в инерциальной системе отсчета прямо пропорционально приложенной к нему силе и обратно пропорционально массе.

Если на тело действует сразу несколько сил, то в данную формулу подставляется равнодействующая всех сил, то есть их векторная сумма.

В такой формулировке второй закон Ньютона применим только для движения со скоростью, много меньшей, чем скорость света.

Существует более универсальная формулировка данного закона,  так называемый дифференциальный вид.

В любой бесконечно малый промежуток времени dt сила, действующая на тело, равна производной импульса тела по времени.

Третий закон Ньютона

В чем состоит третий закон Ньютона? Этот закон описывает взаимодействие тел.

3 закон Ньютона говорит нам о том, что на любое действие найдется противодействие. Причем, в прямом смысле:

Два тела воздействуют друг на друга с силами, противоположными по направлению, но равными по модулю.

Формула, выражающая третий закон Ньютона:

Другими словами, третий закон Ньютона — это закон действия и противодействия.

Пример задачи на законы Ньютона

Вот типичная задачка на применение законов Ньютона. В ее решении используются первый и второй законы Ньютона.

Десантник раскрыл парашют и опускается вниз с постоянной скоростью. Какова сила сопротивления воздуха? Масса десантника – 100 килограмм.

Решение:  

Движение парашютиста – равномерное и прямолинейное, поэтому, по первому закону Ньютона, действие сил на него скомпенсировано.

На десантника действуют сила тяжести и сила сопротивления воздуха. Силы направлены в противоположные стороны.

По второму закону Ньютона, сила тяжести равна ускорению свободного падения, умноженному на массу десантника.

Ответ: Сила сопротивления воздуха равна силе тяжести по модулю и противоположна направлена.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

А вот еще одна физическая задачка на понимание действия третьего закона Ньютона.

Комар ударяется о лобовое стекло автомобиля. Сравните силы, действующие на автомобиль и комара.

Решение:

По третьему закону Ньютона, силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению. Сила, с которой комар действует на автомобиль, равна силе, с которой автомобиль действует на комара.

Другое дело, что действие этих сил на тела сильно отличаются вследствие различия масс и ускорений.

Исаак Ньютон: мифы и факты из жизни

На момент публикации своего основного труда Ньютону было 45 лет. За свою долгую жизнь ученый внес огромный вклад в науку, заложив фундамент современной физики и определив ее развитие на годы вперед.

Он занимался не только механикой, но и оптикой, химией и другими науками, неплохо рисовал и писал стихи. Неудивительно, что личность Ньютона окружена множеством легенд.

Ниже приведены некоторые факты и мифы из жизни И. Ньютона. Сразу уточним, что миф – это не достоверная информация. Однако мы допускаем, что мифы и легенды не появляются сами по себе и что-то из перечисленного вполне может оказаться правдой.

Факт. Исаак Ньютон был очень скромным и застенчивым человеком. Он увековечил себя благодаря своим открытиям, однако сам никогда не стремился к славе и даже пытался ее избежать.

Миф. Существует легенда, согласно которой Ньютона осенило, когда на наго в саду упало яблоко. Это было время чумной эпидемии (1665-1667), и ученый был вынужден покинуть Кембридж, где постоянно трудился. Точно неизвестно, действительно ли падение яблока было таким роковым для науки событием, так как первые упоминания об этом появляются только в биографиях ученого уже после его смерти, а данные разных биографов расходятся.

Факт. Ньютон учился, а потом много работал в Кембридже. По долгу службы ему нужно было несколько часов в неделю вести занятия у студентов. Несмотря на признанные заслуги ученого, занятия Ньютона посещались плохо. Бывало, что на его лекции вообще никто не приходил. Скорее всего, это связано с тем, что ученый был полностью поглощен своими собственными исследованиями.

Миф. В 1689 году Ньютон был избран членом Кембриджского парламента. Согласно легенде, более чем за год заседания в парламенте вечно поглощенный своими мыслями ученый взял слово для выступления всего один раз. Он попросил закрыть окно, так как был сквозняк.

Факт. Неизвестно, как бы сложилась судьба ученого и всей современной науки, если бы он послушался матери и начал заниматься хозяйством на семейной ферме. Только благодаря уговорам учителей и своего дяди юный Исаак отправился учиться дальше вместо того, чтобы сажать свеклу, разбрасывать по полям навоз и по вечерам выпивать в местных пабах.

Дорогие друзья, помните — любую задачу можно решить! Если у вас возникли проблемы с решением задачи по физике, посмотрите на основные физические формулы. Возможно, ответ перед глазами, и его нужно просто рассмотреть. Ну а если времени на самостоятельные занятия совершенно нет, специализированный студенческий сервис всегда к вашим услугам!

Источник: https://Zaochnik-com.ru/blog/zakony-nyutona-dlya-chajnikov-obyasnenie-primer/

Первый закон Ньютона — Класс!ная физика

Закон инерции относится к самому простому случаю движения — движению тела, которое не взаимодействует с другими телами, т. е. движению свободного тела.

Ответить на вопрос, как же движутся свободные тела, не обращаясь к опыту, нельзя. Однако нельзя поставить ни одного опыта, который бы в чистом виде показал, как движется ни с чем не взаимодействующее тело, так как таких тел нет. Как же быть?

Имеется лишь один выход. Надо поместить тело в условия, при которых влияние внешних взаимодействий можно делать всё меньшим и меньшим, и наблюдать, к чему это ведёт.

Можно, например, наблюдать за движением гладкого камня на горизонтальной поверхности, после того как ему сообщена некоторая скорость. (Притяжение камня к Земле компенсируется действием поверхности, на которую он опирается; на скорость его движения влияет только трение.)

При этом легко обнаружить, что, чем более гладкой является поверхность, тем медленнее будет уменьшаться скорость камня. На гладком льду камень скользит весьма долго, не меняя заметно скорость.

На основе подобных наблюдений можно сделать вывод: если бы поверхность была идеально гладкой, то при отсутствии сопротивления воздуха (в вакууме) камень совсем не менял бы своей скорости. Именно к такому выводу пришёл впервые Галилей.

Первый закон Ньютона:

Существуют системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых тело движется прямолинейно и равномерно, если на него не действуют другие тела.

Первый закон, или закон инерции, как его часто называют, фактически был открыт Галилеем, но строгую формулировку дал и включил его в число основных законов механики Исаак Ньютон.

Этот закон, с одной стороны, содержит определение инерциальной системы отсчёта. С другой стороны, он содержит утверждение (которое с той или иной степенью точности можно проверить на опыте) о том, что инерциальные системы отсчёта существуют в действительности.

Инерциальные и неинерциальные системы отсчёта.

До сих пор систему отсчёта мы связывали с Землёй, т. е. рассматривали движение относительно Земли. В системе отсчёта, связанной с Землёй, ускорение тела определяется только действием на него других тел. Система отсчёта, связанная с Землёй, является инерциальной.

Из формулировки первого закона следует, что если есть одна инерциальная система отсчёта, то любая другая движущаяся относительно неё прямолинейно и равномерно также является инерциальной.

Однако, помимо инерциальных систем отсчёта, есть и другие, в которых тело имеет ускорение даже в том случае, когда на него другие тела не действуют.

В качестве примера рассмотрим систему отсчёта, связанную с автобусом. При равномерном движении автобуса пассажир может не держаться за поручень, действие со стороны автобуса компенсируется взаимодействием с Землёй. При резком торможении автобуса стоящие в проходе пассажиры падают вперёд, получая ускорение относительно стенок автобуса (рис. 2.6).

Однако это ускорение не вызвано какими-либо новыми воздействиями со стороны Земли или автобуса непосредственно на пассажиров. Относительно Земли пассажиры сохраняют свою постоянную скорость, но автобус начинает двигаться с ускорением, и пассажиры относительно него также движутся с ускорением.

Ускорение появляется вследствие того, что движение их рассматривается относительно тела отсчёта (автобуса), движущегося с ускорением.

Рассмотрим маятник, находящийся на вращающемся диске (рис. 2.7). Нить маятника отклонена от вертикали, хотя сам он неподвижен относительно диска. Натяжение нити не может быть скомпенсировано силой притяжения к Земле. Следовательно, отклонение маятника нельзя объяснить только его взаимодействием с телами.

Рассмотрим ещё один маятник, находящийся в неподвижном вагоне. Нить маятника вертикальна (рис. 2.8, а). Шарик взаимодействует с нитью и Землёй, сила натяжения нити равна силе тяжести. С точки зрения пассажира в вагоне и человека, стоящего на перроне, шарик находится в равновесии вследствие того, что сумма сил, действующих на него, равна нулю.

Как только вагон начинает двигаться с ускорением, нить маятника отклоняется (шарик по инерции стремится сохранить состояние покоя).

С точки зрения человека, стоящего на перроне, ускорение шарика должно быть равно ускорению вагона, так как нить не разрывается и шарик движется вместе с вагоном.

Шарик по-прежнему взаимодействует с теми же телами, сумма сил этого взаимодействия должна быть отлична от нуля и определять ускорение шарика.

С точки зрения пассажира, находящегося в вагоне, шарик неподвижен, следовательно, сумма сил, действующих на шарик, должна быть равна нулю, однако на шарик действуют те же силы — натяжения нити и сила Рис. 2.8 тяжести. Значит, на шарик (рис.2.8, б) должна действовать сила ин, которая определяется тем, что система отсчёта, связанная с вагоном, неинерциальная. Эту силу называют силой инерции (см. рис. 2.8, б).

В неинерциальных системах отсчёта основное положение механики о том, что ускорение тела вызывается действием на него других тел, не выполняется.

Системы отсчёта, в которых не выполняется первый закон Ньютона, называются неинерциальными.

Источник: http://class-fizika.ru/10_a22.html

Физика простыми словами

Взаимодействие тел рассматривает динамика, в основе которой лежат 3 закона, носящих имя прославленного английского физика сэра Исаака Ньютона.

Первый закон Ньютона гласит: тело будет находится в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения пока и поскольку на него не подействуют другие тела. Это как раз то, о чем мы и говорили.

То есть автомобиль не может остановиться без взаимодействия колес с дорогой, с другой стороны, отсутствие этого взаимодействия не позволит неподвижному автомобилю тронутся с места, колеса будут просто напросто пробуксовывать.

Количественно взаимодействие тел в физике определяют силой — векторной физической величиной, которую принято обозначать буквой F и измерять в ньютонах.

Исходя из всего вышесказанного можно заключить, что сила является причиной изменения скорости. Но возможно ли изменение скорости тела без непосредственного действия на него сил? И казалось бы правильный ответ нет, но… Тут нужно вспомнить тот факт, что движение относительно, соответственно, очень важна система отсчета, которую мы выбрали, а что если она начнет двигаться с ускорением?

К примеру, вы решили прокатить понравившуюся девушку на своём мотоцикле, она садится сзади и относительно мотоцикла неподвижна.

Но вот вы по привычке резко трогаетесь и видите в зеркало, как девушка падает сзади на асфальт со словами: «чтоб я еще когда нибудь…!!!!» Или другой пример, опять же с мотоциклом: вы едите по дороге, и вдруг вам под колёса выскакивает собака, вы пытаетесь резко затормозить и, немного перестаравшись с передним тормозом, летите через руль прямиком к этой злосчастной собаке.

В обоих примерах, если брать мотоцикл за тело отсчета, и рассматривать движение относительно его, вы не обнаружите сил, которые действуют на вас или вашу девушку, вызывая изменение скорости.

Поэтому когда говорят о первом законе Ньютона, уточняют, что он справедлив для инерциальных систем отсчета, то есть систем, относительно которых тело сохраняет свою скорость при отсутствии на него воздействий внешних сил, ну или при их взаимной компенсации.

Если же система отсчета движется с ускорением, то она неинерциальная. Понятно? Нет. Идем дальше.

Второй закон Ньютона позволяет нам определить как же изменяется скорость при взаимодействии тел, или, проще говоря, позволяет найти ускорение. Давайте попробуем разобраться и вывести этот закон.

От чего же зависит ускорение? Если мы пинаем футбольный мяч, то скорость полета мяча напрямую зависит от силы удара — чем сильнее пинаем тем быстрее летит, соответственно, ускорение будет напрямую зависеть от приложенной силы. И с другой стороны, если вместо мяча с той же силой пнуть любимую папину гирю… В общем, ускорение будет обратно пропорционально массе тела.

Чем масса больше, тем труднее изменить скорость тела. Поэтому иногда говорят, что масса является мерой инертности тела, то есть характеризует его способность сохранять скорость постоянной.

Если собрать все вместе можно сформулировать второй закон Ньютона следующим образом: ускорение прямо пропорционально силе приложенной к телу и обратно пропорционально его массе.

Часто этот закон можно встретить в другой интерпретации: сила, действующая на тело, равна произведению его массы и ускорения.

Третий закон Ньютона определяет силы, с которыми тела взаимодействуют друг с другом. Как вы думаете, зачем боксерам перчатки? Наиболее часто встречаются два варианта ответа. Первый, чтоб не травмировать свои руки, и второй, чтоб излишне не травмировать противника. В принципе, оба ответа верны.

Согласно третьему закону Ньютона, если мы действуем на какое-либо тело с силой F, то это тело будет действовать на нас с той же по модулю силой, но обратной по направлению:

Или как еще говорят, сила действия равна силе противодействия.

Источник: https://physicsline.ru/teoriya/fizika-prostymi-slovami/fizika-prostymi-slovami-dinamika/

Законы ньютона простым языком

Законы Ньютона — это три важнейших закона классической механики, которые позволяют записать уравнения движения для любой механической системы, если известны силы, действующие на составляющие её тела.

Эти законы, естественно, сформулировал сэр Исаак Ньютон в 1687 году в книге «Математические начала натуральной философии».

В ньютоновском изложении механики эти законы являются аксиомами, базирующимися на обобщении экспериментальных результатов, то есть уже не требуют доказательства в настоящее время.

Первый закон Ньютона

Если на тело нет внешних воздействий, то это тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения по горизонтали относительно Земли.

Смысл Закона заключался в том, что он полностью совпадает с Законом инерции Галилео Галилея! Соответственно, если для этой системы отсчёта выполняется Первый закон Ньютона, то такая система отсчёта и называется инерциальной. А инерция — это и есть свойство тела оставаться в состоянии покоя или равномерного прямолинейного/прямого движения в отсутствие внешних воздействий.

Для примера полетим в далёкий-далёкий космос. Там почти нет никаких воздействий других тел. Вынем из кармана скафандра мячик и оставим его. Он не будет двигаться, то есть останется в состоянии покоя.

А теперь толкнём его, придадим импульс — и мячик плавно полетит в одном, прямом направлении, то есть перейдёт в состояние равномерного прямолинейного движения.

На Земле действует сила тяготения планеты, поэтому данный закон реализуем в нашей природе условно.

Второй закон Ньютона

Ускорение тела прямо пропорционально действующей на тело силе и обратно пропорционально массе этого тела.

Формула Закона: a = F / m, где а — ускорение, m — масса тела, F — сила, действующая на тело.

Смысл Закона в том, что сила, действующая на тело создаёт ускорение этого тела. Следовательно, чем больше масса тела, тем меньшее ускорение оно получит от действия данной (такой же) силы.

Для примера можно взять два человека, спускающихся со склона на лыжах. На каждого из них действует две силы. Тот лыжник, что тяжелее, будет медленнее спускаться при одинаковом пинке каждому из них! ))) Если мы хотим, чтобы оба лыжника спускались с одной скоростью, то более тяжёлого человека надо подтолкнуть сильнее. На сколько сильнее? На сколько он тяжелее — на 10%, 20% или 30%.

Третий Закон Ньютона

Пусть одно тело действует на данное тело с силой F1, тогда данное тело действует на первое тело с силой F2, равной по модулю силе F1 и противоположной по направлению.

Формула Закона: F1 = -F2

Смысл Закона в том, что каждому действию есть противодействие.

Для примера два бильярдных (пластиковых) шара на столе. Подтолкнём один из них в направлении второго. При столкновении первый шар изменит и скорость, и направление, а второй покатится в направлении, обратном точке удара по нему.

Первый шар изменил направление и скорость при столкновении со вторым шаром из-за того, что то воздействовал на него, то ест произвёл противодействие.

Вот и все сложности! Ничего сложного.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5b955f924e008900ad8d15f2/5ba0a6957c147200ab5dc616

Взаимодействие тел — определение, характеристика, примеры

Масса, объем и плотность

Масса

Как ни странно, начнем мы с самого сложного — с массы. Казалось бы, это понятие мы слышим с самого детства, примерно знаем, сколько в нас килограмм, и ничего сложного здесь быть не может. На самом деле, все сложнее.

В Международном бюро мер и весов в Париже есть цилиндр массой один килограмм. Материал этого цилиндра — сплав иридия и платины. Его масса равна одному килограмму, и этот цилиндр — эталон для всего мира.


Высота этого цилиндра приблизительно равна 4 см, но чтобы его поднять, нужно приложить немалую силу. Необходимость эту силу прикладывать обуславливается инерцией тел и математически записывается через второй закон Ньютона.

Второй закон Ньютона


F — сила, действующая на тело (равнодействующая) [Н]

m — масса [кг]

a — ускорение [м/с2]

В этом законе массу можно считать неким коэффициентом, который связывает ускорение и силу. Также масса важна при расчете силы тяготения. Она является мерой гравитации: именно благодаря ей тела притягиваются друг к другу.

Закон Всемирного тяготения

F = GMm/R2

F — сила [Н]
M — масса первого тела (часто планеты) [кг]
m — масса второго тела [кг]
R — расстояние между телами [м]
G — гравитационная постоянная



Когда мы встаем на весы, стрелка отклоняется. Это происходит потому, что масса Земли очень большая, и сила тяготения буквально придавливает нас к поверхности. На более легкой Луне человек весит меньше в шесть раз. Когда думаешь об этом, хочется взвешиваться исключительно на Луне.

Откуда берется масса

Физики убеждены, что у элементарных частиц должна быть масса. Например, доказано, что у электронов масса есть. В противном случае они не могли бы образовать атомы и всю видимую материю.

А еще Вселенная без массы представляла бы собой хаос из различных излучений, двигающихся со скоростью света. Не было бы ни галактик, ни звезд, ни планет. Здорово, что это не так, и у элементарных частиц есть масса. Только вот пока непонятно, откуда эта масса у них берется.

Чтобы узнать ответы на любые вопросы — и даже те, которые неловко спрашивать перед всем классом — приходите на индивидуальные уроки физики в современную школу Skysmart.

На бесплатном вводном занятии порешаем задачки в интерактивном формате и покажем, что физика — очень даже дружелюбная!


Мужчину на этой фотографии зовут Питер Хиггс. Ему мы обязаны за предположение, экспериментально доказанное в 2012 году, что массу всех частиц создает некий бозон.



Источник: Википедия

Бозон Хиггса невозможно представить — это точно не частица в форме шарика, как обычно рисуют электрон в учебнике. Представьте, что вы бежите по песку. Бежать ощутимо сложно, как будто бы увеличилась масса. Частицы пробираются в поле Хиггса и получают таким образом массу.

Объем тела

Масса зависит от двух величин: плотности и объема. Начнем с известной нам из математики величины — с объема.

  • Объем — это физическая величина, которая показывает, сколько пространства занимает тело. Уметь соотносить объемы — важный навык. Например, чтобы посчитать, сколько пластиковых шариков помещается в гигантский бассейн.

А если вернуться к задачкам, то чтобы рассчитать объем прямоугольного параллелепипеда, нам нужно перемножить три его параметра.


Вычисляем объем по формуле:

Формула объема параллелепипеда

V = a*b*c


V — объем [м^3]

a — длина [м]

b — ширина [м]

c — высота [м]

А для цилиндра будет справедлива такая формула:



Формула объема цилиндра


V = S*h


V — объем [м^3]

S — площадь основания [м^2]

h — высота [м]

Плотность вещества

Плотность — скалярная физическая величина.3]

Плотность зависит от температуры, агрегатного состояния вещества и внешнего давления. Обычно если давление увеличивается, то молекулы вещества утрамбовываются плотнее — следовательно, плотность больше. А рост температуры, как правило, приводит к увеличению расстояний между молекулами вещества — плотность понижается.

Маленькое исключение

С водой такая история не работает: плотность воды меньше плотности льда.

Объяснение кроется в молекулярной структуре льда. Когда вода переходит из жидкого состояния в твердое, она изменяет молекулярную структуру так, что расстояние между молекулами увеличивается. Соответственно, плотность льда меньше плотности воды.

Ниже представлены значения плотностей для разных веществ — это поможет при решении задач по физике:

Твердое вещество

кг/м3

г/см3

Платина

21500

21,5

Золото

19300

19,3

Вольфрам

19000

19,0

Свинец

11400

11,4

Серебро

10500

10,5

Медь

8900

8,9

Никель

8800

8,8

Латунь

8500

8,5

Сталь, железо

7900

7,9

Олово

7300

7,3

Цинк

7100

7,1

Чугун

7000

7,0

Алмаз

3500

3,5

Алюминий

2700

2,7

Мрамор

2700

2,7

Гранит

2600

2,6

Стекло

2600

2,6

Бетон

2200

2,2

Графит

2200

2,2

Лёд

900

0,9

Парафин

900

0,9

Дуб (сухой)

700

0,7

Берёза (сухая)

650

0,65

Пробка

200

0,2

Платиноиридиевый сплав

21500

21,5

Жидкость

кг/м3

г/см3

Ртуть

13600

13,6

Мёд

1300

1,3

Глицерин

1260

1,26

Молоко

1036

1,036

Морская вода

1030

1,03

Вода

1000

1

Подсолнечное масло

920

0,92

Нефть

820

0,82

Спирт

800

0,8

Бензин

700

0,7

Газ

кг/м3

Хлор

3,22

Озон

2,14

Пропан

2,02

Диоксид углерода

1,98

Кислород

1,43

Воздух

1,29

Азот

1,25

Гелий

0,18

Водород

0,09

Где самая большая плотность?

Самая большая плотность во Вселенной — в черной дыре. Плотность черной дыры составляет около 1014 кг/м3.

Средняя плотность

В школьном курсе чаще всего говорят о средней плотности тела. Дело в том, что если мы рассмотрим какое-нибудь неоднородное тело, то в одной его части будет, например, большая плотность, а в другой — меньшая.

Если вы когда-то делали ремонт, то знакомы с такой вещью, как цемент. Он состоит из двух веществ: клинкера и гипса. Чтобы найти плотность цемента, можно сделать так: отдельно найти плотность гипса, плотность клинкера по формуле выше, а потом найти среднее арифметическое двух плотностей.

А можно просто массу цемента разделить на объем цемента и мы получим ровно то же самое. Просто в данном случае мы берем не массу и объем вещества, а массу и объем тела.

Формула плотности тела


р — плотность тела [кг/м^3]

m — масса тела [кг]

V — объем тела [м^3]

Инертность

Масса придает телу такое свойство, как инертность. Но не напрямую — у этого есть некая последовательность. Если посмотреть, как строитель толкает тачку или родитель везет ребенка на санках — можно заметить, что и тачка, и санки, изменяют свою скорость только при наличии нескомпенсированного действия — силы, которую прикладывают и строитель, и родитель.

Так как быстрота изменения скорости характеризуется ускорением тела, можем заключить, что причиной ускорения является некомпенсированное действие одного тела на другое. Но одно тело не может действовать на другое, не испытывая его действия на себе. Следовательно, ускорение появляется при взаимодействии тел. Ускорение приобретают оба взаимодействующие тела.

Давайте вернемся к нашим строителям и родителям. Если строитель приложит к тачке ту же силу, что и родитель, то ускорение не обязательно будет одинаковым.

Чем меньше ускорение приобретает тело при взаимодействии, тем инертнее это тело.

  • Инертность — это свойство тела сохранять свою скорость постоянной. Проявляет себя в том, что для изменения скорости тела требуется некоторое время. Процесс изменения скорости не может быть мгновенным.

Например, движущийся по дороге автомобиль не может мгновенно остановиться — для уменьшения скорости требуется некоторое время.

Чем инертнее тело, тем больше его масса. Чем больше инертность, тем меньше ускорение. Следовательно, чем больше масса тела, тем меньше его ускорение. Эту закономерность описывает второй закон Ньютона.

Второй закон Ньютона

Мы уже упоминали его в начале статьи, давайте разберемся подробнее.

Второй закон Ньютона


F — сила, действующая на тело (равнодействующая) [Н]

m — масса [кг]

a — ускорение [м/с2]

В этом законе есть такое понятие, как равнодействующая сила. Часто можно встретить, что она обозначается не буквой F, а буквой R. Равнодействующая является векторной суммой всех сил, приложенных к телу.

В повседневной жизни мы часто встречаем, как любое тело деформируется (меняет форму или размер), ускоряется или тормозит, падает. В общем, чего только с разными телами в реальной жизни не происходит. Причина тому — сила.

  • Сила — это физическая векторная величина, которую воздействует на данное тело со стороны других тел.

Она измеряется в Ньютонах — это единица измерения названа в честь Исаака Ньютона.


Сила — величина векторная. Это значит, что, помимо модуля, у нее есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат.

Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный. В данном случае результат выражается в направлении движения.



А в чем разница между инертностью и инерцией?

Инертность — это свойство тело, инерция — явление сохранения скорости тела.

Первый закон Ньютона

Понятие «инерция» сформулировали отдельно друг от друга Галилео Галилей и Исаак Ньютон:


Галилео Галилей

Исаак Ньютон

Формулировка закона инерции

Когда тело движется по горизонтальной поверхности, не встречая никакого сопротивления движению, то его движение — равномерно, и продолжалось бы постоянно, если бы плоскость простиралась в пространстве без конца.

Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не принуждается приложенными силами изменить это состояние.

Определение инерции

Инерция — это физическое явление, при котором тело сохраняет свою скорость постоянной или покоится, если на него не действуют другие тела.

Инерция – это физическое явление сохранения скорости тела постоянной, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.

Варианты формулировки не противоречат друг другу и говорят, по сути, об одном и том же, просто разными словами — выбирайте ту, что вам нравится больше.

Ньютоновская формулировка закона инерции по-другому называется первым законом Ньютона:

Существуют такие системы отсчета, относительно которых тело сохраняет свою скорость постоянной, в том числе равной нулю, если действие на него других сил отсутствует или скомпенсировано.

Первый закон Ньютона

->

R = 0, если v=const

R — результирующая сила, сумма всех сил, действующих на тело [Н]

v — скорость [м/с]

const — постоянная величина

А вы небось уже подумали, что мы про первый закон Ньютона забыли и сразу перескочили ко второму. Все в порядке — первый тоже на месте.

В этом законе встречается такое словосочетание, как «система отсчета». Оно изучается в самом начале курса физики, но там это понятие читают в контексте «такие системы отсчета». Напрашивается вопрос: какие такие системы отсчета?

Системы отсчета: инерциальные и неинерциальные

Чтобы описать движение, нам нужны три штуки:

  • тело отсчета, относительно которого определяем местоположение других тел;
  • система координат: в школьном курсе мы используем прямоугольную декартову систему координат;
  • часы, чтобы измерять время.

В совокупности эти три опции образуют систему отсчета:



  • Инерциальная система отсчета — система отсчёта, в которой все тела движутся прямолинейно и равномерно, либо покоятся.
  • Неинерциальная система отсчета — система отсчёта, движущаяся с ускорением.

Рассмотрим разницу между этими системами отсчета на примере задачи.

Аэростат — летательный аппарат на картиночке ниже — движется равномерно и прямолинейно параллельно горизонтальной дороге, по которой равноускоренно движется автомобиль.


Выберите правильное утверждение:

1) Система отсчёта, связанная с аэростатом, является инерциальной, а система отсчёта, связанная с автомобилем, инерциальной не является.

2) Система отсчёта, связанная с автомобилем, является инерциальной, а система отсчёта, связанная с аэростатом, инерциальной не является.

3) Система отсчёта, связанная с любым из этих тел, является инерциальной.

4) Система отсчёта, связанная с любым из этих тел, не является инерциальной.

Решение:

Система отсчёта, связанная с землёй, инерциальна. Да, планета движется и вращается, но для всех процессов вблизи планеты этим можно пренебречь. Во всех задачах систему отсчета, связанную с землей можно считать инерциальной.

Поскольку система отсчёта, связанная с землёй инерциальна, любая другая система, которая движется относительно земли равномерно и прямолинейно или покоится — по первому закону Ньютона тоже инерциальна.

Движение аэростата удовлетворяет этому условию, так как оно равномерное и прямолинейное, а равноускоренное движение автомобиля — нет. Аэростат — инерциальная система отсчёта, а автомобиль — неинерциальная.

Ответ: 1.

Третий закон Ньютона

Он честно-пречестно последний.

Третий закон Ньютона обобщает огромное количество опытных фактов, которые показывают, что силы — результат взаимодействия тел.

Он формулируется так: тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению.

Если попроще: сила действия равна силе противодействия.

Если вам вдруг придется объяснять физику во дворе — можно сказать и так: на каждую силу найдется другая сила 🙈

Третий закон Ньютона

F1 = — F2

F1 — сила, с которой первое тело действует на второе [Н]

F2 — сила, с которой второе тело действует на первое [Н]

Важный нюанс!

В первом и втором законах Ньютона мы имеем дело с одним телом, а в третьем — с двумя. Это важно учитывать при решении задач.

На каждую силу точно найдется другая сила, если первая сила — непонимание физики, а вторая — уроки в Skysmart. На уроках мы нарушим законы физики только один раз: сила непонимания станет меньше силы преподавателей, которые это непонимание помогут победить. 💪

Записывайте ребенка на бесплатный вводный урок — будем сильнее вместе!

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.

Инерциальные системы отсчета: первый закон Ньютона

 

С древнейших времен движение материальных тел не переставало волновать умы ученых. Так, например, сам Аристотель считал, что если на тело не действуют никакие силы, то такое тело всегда будет находиться в покое.

И лишь только спустя 2000 лет итальянский ученый Галилео Галилей смог исключить из формулировки Аристотеля слово «всегда». Галилей понял, что пребывание тела в состоянии покоя не является единственным следствием отсутствия внешних сил.

Тогда Галилей заявил: тело, на которое не действуют никакие силы, будет либо находиться в покое, либо двигаться равномерно прямолинейно. То есть, движение с одинаковой скоростью по прямой траектории, с точки зрения физики, равнозначно состоянию покоя.

Что есть состояние покоя?

В жизни этот факт наблюдать очень сложно, поскольку всегда имеет место сила трения, которая не дает предметам и вещам покидать свои места. Но если представить себе бесконечно длинный, абсолютно скользкий и гладкий каток, на котором стоит тело, то станет очевидно, что если придать телу импульс, то тело будет двигаться бесконечно долго и по одной прямой.

И в самом деле, на тело действую только две силы: сила тяжести и сила реакции опоры. Но расположены они на одной прямой и направлены друг против друга. Таким образом, по принципу суперпозиции, мы имеем, что общая сила, действующая на такое тело равна нулю.

Однако это идеальный случай. В жизни сила трения проявляет себя почти во всех случаях. Галилей сделал важное открытие, приравняв состояние покоя и движение с постоянной скоростью по прямой линии. Но этого было недостаточно. Оказалось, что условие это выполняется не во всех случаях.

Ясность в этот вопрос внес Исаак Ньютон, обобщивший исследования Галилея и, таким образом, сформулировавший Первый Закон Ньютона.

Первый закон Ньютона: формулируем сами

Существуют две формулировки первого закона Ньютона современная и формулировка самого Исаака Ньютона. В исходном варианте первый закон Ньютона несколько неточен, а современный вариант в попытках исправить эту неточность оказался очень запутанным и потому неудачным. Ну а так как истина всегда где-то рядом, то попытаемся найти это «рядом» и разобраться, что же представляет собой данный закон.

Современная формулировка звучит следующим образом: «Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальная точка при отсутствии внешних воздействий сохраняет величину и направление своей скорости неограниченно долго».

Инерциальные системы отсчета

Инерциальными называют системы отсчета, в которых выполняется закон инерции. Закон же инерции заключается в том, что тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела. Получается очень неудобоваримо, малопонятно и напоминает комичную ситуацию, когда на вопрос: “Где это «тут»?” отвечают: “Это здесь”, а на следующий логичный вопрос: “А где это «здесь»?” отвечают: “Это тут”. Масло масляное. Замкнутый круг.

Формулировка самого Ньютона такова: «Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние».

Однако на практике этот закон выполняется не всегда. Убедиться в этом можно элементарно. Когда человек стоит, не держась за поручни, в движущемся автобусе, и автобус резко тормозит, то человек начинает двигаться вперед относительно автобуса, хотя его не понуждает к этому ни одна видимая сила.

То есть, относительно автобуса первый закон Ньютона в изначальной формулировке не выполняется. Очевидно, что он нуждается в уточнении. Уточнением и является введение инерциальных систем отсчета. То есть, таких систем отсчета, в которых первый закон Ньютона выполняется. Это не совсем понятно, поэтому попробуем перевести все это на человеческий язык.

Инерциальные и неинерциальные системы отсчета

Свойство инерции любого тела таково, что до тех пор, пока тело остается изолированным от других тел, оно будет сохранять свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. «Изолированным» – это значит никак не связанным, бесконечно удаленным от других тел.

На практике это означает, что если в нашем примере за систему отсчета принять не автобус, а какую-то звезду на окраине Галактики, то первый закон Ньютона будет абсолютно точно выполняться для беспечного пассажира, не держащегося за поручни. При торможении автобуса он будет продолжать свое равномерное движение, пока на него не подействуют другие тела.

Вот такие системы отсчета, которые никак не связаны с рассматриваемым телом, и которые никак не влияют на инертность тела, называются инерциальными. Для таких систем отсчета первый закон Ньютона в его исходной формулировке абсолютно справедлив.

То есть закон можно сформулировать так: в системах отсчета, абсолютно никак не связанных с телом, скорость тела при отсутствии стороннего воздействия остается неизменной. В таком виде первый закон Ньютона легко доступен для понимания.

Проблема заключается в том, что на практике очень сложно рассматривать движение конкретного тела относительно таких систем отсчета. Мы не можем переместиться на бесконечно далекую звезду и оттуда осуществлять какие-либо опыты на Земле.

Поэтому за такую систему отсчета условно часто принимают Землю, хотя она и связана с находящимися на ней телами и влияет на характеристики их движения. Но для многих расчетов такое приближение оказывается достаточным. Поэтому примерами инерциальных систем отсчета можно считать Землю для расположенных на ней тел, Солнечную систему для ее планет и так далее.

Первый закон Ньютона не описывается какой-либо физической формулой, однако с помощью него выводятся другие понятия и определения. По сути, этот закон постулирует инертность тел. И таким образом выходит, что для инерциальных систем отсчета закон инерции и есть первый закон Ньютона.

Еще примеры инерциальных систем и первого закона Ньютона

Так, например, если тележка с шаром будет ехать сначала по ровной поверхности, с постоянной скоростью, а потом заедет на песчаную поверхность, то шар внутри тележки начнет ускоренное движение, хотя никакие силы на него не действуют (на самом деле, действуют, но их сумма равна нулю).

Происходит это от того, что система отсчета (в данном случае, тележка) в момент попадания на песчаную поверхность, становится неинерциальной, то есть перестает двигаться с постоянной скоростью.      

Первый Закон Ньютона вносит важное разграничение между инерциальными и неинерциальными системами отсчета. Также важным следствием этого закона является тот факт, что ускорение, в некотором смысле, важнее скорости тела.

Поскольку движение с постоянной скоростью по прямой линии суть нахождение в состоянии покоя. Тогда как движение с ускорением явно свидетельствуют о том, что либо сумма сил, приложенных к телу, не равно нулю, либо сама система отсчета, в которой находится тело, является неинерциальной, то есть движется с ускорением.

Причем ускорение может быть как положительным (тело ускоряется), так и отрицательным (тело замедляется).  

Нужна помощь в учебе?



Предыдущая тема: Относительность движения: понятие и примеры
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspВторой закон Ньютона: формула и определение + маленький опыт

законов движения Ньютона | Определение, примеры и история

Законы движения Ньютона , отношения между силами, действующими на тело, и движением тела, впервые сформулированные английским физиком и математиком сэром Исааком Ньютоном.

Ньютон, Исаак; законы движения

Титульный лист книги Исаака Ньютона Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687; Mathematical Principles of Natural Philosophy ), работы, в которой физик представил свои три закона движения.

Photos.com/Thinkstock

Популярные вопросы

Каковы законы движения Ньютона?

Законы движения Ньютона связывают движение объекта с силами, действующими на него. В первом законе объект не изменит своего движения, если на него не действует сила. Во втором законе сила, действующая на объект, равна его массе, умноженной на его ускорение. В третьем законе, когда два объекта взаимодействуют, они прикладывают друг к другу силы равной величины и противоположного направления.

Почему законы движения Ньютона важны?

Законы движения Ньютона важны, потому что они лежат в основе классической механики, одного из основных разделов физики.Механика – это изучение того, как объекты движутся или не двигаются, когда на них действуют силы.

Первый закон Ньютона гласит, что если тело находится в состоянии покоя или движется с постоянной скоростью по прямой линии, оно будет оставаться в покое или продолжать движение по прямой с постоянной скоростью, если на него не действует сила. Этот постулат известен как закон инерции. Закон инерции был впервые сформулирован Галилео Галилеем для горизонтального движения на Земле, а затем был обобщен Рене Декартом. До Галилея считалось, что любое горизонтальное движение требует прямой причины, но Галилей вывел из своих экспериментов, что движущееся тело будет оставаться в движении, если сила (например, трение) не заставит его остановиться.

баскетбол; Законы движения Ньютона

Когда баскетболист делает бросок в прыжке, мяч всегда следует по дуге. Мяч следует по этому пути, потому что его движение подчиняется законам движения сэра Исаака Ньютона.

© Mark Herreid / Shutterstock.com

Второй закон Ньютона – это количественное описание изменений, которые сила может вызвать при движении тела. Он утверждает, что скорость изменения импульса тела по величине и направлению равна силе, приложенной к нему.Импульс тела равен произведению его массы на его скорость. Импульс, как и скорость, является векторной величиной, имеющей как величину, так и направление. Сила, приложенная к телу, может изменить величину импульса или его направление, или и то, и другое. Второй закон Ньютона – один из самых важных во всей физике. Для тела, масса которого м постоянна, это можно записать в виде F = м a , где F (сила) и a (ускорение) являются векторными величинами.Если на тело действует чистая сила, оно ускоряется в соответствии с уравнением. И наоборот, если тело не ускоряется, на него не действует действующая сила.

Третий закон Ньютона гласит, что при взаимодействии двух тел они прикладывают друг к другу силы, равные по величине и противоположные по направлению. Третий закон также известен как закон действия и противодействия. Этот закон важен при анализе задач статического равновесия, в которых все силы уравновешены, но он также применим к телам в равномерном или ускоренном движении.Силы, которые он описывает, являются реальными, а не просто бухгалтерскими приемами. Например, книга, лежащая на столе, прикладывает направленную вниз силу, равную ее весу на столе. Согласно третьему закону, стол прикладывает к книге равную и противоположную силу. Эта сила возникает из-за того, что вес книги заставляет стол слегка деформироваться, так что он толкает книгу назад, как спиральная пружина.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас Законы

Ньютона впервые появились в его шедевре Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687), широко известном как Principia .В 1543 году Николай Коперник предположил, что в центре Вселенной может находиться Солнце, а не Земля. За прошедшие годы Галилей, Иоганн Кеплер и Декарт заложили основы новой науки, которая заменит аристотелевское мировоззрение, унаследованное от древних греков, и объяснит работу гелиоцентрической вселенной. В Принципах Ньютон создал эту новую науку. Он разработал свои три закона, чтобы объяснить, почему орбиты планет представляют собой эллипсы, а не круги, что ему удалось, но оказалось, что он объяснил гораздо больше.Серия событий от Коперника до Ньютона известна под общим названием Научная революция.

В 20 веке законы Ньютона были заменены квантовой механикой и теорией относительности как наиболее фундаментальными законами физики. Тем не менее, законы Ньютона продолжают давать точное описание природы, за исключением очень маленьких тел, таких как электроны, или тел, движущихся со скоростью, близкой к скорости света. Квантовая механика и теория относительности сводятся к законам Ньютона для более крупных тел или для тел, движущихся медленнее.

Веб-сайт класса физики

Автомобиль и стена

Согласно первому закону Ньютона, движущийся объект продолжает движение с той же скоростью и в том же направлении, если на него не действует неуравновешенная сила. Это естественная тенденция объектов продолжать делать то, что они делают. Все объекты сопротивляются изменениям в своем состоянии движения. В отсутствие неуравновешенной силы движущийся объект будет сохранять свое состояние движения.Это часто называют законом инерции .

Закон инерции чаще всего проявляется при езде в легковых и грузовых автомобилях. Фактически, тенденция движущихся объектов продолжать движение является частой причиной различных травм при транспортировке – как малых, так и больших размеров. Рассмотрим, например, неудачное столкновение автомобиля со стеной. При контакте со стеной на автомобиль действует неуравновешенная сила, резко замедляющая его до состояния покоя. Все пассажиры в автомобиле также будут замедлены для отдыха, если они пристегнуты к автомобилю ремнями безопасности.Будучи плотно привязанными к машине, пассажиры движутся в том же состоянии, что и машина. Когда автомобиль ускоряется, пассажиры ускоряются вместе с ним; когда автомобиль замедляется, пассажиры замедляются вместе с ним; и поскольку автомобиль поддерживает постоянную скорость, пассажиры также поддерживают постоянную скорость.

Но что бы произошло, если бы пассажиры не были пристегнуты ремнями безопасности? Какое движение совершили бы пассажиры, если бы они не пристегнули ремни безопасности и автомобиль внезапно остановился бы из-за столкновения со стеной? Если бы этот сценарий произошел, пассажиры больше не имели бы того же состояния движения, что и автомобиль.Использование ремня безопасности гарантирует наличие сил, необходимых для ускоренного и замедленного движения. Тем не менее, если ремень безопасности не используется, пассажиры с большей вероятностью сохранят его состояние движения. На анимации ниже показан этот сценарий.

Если бы автомобиль резко остановился и не были пристегнуты ремни безопасности, то находящиеся в движении пассажиры продолжили движение. Если предположить, что трение между пассажирами и сиденьями будет незначительным, пассажиры, скорее всего, будут выброшены из машины и подброшены в воздух.Как только они покидают машину, пассажиры становятся снарядами и продолжают метательное движение.

Теперь, возможно, вы убедитесь в необходимости пристегнуть ремень безопасности. Помните, что это закон – закон инерции.


Для получения дополнительной информации о физических описаниях движения посетите The Physics Classroom Tutorial. Подробная информация доступна по следующим темам:

Первый закон Ньютона

Инерция

Состояние движения

Уравновешенный vs.Несбалансированные силы

Сбалансированные и несбалансированные силы

Первый закон движения Ньютона часто упоминался на этом уроке.

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.

Сбалансированные силы

Но что именно означает фраза неуравновешенная сила ? Что такое неуравновешенная сила? В поисках ответа мы сначала рассмотрим книгу по физике, покоящуюся на столе.На книгу действуют две силы. Одна сила – гравитационное притяжение Земли – оказывает нисходящую силу. Другая сила – толчок стола к книге (иногда называемая нормальной силой ) – толкает книгу вверх.


Поскольку эти две силы имеют одинаковую величину и направлены в противоположные стороны, они уравновешивают друг друга. Книга находится на уровне равновесия . На книгу не действует неуравновешенная сила, и, таким образом, книга сохраняет свое состояние движения.Когда все силы, действующие на объект, уравновешивают друг друга, объект будет в равновесии; он не будет ускоряться. (Примечание: диаграммы, подобные приведенной выше, известны как диаграммы свободного тела и будут подробно рассмотрены в Уроке 2.)

Рассмотрим другой пример с уравновешенными силами – человек, стоящий на полу. На человека действуют две силы. Сила тяжести действует вниз. На пол действует сила, направленная вверх.


Поскольку эти две силы имеют одинаковую величину и направлены в противоположные стороны, они уравновешивают друг друга.Человек находится в равновесии. На человека не действует неуравновешенная сила, и, таким образом, человек сохраняет свое состояние движения. (Примечание: диаграммы, подобные приведенной выше, известны как диаграммы свободного тела и будут подробно рассмотрены в Уроке 2.)


Несбалансированные силы

Теперь представьте, что книга скользит по столешнице слева направо. Когда-то в предшествующей истории книги , возможно, его толкнули и привели в движение из положения покоя.Или, возможно, он приобрел свое движение, сползая по склону с возвышенности. Как бы то ни было, мы фокусируемся не на истории книги , а скорее на текущей ситуации, когда книга скользит вправо по столешнице. Книга движется, и в данный момент ее никто не толкает вправо. (Помните: сила не нужна, чтобы удерживать движущийся объект вправо.) Силы, действующие на книгу, показаны ниже.


Сила тяжести, тянущая вниз, и сила стола, толкающего книгу вверх, равны по величине и в противоположных направлениях.Эти две силы уравновешивают друг друга. И все же нет силы, чтобы уравновесить силу трения. Когда книга движется вправо, трение действует влево, чтобы замедлить книгу. Есть неуравновешенная сила; и как таковая книга меняет свое состояние движения. Книга не находится в равновесии и впоследствии ускоряется. Неуравновешенные силы вызывают ускорение. В этом случае неуравновешенная сила направлена ​​против движения книги и приведет к ее замедлению. (Примечание: диаграммы, подобные приведенной выше, известны как диаграммы свободного тела и будут подробно рассмотрены в Уроке 2.)

Чтобы определить, являются ли силы, действующие на объект, сбалансированными или несбалансированными, сначала необходимо провести анализ, чтобы определить, какие силы действуют на объект и в каком направлении. Если две отдельные силы имеют одинаковую величину и противоположное направление, то считается, что силы уравновешены. Говорят, что объект подвергается действию неуравновешенной силы только тогда, когда существует отдельная сила, которая равна , а не , уравновешенная силой равной величины и в противоположном направлении.Такой анализ обсуждается в Уроке 2 данного модуля и применяется в Уроке 3.


Мы хотели бы предложить … Иногда просто прочитать об этом недостаточно. Вы должны с ним взаимодействовать! И это именно то, что вы делаете, когда используете одно из интерактивных материалов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего Rocket Sledder Interactive.Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Ракетные сани позволяет учащемуся исследовать влияние сбалансированных и неуравновешенных сил на ускорение ракетных сани.


Проверьте свое понимание

Люк Отбелоэ сбрасывает коробку с черепицей весом примерно 5,0 кг (вес = 50,0 Н) с крыши своего дома в бассейн внизу.При столкновении с лужей ящик встречает направленную вверх силу сопротивления 50,0 Н (предполагается, что она постоянная). Используйте это описание, чтобы ответить на следующие вопросы. Нажмите кнопку, чтобы просмотреть правильные ответы.

1. Какой из графиков скорость-время лучше всего описывает движение коробки? Обоснуйте свой ответ здравыми рассуждениями.

2. Какая из следующих точечных диаграмм лучше всего описывает движение падающего ящика с момента его падения до момента, когда он упал на дно бассейна? Стрелки на диаграмме представляют собой точку, в которой ящик ударяется о воду.Обоснуйте свой ответ здравыми рассуждениями.

3. Несколько друзей Люка наблюдали за движением падающего ящика. Будучи “физиками”, они начали обсуждать движение и сделали следующие комментарии. Укажите, правильный или неправильный каждый из комментариев? Поддержите свои ответы.

а. Как только ящик ударяется о воду, силы уравновешиваются, и ящик останавливается.

г.При ударе о воду ящик будет ускоряться вверх, потому что вода прикладывает восходящую силу.

г. При ударе о воду коробка будет подпрыгивать вверх из-за направленной вверх силы.

4. Если силы, действующие на объект, уравновешены, то объект

а. не должен двигаться.

г. должны двигаться с постоянной скоростью.

г. не должно ускоряться.

г. ни один из этих

Первый закон Ньютона – Примеры

Пример 1

Объекты в движении остаются в движении, а объекты в состоянии покоя остаются в состоянии покоя, если на них не действует внешняя сила (неуравновешенная сила).

Неподвижный объект без внешней силы не будет двигаться.

Без внешних сил движущийся объект не остановится.

Хотя сэр Исаак Ньютон не имел доступа к космическим станциям, этот первый закон можно четко увидеть:

Астронавт, чья отвертка попала в космос, увидит, как отвертка продолжает двигаться с той же скоростью и в том же направлении вечно. На отвертку не действуют силы трения. Без сил этот объект никогда не остановится.

Пример 2

Если меня не заставят, я сделаю то же самое.

Покоящийся объект остается неподвижным.

Объект, на который действуют сбалансированные силы, остается в покое.

Объект, на который действуют неуравновешенные силы, изменяет скорость и может изменить направление.

Пример 3

Первый закон Ньютона часто называют законом инерции – инерция – это тенденция объекта сопротивляться изменениям в движении.

Когда автомобиль тормозит быстро, пассажира отбрасывает вперед, потому что инерция (тенденция оставаться неизменной) пытается удержать пассажира в движении.

Пример 4

Первый закон объясняет, почему вы летите через руль, если ваш велосипед внезапно останавливается:

Вещи, как правило, продолжают делать то, что делали раньше.

Пример 5

Если объект неподвижен, он останется неподвижным. Если объект движется, он будет продолжать двигаться с той же скоростью и в том же направлении.

Покоящийся объект остается неподвижным.

Объект, на который действует неуравновешенная сила, изменяет скорость и может изменить направление.

Движущийся объект остается в движении.

Объект, на который действует неуравновешенная сила, изменяет скорость и направление.

Пример 6

Вторую часть первого закона Ньютона иногда забывают – вы должны помнить, что она применима к телам, движущимся с постоянной скоростью, а не только к телам в состоянии покоя.

Этот автомобиль никогда не двинется, если его не толкнуть, чтобы начать движение.

Эта машина никогда не остановится, если на нее не воздействует сила. Эти силы, уменьшающие его скорость, – это трение и сопротивление.

Пример 7

Тела в состоянии равновесия уравновешены, поэтому ускорение отсутствует. Если все силы, действующие на объект, уравновешены, объект продолжит движение с той же скоростью или останется неподвижным.

`С-З = 0`

` С-З = З`

Коробка находится в состоянии равновесия – сумма всех сил должна равняться нулю.

ПРИМЕЧАНИЕ: `w \ e \ i \ g \ h \ t = m \ a \ s \ s \ xx \ g \ r \ a \ v \ i \ t \ y`

Пример 8

Движение самолета, летящего по воздуху, можно описать Ньютоном.

Если тяга и лобовое сопротивление равны, а подъемная сила и вес также равны, то самолет имеет постоянную скорость и высоту. Это означает, что:

`L \ i \ f \ t \ = W \ e \ i \ g \ h \ t`

и

`D \ r \ a \ g = T \ h \ r \ u \ s \ t`

Пример 9

Первый закон Ньютона может описывать американские горки

Американские горки инерционны.Когда он начинает падение, он хочет продолжить движение в том же направлении с постоянной скоростью. Однако это не так, потому что гусеницы действуют как внешняя сила, которая меняет направление американских горок.

Пример 10

Закон инерции – тенденция объекта сопротивляться изменениям в движении.

Результат

Энергия вашего движения передается карте, заставляя ее быстро улетать с дороги, но карта движется слишком быстро, и трения недостаточно, чтобы повлиять на яйцо.Яйцо оказывается в воде, и его ничто не удерживает, и сила тяжести берет верх.

ПРИМЕЧАНИЕ: Этот эксперимент аналогичен вытаскиванию скатерти из-под тарелок на столе.

Пример 11

Движение шара в коробке можно объяснить первым законом инерции Ньютона.

Поместите мяч в коробку и медленно толкните коробку.

Резко остановите коробку. Мяч продолжит движение.Согласно первому закону Ньютона, движущийся объект имеет тенденцию оставаться в движении, если на него не действует неуравновешенная внешняя сила, поэтому мяч продолжает катиться, даже если ящик остановился.

Пример 12

Мы добавили это для развлечения и чтобы помочь вам запомнить слова первого закона движения Ньютона.

Покоящийся объект будет оставаться неподвижным, если на него не действует другая сила.

Пример 13

Галилей сделал наблюдения о трении, а Ньютон построил на этих наблюдениях.

Галилей наблюдал, как шары катятся по разным кривым.

Мяч будет спускаться с одной стороны кривой, затем вверх по другой. Галилей заметил, что при использовании гладких поверхностей мяч приближался к своей исходной высоте (своей высоте в начальной точке). Галилей рассуждал, что мяч достиг бы первоначальной высоты, если бы не было трения. Мяч достиг первоначальной высоты, если бы не было внешней силы (неуравновешенной силы).

Независимо от угла, мяч всегда будет двигаться к своей исходной высоте.Если наклон второй кривой меньше, чем наклон первой, то мяч пройдет большее расстояние, но все равно не достигнет своей исходной высоты из-за трения, т. Е. Мяч встречает сопротивление поверхности, по которой он движется. Без трения мяч катился бы по противоположному склону до своей первоначальной высоты, даже если бы два ската имели разные уклоны.

Галилей пришел к выводу, что если кривая заканчивается без наклона, мяч будет продолжать движение вечно, если в конечном итоге его не остановит трение.

Ньютон использовал эти наблюдения, чтобы сделать вывод, что сила не нужна, чтобы удерживать объект в движении. Фактически, это внешняя сила, которая мешает мячу продолжать движение.

Что сделало Ньютона настолько радикальным, так это то, что до его первого закона движения ученые говорили, что объект останавливается, потому что на него не действует сила.

Первый закон движения Ньютона: примеры влияния силы на движение – класс CLEP [видео 2021]

Что такое первый закон движения Ньютона?

Первый закон движения Ньютона гласит, что объект в состоянии покоя остается в покое, а объект в движении остается в движении с той же скоростью, если только на него не действует то, что мы называем неуравновешенной силой.Давайте разберемся с этим законом, определив несколько ключевых терминов. Скорость – это скорость объекта в заданном направлении. Неуравновешенная сила – это внешняя сила, которая изменяет движение объекта. Когда объект находится в состоянии покоя или движется с постоянной скоростью, все силы, действующие на него, уравновешены .

Внешняя сила руки будет перемещать чашку, создавая неуравновешенные силы.

Например, моя чашка кофе стоит на кухонном столе, когда я провожу этот урок.Сила притяжения вниз уравновешивается силой моего кухонного стола, толкающего мою чашку кофе. Теперь, если я хочу переместить свой кофе, я должен применить внешнюю силу, чтобы нарушить баланс. Слава богу, мои мышцы достаточно сильны, чтобы применить такую ​​силу, так что я могу наслаждаться чашкой кофе. Ах, вот и хорошо, Джо! Первый закон движения Ньютона также называется законом инерции . Инерция – это просто сопротивление изменению движения. Короче говоря, объекты имеют тенденцию продолжать делать то, что они уже делают.

Применение первого закона движения Ньютона

Есть множество приложений к первому закону движения Ньютона. Представьте машину, движущуюся на запад по шоссе с постоянной скоростью 65 миль в час. Что происходит, когда водитель убирает ногу с педали газа? Согласно первому закону движения Ньютона, автомобиль должен сохранять скорость 65 миль в час, пока силы уравновешены. Однако, как мы видели, машина тормозит и останавливается. Это наблюдение вызывает вопрос: какие внешние силы действуют на автомобиль, чтобы остановить его движение?

Ответ – трение. Трение – это сила, действующая в противоположном направлении движения, когда два объекта соприкасаются друг с другом. Без внешних сил машина продолжала бы двигаться на запад со скоростью 65 миль в час. А теперь представьте, что игрок в гольф выбивает мяч с площадки-ти. Говорят, что пока мяч находится на ти, он находится в состоянии покоя. То есть у него нет движения. Как только раскачивающаяся клюшка входит в контакт с мячом, клюшка прикладывает внешнюю силу, нарушает состояние равновесия и отправляет мяч в полет.

Как закон Ньютона применим к жидкостям?

Теперь я люблю кофе, поэтому давайте посмотрим, как закон движения Ньютона применим к употреблению кофе и вождению автомобиля.Пока машина неподвижна или даже движется с постоянной скоростью, кофе остается в чашке. Но что произойдет с кофе, если вы увеличите скорость в прямом направлении? Кофе продолжает делать то, что делал раньше, и оказывается у вас на коленях; то есть при условии, что на чашке нет крышки. Давайте разберемся.

Когда нажимаешь на педаль газа, колеса крутятся. Однако дорога прикладывает силу к колесам и толкает машину вперед. Спинка сиденья оказывает давление на вашу спину и толкает вас вперед.Но как насчет кофе? Кофе сохраняет свою скорость 65 миль в час, и ваши колени фактически движутся вперед в кофе. Ой!

Как раз обратное происходит, когда мы врезаемся в тормоза машины. Тормоза замедляют или даже останавливают вращение колес. При торможении с постоянной скорости 65 миль в час кофе имеет тенденцию поддерживать скорость 65 миль в час, и теперь он попадет на приборную панель вашего автомобиля. Когда мы останавливаемся, кофе испытывает инерцию. Кофе сопротивляется изменению движения и продолжает двигаться вперед.

Точно так же мы ощущаем инерцию при торможении автомобиля. Вы можете почувствовать, что при торможении до остановки скользите вперед на сиденье. На самом деле вы просто делаете то, что уже делали, а сиденье перемещается назад относительно вашего тела. Вы продолжите скользить вперед на своем сиденье, если только ваш ремень безопасности не будет на месте, чтобы приложить внешнюю силу к вашему телу.

Как закон Ньютона применим к нашему телу?

Мы можем применить закон инерции Ньютона к функциям тела.Вы когда-нибудь испытывали чувство головокружения после остановки в спускающемся лифте? Лучше держись за перила! Наше тело и все его содержимое движутся вниз вместе с лифтом. Когда лифт внезапно останавливается, пол лифта прикладывает внешнюю силу к нашему телу, заставляя его также останавливаться.

Головокружение возникает, когда кровь в теле продолжает стекать после остановки лифта.

Однако кровь в нашем теле не испытывает той же силы таким же образом.Это вроде как кофе. Кровь имеет тенденцию двигаться вниз даже после остановки лифта. Кровь спускается от нашей головы, и эта временная потеря крови в мозгу вызывает у нас головокружение. Итак, снова – держитесь!

Применим ли закон Ньютона в космосе?

Отсутствие гравитации в космосе позволяет объектам оставаться в постоянном движении.

Первый закон движения Ньютона очевиден как в космосе, так и на Земле.Международная космическая станция вращается вокруг Земли на расстоянии около 200 миль со скоростью 17 500 миль в час. Теперь это быстро! Астронавты могут выйти из космической станции и остаться рядом с ней, поскольку они будут продолжать вращаться по орбите с той же скоростью. Кроме того, астронавты могут установить свои инструменты рядом с собой в космосе, и они будут продолжать движение по орбите с той же скоростью.

Не пробуйте дома! Не пытайтесь делать это в самолете. Не пробуйте его в машине, даже если она намного медленнее! Почему? Что ж, у нас есть внешние силы – например, гравитация – и они нарушают постоянное движение, заставляя ваше тело падать на землю.Сила тяжести в космосе незначительна, поэтому объекты продолжают свое постоянное движение. Судя по всему, кажется, что все они сидят на месте, потому что не двигаются относительно друг друга.

Итоги урока

Подведем итоги. Первый закон движения Ньютона гласит, что неподвижный объект остается в покое, а объект в движении остается в движении с постоянной скоростью, если на него не действует неуравновешенная сила. Скорость – это скорость объекта в заданном направлении. Сила – это любое влияние, которое заставляет объект изменять свою форму или состояние движения. Неуравновешенная сила – это внешняя сила, которая изменяет состояние движения объекта.

Первый закон движения Ньютона также называется законом инерции , где инерция – это сопротивление изменению движения. Первый закон движения Ньютона применим к объектам как на Земле, так и в космосе.

Результат обучения

После этого урока вы сможете:

  • Переформулировать первый закон движения Ньютона
  • Определите скорость, силу, инерцию, неуравновешенную силу и уравновешенную силу
  • Объясните, как трение соотносится с первым законом Ньютона
  • Приведите примеры первого закона Ньютона, относящегося к жидкостям, человеческому телу и космосу.

Какие примеры законов движения?

Игра в хоккей, вождение автомобиля и даже просто прогулка – все это повседневные примеры законов движения Ньютона.Составленные в 1687 году английским математиком Исааком Ньютоном, три основных закона описывают силы и движение объектов на Земле и во всей Вселенной.

Развитие классической физики

Философы изучали движение объектов с древних времен. После наблюдения за движением Солнца, звезд и планет греческий философ Аристотель, а затем Птолемей полагали, что Земля находится в центре Вселенной. В Европе XVI века польский математик Николас Коперник оспорил эту теорию, поместив Солнце в центр Солнечной системы, а планеты вращаются вокруг него.В следующем столетии немецкий физик Иоганн Кеплер описал эллиптические орбиты планет, а итальянский математик и астроном Галилео Галилей провел эксперименты по изучению движения снарядов. Исаак Ньютон синтезировал эту работу в математический анализ и ввел понятие силы и свои три закона движения.

Первый закон: инерция

Первый закон Ньютона, также называемый законом инерции, гласит, что объект остается в покое или продолжает равномерное движение, если только он не вынужден изменяться под действием внешней силы.Тенденция объекта оставаться в состоянии покоя или поддерживать постоянную скорость называется инерцией, а его сопротивление отклонению от инерции зависит от его массы. Чтобы преодолеть инерцию, чтобы встать с постели по утрам, требуется физическое усилие – сила. Велосипед или автомобиль будут продолжать движение, если гонщик или водитель не применит силу трения через тормоза, чтобы остановить его. Водитель или пассажир движущегося автомобиля, не пристегнутый ремнем безопасности, будут отброшены вперед, когда автомобиль внезапно остановится, потому что он остается в движении.Пристегнутый ремень безопасности обеспечивает сдерживающую силу при движении пассажира или водителя.

Второй закон: сила и ускорение

Второй закон Ньютона определяет взаимосвязь между изменением скорости движущегося объекта – его ускорением – и силой, действующей на него. Эта сила равна массе объекта, умноженной на его ускорение. Чтобы привести в движение небольшую яхту в море, требуется меньшая дополнительная сила, чем для движения супертанкера, потому что последний имеет большую массу, чем первый.

Третий закон: действие и противодействие

Третий закон Ньютона гласит, что не существует изолированных сил. Для каждой существующей силы против нее действует одна равной величины и противоположного направления: действие и противодействие. Например, мяч, брошенный на землю, оказывает направленное вниз усилие; в ответ земля оказывает на мяч восходящую силу, и он отскакивает. Человек не может ходить по земле без силы трения о землю. Когда он делает один шаг вперед, он оказывает на землю обратную силу.Земля в ответ оказывает силу трения в противоположном направлении, позволяя шагающему двигаться вперед, когда он делает следующий шаг другой ногой.

Примеры инерции

Инерция лучше всего объяснил сэр Исаак Ньютон в его первом законе движения. По сути, закон движения гласит, что неподвижный объект остается в покое, а объект в движении продолжает движение до тех пор, пока на него не действует внешняя сила. Рассмотрим несколько примеров инерции.

Закон инерции

Когда дело доходит до законов движения, инерция – одна из величайших. Инерция сопротивляется изменению движения. Объекты хотят оставаться в покое или движении, если только внешняя сила не вызовет изменения. Например, если вы катите мяч, он будет продолжать катиться, если трение или что-то еще не остановит его силой. Вы также можете подумать о том, как ваше тело продолжает двигаться вперед, когда вы нажимаете на тормоз на велосипеде. Инерция бывает разных типов, проверьте их.

Типы инерции

По инерции не бывает одного типа.Вместо этого вы найдете три различных типа инерции, включая:

  • Инерция покоя – объект остается там, где он находится, и он будет оставаться там, пока вы или что-то еще не переместит его. (т.е. частицы пыли остаются в покое, пока вы не встряхнете ковер.)
  • Инерция движения – Объект будет двигаться с той же скоростью, пока на него не подействует сила. (т.е. тело движется вперед, когда автомобиль останавливается.)
  • Инерция направления – Объект будет продолжать двигаться в том же направлении, если на него не действует сила.(т.е. движение тела в сторону при резком повороте автомобиля).

Читать об инерции – это здорово, но чтобы понять один из законов движения Ньютона, вам нужно рассмотреть примеры.

Примеры инерции покоя

Теперь, когда вы знаете, что такое инерция покоя, рассмотрим несколько примеров.

  • Если быстро потянуть, скатерть можно вынуть из-под посуды. Посуда имеет тенденцию оставаться неподвижной до тех пор, пока трение от движения скатерти не слишком велико.
  • Если в остановившуюся машину ударит движущийся автомобиль сзади, пассажиры внутри могут получить хлыстовые травмы в результате движения тела вперед и отставания головы. Голова испытывает инерцию.
  • Воздушный шар в машине будет казаться движущимся, когда машина движется вперед, но на самом деле воздушный шар пытается остаться на том месте, где он был, это только машина, которая движется.
  • Когда автомобиль резко ускоряется, водители и пассажиры могут чувствовать, как будто их тела движутся назад.На самом деле инерция заставляет тело оставаться на месте, пока машина движется вперед.
  • Если учетная карточка помещена сверху на стакан с пенни на ней, учетная карточка может быть быстро удалена, в то время как пенни падает прямо в стакан, поскольку пенни демонстрирует инерцию.
  • Снимая пластырь, лучше потянуть его быстро. Ваша кожа будет оставаться в покое из-за инерции, и сила сдергивает пластырь.

Примеры инерции движения

Объекты в движении остаются в движении или хотят, как в этих примерах.

  • Ремни безопасности затягиваются в автомобиле, когда он быстро останавливается.
  • Людям в космосе труднее остановиться из-за отсутствия силы тяжести, действующей против них.
  • Во время игры в футбол игрока захватили, и его голова коснулась земли. Удар останавливает его череп, но его мозг продолжает двигаться и поражает внутреннюю часть черепа. Его мозг показывает инерцию.
  • Если машину врезать прямо в кирпичную стену, она остановится из-за силы, приложенной к ней стеной.Однако водителю требуется сила, чтобы его тело не двигалось, например, ремень безопасности. В противном случае инерция заставит его тело продолжать двигаться с исходной скоростью, пока на его тело не воздействует какая-то сила.
  • Когда бейсбольный мяч брошен, он продолжает двигаться вперед, пока на него не действует сила тяжести. Чем больше сила броска, тем тяжелее воздействовать на него гравитации.
  • Хоккейная шайба будет продолжать скользить по льду, пока на нее не будет воздействовать внешняя сила.
  • Если при вращении педали на велосипеде вы перестали крутить педали, велосипед продолжит движение до тех пор, пока его не замедлит трение или сила тяжести.
  • Автомобиль продолжит движение, даже если вы выключите двигатель.
  • Если мяч находится на наклонной поверхности и вы отпускаете его, сила тяжести заставит его катиться по склону. У него есть инерция, и если внизу есть ровная площадка, он продолжит движение.
  • При входе в здание через вращающуюся дверь, инерция позволит двери ударить вас в спину, если вы не уйдете с дороги.
  • Если вы катите тележку с чем-то сверху, и вы ударяете по чему-то, что заставляет тележку остановиться, то, что находится сверху, может упасть.
  • Труднее остановить большое транспортное средство, например автобус, чем меньшее транспортное средство, например мотоцикл. У большего объекта больше инерции.
  • Сотрясение мозга происходит из-за того, что ваш мозг все еще движется, когда внешняя часть черепа остановлена. Это то, что вызывает травму.
  • Если вы находитесь в поезде, а поезд движется с постоянной скоростью, подброшенная в воздух игрушка поднимется вверх, а затем опустится. Это потому, что у игрушки есть инерция, как у поезда и у вас.
  • Если автомобиль движется вперед, он будет продолжать движение вперед, если только трение или тормоза не мешают его движению.

Инерция направления

Просмотрите, как объекты остаются в одном направлении, если не применяется другая сила. Изучите примеры инерции направления.

  • Судно на воздушной подушке может быть сложной задачей, потому что, в отличие от автомобилей, у них нет такого же уровня трения, поэтому инерция заставляет судно на воздушной подушке продолжать движение в том же направлении, не останавливаясь и не поворачиваясь.
  • Внезапная остановка тележки с предметом наверху приводит к его падению.Инерция вызывает это, заставляя объект продолжать движение в том направлении, в котором он был.
  • Если вы прыгаете с движущегося автомобиля или автобуса, ваше тело все еще движется в направлении транспортного средства. Когда ваши ноги касаются земли, земля воздействует на ваши ноги, и они перестают двигаться. Вы упадете, потому что верхняя часть вашего тела не остановилась, и вы упадете в том направлении, в котором двигались.
  • Когда вы помешиваете кофе или чай и останавливаетесь, вихревое движение продолжается из-за инерции.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *