2 й закон ньютона: Второй закон Ньютона (видео) | Академия Хана

Механика (Зубов В.Г.)

Механика (Зубов В.Г.)
  

Зубов В.Г. Механика. М.: Наука, 1978. – 352 с. (серия “Начала физики”)

Основные понятия кинематики. Основные понятия и законы динамики. Механические свойства тел. Использование их в решении практических задач. Импульс силы. количество движения тела. закон сохранения количества движения. Работа. Энергия. Закон сохранения энергии. Вращение тел. Вопросы. Упражнения. Задачи.



Оглавление

ПРЕДИСЛОВИЕ
ВВЕДЕНИЕ
I. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КИНЕМАТИКИ
§ 1. Основные опыты и наблюдения. Что такое механическое движение?
§ 2. Относительность движений. Система отсчета
§ 3. Как определить положение тел друг относительно друга? Радиус-вектор
§ 4.
Главное свойство радиус-вектора. Что такое вектор?
§ 5°. Другой способ определения положения тел. Координаты
§ 6°. Как связан радиус-вектор с декартовыми координатами?
§ 7. Как определить конечный результат движения? Вектор перемещения
§ 8. Как связан вектор перемещения с приращением радиус-вектора?
§ 9°. Определение вектора перемещения по координатам
§ 10. Через какие точки проходило тело во время движения? Траектория
§ 11. Как связана траектория движения с векторами перемещения?
§ 12. Как определить положение тела на траектории? Длина пути
§ 13. Закон движения тела по заданной траектории
§ 14. Первые итоги. Примеры
§ 15. Как определить состояние движения в данной точке? Скорость
§ 16. Определение направления и модуля скорости
§ 17°. Определение скорости по изменению координат тела
§ 18. Две основные задачи кинематики
§ 19. Формула закона равномерного движения
§ 20. Порядок действий при решении задач кинематики
§ 21. Некоторые особенности практических транспортных задач
§ 22. Как количественно определить изменения скорости? Ускорение
§ 23. Изменение модуля скорости. Тангенциальное ускорение
§ 24. Изменение направления скорости. Нормальное ускорение
§ 25. Формула скорости равнопеременного движения
§ 26. Формула закона равнопеременного движения
§ 27. Различные случаи равнопеременных движений
§ 28. Свободное падение тел. Закон Галилея
§ 29. Два примера свободного падения тел
§ 30. Принцип независимого сложения движений
§ 31°. Расчет криволинейного движения по координатам
§ 32. Правила перехода от одной системы отсчета к другой. Преобразования Галилея
§ 33. Поступательное и вращательное движения твердого тела
§ 34. Некоторые вопросы измерений. Системы единиц
§ 35°. Кинематика движения тел с большими скоростями
§ 36. Краткие сведения из истории
II. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ДИНАМИКИ
§ 37. Выбор системы отсчета. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета
§ 38. Особенности действия окружающих тел
§ 39. Влияние собственных свойств тела на его ускорение
§ 40°. Влияние скорости движения тела на его ускорение
§ 41. Двусторонний характер действия тел
§ 42°. Взаимодействия тел и невозможность создания вечного двигателя
§ 43. Итоги основных опытов и наблюдений
§ 44. Как количественно определить действия тел друг на друга? Сила
§ 45. Измерение сил
§ 46. Сила — вектор. Принцип независимого действия сил
§ 47. Разложение сил на составляющие
§ 48. Связь между силой и ускорением
§ 49. Инертные свойства тел. Масса
§ 50. Зависимость ускорения от массы тела
§ 51. Второй закон Ньютона
§ 52. Третий закон Ньютона
§ 53. Полная система законов динамики
§ 54. Две основные задачи динамики
§ 55. Порядок действий при решении задач на применение законов Ньютона
§ 56. Пример решения сложной задачи
§ 57. Краткие сведения из истории
III. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕЛ. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИХ В РЕШЕНИИ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
§ 58. Как ведут себя тела в свободном состоянии? Способность тел сохранять свою форму и объем
§ 59. Определение результата движения частей тела. Деформации
§ 60. Силы, возникающие при деформациях. Упругие и пластические деформации
§ 61. Упругие напряжения
§ 62. Упругие свойства твердых тел. Закон Гука
§ 63. Упругие пружины. Динамометры
§ 64. Упругие свойства жидкостей
§ 65. Упругие свойства газов. Закон Бойля — Мариотта
§ 66. Трение в жидкостях и газах
§ 67. Прыжок с парашютом
§ 68. Сухое трение
§ 69. Всемирное тяготение
§ 70. Пример применения закона всемирного тяготения. Первая космическая скорость
§ 71. Вес и невесомость
§ 72. Общий обзор механических свойств тел
§ 73. Принцип относительности механических явлений
§ 74°. Основные положения теории относительности
IV. ИМПУЛЬС СИЛЫ. КОЛИЧЕСТВО ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ДВИЖЕНИЯ
§ 75. Почему нужно искать новые формы законов Ньютона?
§ 76. Преобразование второго закона Ньютона
§ 77. Упругий удар шара о стенку
§ 78. Расчет силы давления струи воды на препятствие
§ 79. Гидромонитор
§ 80. Турбина
§ 81. Системы тел
§ 82. Новая форма третьего закона Ньютона. Закон сохранения количества движения
§ 83. Порядок действий при решении задач на применение закона сохранения количества движения
§ 84. Реактивная сила тяги
§ 85. Ракетные и реактивные двигатели
§ 86°. Применение второго закона Ньютону к движению тел переменной массы
§ 87°. Уравнение движения тел с большими скоростями
V. РАБОТА. ЭНЕРГИЯ. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ
§ 88. Еще один путь преобразования законов Ньютона
§ 89. Работа постоянной силы
§ 90. Работа переменной силы
§ 91. Кинетическая энергия тела
§ 92. Еще одна форма второго закона Ньютона
§ 93. Примеры применения разных форм второго закона Ньютона
§ 94. Работа силы тяжести
§ 95. Графический способ расчета работы. Работа упругой силы
§ 96°. Работа сил всемирного тяготения
§ 97. Работа силы трения
§ 98. Потенциальная энергия системы тел
§ 99°. Потенциальная энергия сил всемирного тяготения.
Космические скорости
§ 100. Связь между работой внутренних сил и потенциальной энергией
§ 101. Полная энергия системы тел. Закон сохранения энергии
§ 102. Значение закона сохранения энергии
§ 103. Примеры применения закона сохранения энергии
§ 104. Мощность двигателей
§ 105. Краткие сведения из истории
VI. ВРАЩЕНИЕ ТЕЛ
§ 106. Угловое перемещение тела
§ 107. Угловая скорость тела
§ 108. Угловое ускорение тела
§ 109. Динамика вращения тел. Основные опыты и наблюдения
§ 110. Момент силы
§ 111°. Момент инерции тела
§ 112°. Уравнение моментов
§ 113°. Независимое сложение моментов сил
§ 114°. Примеры применения уравнения моментов
§ 115°. Кинетическая энергия вращающегося тела
§ 116. Сводка основных понятий и законов динамики вращения
§ 117. Общие условия равновесия тел
§ 118. Пример расчета простых механизмов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Движение и силы: второй закон движения Ньютона

Первая часть упражнения, описанного ниже, также может быть использована для иллюстрации инерции. Во второй части задания к игрушечной машине добавляется масса, чтобы проиллюстрировать второй закон Ньютона. Дайте ученику с нарушением зрения возможность почувствовать вес автомобиля до и после добавления глины.

Конечно, трение — еще одна сила, влияющая на движение, но ее не принимают во внимание как фактор активности.

Словарь

Ньютон – единица силы в системе СИ 

Эффекты несбалансированных сил

Неуравновешенные силы вызывают ускорение. Когда на объект действует неуравновешенная сила, движение объекта изменяется. Если объект покоится, сила заставляет его двигаться. Если объект находится в движении, сила меняет свою скорость. Любое изменение скорости есть ускорение.

Сила, масса и ускорение

Величина ускорения объекта зависит от трех факторов. Это величина силы, направление действия силы и масса объекта. Если на один и тот же объект действуют две силы, то большая сила вызовет большее ускорение, чем меньшая сила.

Второй закон Ньютона

Второй закон Ньютона описывает взаимосвязь между силой, массой и ускорением. Второй закон Ньютона гласит, что неуравновешенная сила, действующая на объект, равна произведению массы объекта на его ускорение. Второй закон Ньютона можно описать этим уравнением

F=mxa

В этом уравнении F — сила, m — масса, a — ускорение. Когда масса измеряется в килограммах, а ускорение измеряется в метрах в секунду за секунду, сила измеряется в ньютонах (Н). Ньютон – это единица силы в системе СИ. Неуравновешенная сила в 1 Н разгонит тело массой 1 кг со скоростью 1 м/с2. Один ньютон силы равен одному килограмм-метру в секунду в секунду (1 кг-м/с2).

Использование второго закона Ньютона

Если нет трения, какую силу нужно приложить к объекту массой 10 кг, чтобы заставить его двигаться со скоростью 45 м/с2? Сначала это может показаться сложной задачей. Однако, если вы используете уравнение для второго закона Ньютона, это становится легко.

F=mxa

F = 10 кг x 45 м/с2

F = 450 кг м/с2

Вам придется приложить силу 450 кг м/с2 или 450 Н.

Сэр Исаак Ньютон (1642-1727)

Исаак Ньютон родился в Англии 25 декабря 1642 года. Он был физиком, астрономом и математиком. В возрасте 45 лет Ньютон опубликовал свои теории движения и гравитации. Великая книга Ньютона обычно называется Principia. Она считается одной из самых важных работ в истории науки.

В «Началах» Ньютон объяснил свои три закона движения и свою теорию тяготения. Ньютон также изобрел раздел математики под названием исчисление, чтобы помочь предсказать движение, используя его три закона. Ньютон также сделал много важных открытий о свете и цвете.

Ньютон был профессором математики в Кембриджском университете и членом Королевского общества. Он был посвящен в рыцари королевой Анной в 1705 году. Ньютон однажды сказал о себе: «Если я видел дальше других, то это потому, что я стоял на плечах гигантов».

Материалы

  • Доска А (длиной около 2 м)
  • Игрушечная машинка
  • Глина для лепки
  • Рулетка или измерительная линейка
  • Место для записи ваших данных
Модель автомобиля

Процедура

  1. Положите на пол доску длиной около 2 метров.
  2. Поместите игрушечную машинку на один конец доски.
  3. Медленно поднимите конец доски с автомобилем на нем, пока автомобиль не начнет двигаться.
  4. Держите конец доски на этом уровне и попросите партнера измерить высоту, на которую был поднят конец доски.
  5. Запишите свои данные.
  6. Прижмите кусок пластилина к верхней части автомобиля, чтобы увеличить его массу и
  7. повторить шаги 2-5.
  8. Предскажите, как добавление второго куска глины к машине повлияет на высоту, на которую вам придется поднять доску, прежде чем машина начнет двигаться, и запишите свой прогноз.
  9. Проверьте свой прогноз и запишите свои данные.

Вопросы и выводы

  1. Что произойдет с покоящимся объектом, если на него действует неуравновешенная сила? 2. Что произойдет с движущимся объектом при действии на него неуравновешенной силы? 3. Как называется изменение скорости?
  2. Чему равен 1 Н силы?
  3. Что вызовет большее ускорение, малую силу или большую силу?
  4. Что описывает второй закон Ньютона?
  5. Что такое Ньютон?
  6. Какая сила необходима, чтобы придать массе 5 кг ускорение 20 м/с2?

Вариации

Адаптированная измерительная линейка

Стандарты NGSS


PS2. A
Силы и движение: 2-й закон Ньютона (F=ma) и закон сохранения импульса можно использовать для предсказания изменений в движении макроскопических объектов (9 класс-12)


Статья и задание адаптированы из Concepts and Challenges: Physical Science , Fourth Edition. Парсиппани, Нью-Джерси: Globe Fearon Inc., Pearson Learning Group, 2009, страницы с 280 по 281.

Обеспечение доступности науки: руководство по вводному курсу физики для слепых или слабовидящих студентов Мишель Энгельбрехт и Кейт Фрейзер. Уотертаун, Массачусетс: Школа Перкинса для слепых. (2010). Загрузите БЕСПЛАТНЫЙ PDF-файл для этого задания.

Вернуться на главную страницу Accessed Science .

ПОДЕЛИТЕСЬ ЭТОЙ СТАТЬЕЙ

Второй закон движения Ньютона – Блог Educator.com

В этой статье мы собираемся сформулировать и понять второй закон движения Ньютона. Но прежде чем мы это сделаем, мы рассмотрим некоторые важные концепции, которые помогут нам эффективно понять второй закон Ньютона.

Диаграмма свободного тела

Давайте сначала разберемся, что такое диаграмма свободного тела (FBD).

Диаграммы свободного тела — это диаграммы, которые показывают все силы, действующие на конкретное тело.

 

На диаграмме объект условно обозначен точкой (или прямоугольником, или любым другим символом), а затем стрелками показаны все силы, действующие на это тело.

Таким образом, диаграмма ПОКАЗЫВАЕТ ТОЛЬКО объект и действующие на него силы и ничего больше.

 

В каждый момент времени в FBD анализируется только один объект или тело.

 

Рисование диаграммы свободного тела является важным шагом в решении задач механики, поскольку помогает нам визуализировать все силы, действующие на один объект.

 

Давайте теперь рассмотрим несколько примеров FBD.

 

  • Допустим, ящик свободно падает с высоты под действием силы тяжести.

 

  1. Итак, сначала мы рисуем тело (коробку).
  2. Затем мы указываем силу тяжести стрелкой.

Итак, у нас есть наша первая Диаграмма Свободного Тела!!

Это так просто!

 

 

  • Возьмем еще один пример люстры, свисающей с потолка. Можем ли мы нарисовать FBD этого?
  1. Представим люстру точкой в ​​нашем FBD.
  2. Далее мы нарисуем стрелку вниз, показывающую гравитационную силу, действующую на люстру.
  3. Теперь люстра прикреплена к потолку с помощью веревки или цепи. Давайте просто ради этого примера предположим, что это натянутая веревка. Таким образом, эта веревка тянет люстру вверх и не дает ей упасть.
  4. Эта сила (обычно когда веревка или веревка тянут что-то) известна как сила натяжения. Итак, мы рисуем стрелку, показывающую силу за счет натяжения, направленную вверх.

Мы видим, что люстра не падает, а это значит, что сила тяжести должна быть уравновешена силой от натяжения каната!

Итак, мы нарисовали наш второй FBD!

 

  • Давайте посмотрим на другой пример коробки на столе.
  1. Как и в предыдущих примерах, мы можем обозначить прямоугольник как точку или прямоугольный прямоугольник.
  2. Затем рисуем стрелку, обозначающую гравитационную силу, действующую на коробку вниз.
  3. Теперь, поскольку ящик неподвижен, мы знаем, что должна быть сила, действующая вверх, которая уравновешивает гравитационную силу, действующую на ящик. Эта сила создается поверхностью стола в направлении вверх и называется нормальной силой. («нормальный» означает перпендикуляр к поверхности)
  4. Итак, мы рисуем стрелку, обозначающую нормальную силу.

 

 

ПРИМЕЧАНИЕ: Нормальная сила всегда действует на объект в направлении, перпендикулярном поверхности, на которой находится объект.

Теперь давайте рассмотрим пример, когда силы могут быть не выровнены по одной линии.

 

  • Объект, скользящий по пандусу под углом.
  1. Снова, как и в предыдущем примере, мы обозначаем объект как прямоугольную рамку.
  2. Мы показываем гравитационную силу стрелкой вниз.
  3. Теперь поверхность пандуса находится под углом, поэтому нормальная сила, действующая на коробку, может быть показана стрелкой, указывающей перпендикулярно наружу от поверхности.
  4. Поскольку коробка скользит вниз, по поверхности будет действовать сила трения, противоположная направлению ее движения.

На диаграмме шага 4 показан окончательный FBD

Но здесь мы видим небольшую проблему!

Силы не выровнены и направлены в разные стороны!

Чтобы выяснить, какова результирующая сила, действующая на объект, и находится ли объект в равновесии, мы рисуем псевдо-FBD.

Псевдо FBD

В псевдодиаграммах свободного тела мы разбиваем силы на составляющие по осям X и Y. Затем мы можем работать с компонентами по осям X и Y по отдельности и узнать результирующую силу, действующую на объект.

Итак, давайте еще раз посмотрим на предыдущий пример объекта на рампе.

Мы можем выбрать ось X-Y, как обычно.

 

В этом случае сила тяжести будет действовать только по оси Y, и нам придется разбить нормальную силу и силу трения на их компоненты X и Y.

Но вместо этого, если мы выберем немного другой набор осей, где ось X проходит вдоль поверхности рампы, а ось Y перпендикулярна ей, тогда нам нужно только разбить гравитационную силу на ее составляющие!

Мы будем называть нормальную силу как F N

Гравитационная сила как F G

и фрикционная сила как F F

, так что мы увидим рампу, опорная репутация. ? с горизонтальной землей. Таким образом, используя этот угол, мы разбиваем гравитационную силу на две составляющие






Тогда псевдоFBD будет содержать только эти составляющие силы вдоль осей и не Fg в направлении вниз.

Псевдо FBD

Таким образом, по оси X мы имеем:

, а по оси Y имеем:

И чистая сила представляет собой векторную сумму Fx и Fy.

Ньютон 2 nd Закон движения

Ускорение объекта направлено по направлению и прямо пропорционально приложенной результирующей силе, и обратно пропорционально массе объекта.

Это, пожалуй, один из самых важных законов классической механики.

Предположим, у нас есть объект массой m, к которому приложена результирующая сила F всего в каком-то направлении, как показано на диаграмме. Тогда ускорение будет в том же направлении. Она также будет прямо пропорциональна силе F общей и обратно пропорциональна его массе.

Итак,

Теперь

и

Итак, у нас есть уравнение

Или в самой известной форме:

Поскольку это векторное уравнение, направление приложенной чистой силы дает нам направление ускорения.

 

Сравнение первого и второго законов движения Ньютона

Применение второго закона Ньютона

Если блок массой 5 ​​кг скользит по пандусу со скоростью 1 м/с 2 вдоль поверхности, то какая результирующая сила приложена к блоку?

 

ANS) Теперь из диаграммы видно, что ось X проходит вдоль поверхности, а ось Y перпендикулярна поверхности пандуса.

Поскольку ускорение по оси Y отсутствует, результирующая сила по оси Y должна быть равна нулю.

Теперь ускорение по оси X равно 1 м/с 2

Чистая сила равна F g sin? – F f

Назовем это Fnet

Мы будем использовать уравнение

с m = 5 кг и a = 1 м/с 2

У нас есть

Таким образом, результирующая сила равна 5 Н

, что также означает

2) Теперь допустим, что есть коробка поверхность без трения. Сила 12 северных широт на север, 8 северных широт на восток и 3 северных широты на запад. Если ящик весит 6,5 кг, каково будет его ускорение?

ОТВЕТ) Первый шаг — нарисовать FBD.

 

Из диаграммы видно, что сила по оси X равна:

8N-3N = 5N

 

и по оси Y: 12N

 

Взяв их векторную сумму, мы получим

 

Теперь у нас есть чистая сила.

Мы знаем, что масса составляет 6,5 кг

SO, поместив эти значения в уравнение







MASS и вес

9000 2

9000 2

. количество вещества в объекте. Камень будет иметь одинаковую массу на земле или где-либо в космосе.

 

Вес. Вес — это величина гравитационной силы, действующей на тело из-за его массы. Таким образом, на поверхности земли, где g=9,8 м/с 2 , вес объекта с массой m (мг) будет больше, чем его вес на Луне, где g значительно меньше.

В космосе, где может практически отсутствовать гравитационное поле, вес тела будет равен 0, так как g=0м/с 2 .

 

Равновесие

Равновесие — это обычно состояние, когда объект стабилен.

 

Поступательное равновесие — это когда результирующая сила, действующая на объект, равна нулю.

Мы уже встречались с этим понятием, когда имели дело с Первым законом Ньютона.

 

Уравновешивающая – уравновешивающая – это единственная сила, приложенная к объекту, чтобы сделать результирующую силу на этом объекте равной нулю.

 

Итак, если у нас есть сила mg, тянущая объект массой m вниз, мы можем применить уравновешивающую силу величины mg в направлении вверх, чтобы уменьшить результирующую силу до нуля!

 

Давайте посмотрим на другой пример.

Если к объекту прилагается сила 4 Н, а сила 3 ​​Н – запад. Какова будет уравновешивающая сила, действующая на объект, чтобы результирующая сила была равна нулю?

 

Используя сложение векторов, мы вычисляем результирующую силу 4 Н на север и 3 Н на запад


 
 
Таким образом, результирующая сила равна 5 Н в северо-западном направлении.

Оставить комментарий