3 закон ньютона кратко: формула и определение / Блог / Справочник :: Бингоскул

Содержание

Физические основы механики

Г. Галилей (1564–1642) справедливо считается основателем физики как науки. Ему мы обязаны развитием современного метода исследований, кратко выражающегося в цепочке: эксперимент => модель (выделение в явлении главных особенностей, то есть применение абстракции) => математическое описание => следствия модели => новый эксперимент для их проверки.

Среди прочих научных достижений, в механике им были введены два основополагающих принципа: принцип инерции и принцип относительности. Принцип инерции Галилея был повторен И. Ньютоном (1643–1727) в качестве первого закона механики.

Первый закон Ньютона гласит:

Существуют такие системы отсчета, в которых всякая материальная точка находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока это состояние не будет изменено воздействием со стороны других тел. Такие системы отсчета принято называть инерциальными.

Ответ на вопрос: «Существуют ли инерциальные системы отсчета или нет?», как всегда, дает эксперимент. По результатам современных измерений гелиоцентрическая система отсчета, в которой неподвижен центр Солнца, и оси которой направлены на неподвижные звезды, является инерциальной. Это означает следующую простую вещь: существующие акселерометры (измерители ускорения) не обнаруживают отклонений от первого закона Ньютона в гелиоцентрической системе отсчета. Покой или равномерное прямолинейное движение — это состояние с равным нулю ускорением, следовательно, если тело, не подверженное воздействиям извне, приобретает ускорение, то это означает, что движение этого тела рассматривается в неинерциальной системе отсчета. Солнечная система совершает финитное движение в пределах нашей галактики (Млечный путь), любое финитное движение есть движение с ускорением, но солнечная система далека от центра галактики — мы периферийные жители — кривизна её траектории ничтожна, наши приборы не обнаруживают ускорений и мы утверждаем, что гелиоцентрическая система отсчета инерциальна.

Инерциальная система отсчета — ещё одна идеализация: в точном смысле инерциальных систем отсчета не существует. Естественно предположить, что это обстоятельство было в ряду тех, что подвигли Эйнштейна на создание общей теории относительности, в которой утверждается физическое равноправие всех вообще, а не только инерциальных, систем отсчета, а поля сил инерции эквивалентны гравитационным полям (так называемый «принцип эквивалентности» подробнее речь об этом пойдет позже).

В дальнейшем будет видно, что любая система отсчета, движущаяся поступательно с постоянной по величине и направлению скоростью относительно некоторой инерциальной системы отсчета, также инерциальна. Другими словами, существование одной инерциальной системы отсчета означает существование бесконечно большого числа таких систем.

Свойство тела сохранять состояние покоя или прямолинейного равномерного движения называется

инерцией. Сам этот принцип — принцип инерции Галилея (или первый закон Ньютона) — далеко не столь очевиден.

До Галилея думали, что для движения нужна какая-то причина, движущая сила. Даже великий Леонардо да Винчи писал: «Всякое движение стремится к своему сохранению, или же каждое движущееся тело движется постоянно, пока в нем сохраняется действие его двигателя». Удивительно, но туповатый полковник фон Циллергут из книги Я. Гашека «Похождения бравого солдата Швейка», мыслил похоже: нет бензина, не работает двигатель, автомобиль останавливается. После Галилея стала возможной чеканная латинская формулировка Р. Декарта (1596–1650): «Quod in vacuo movetur, semper moveri» (что движется в пустоте, будет двигаться всегда).

Дело в том, что в природе действительно никогда не наблюдаются тела, вечно сохраняющие состояние покоя или прямолинейного равномерного движения. Нужно было проявить ту самую способность строить модели, отбрасывать несущественное, абстрагироваться, чтобы открыть принцип инерции. Изучая основные законы механики, мы идеализируем систему: пренебрегаем силами трения, считаем, что поблизости нет других тел и т.

д. И тогда принцип инерции проявляет себя во всей своей красе и силе:

Для равномерного прямолинейного движения не нужно двигателя, движущая сила нужна для изменения такого вида движения тела.

Видео 3.1. Стальной шарик в поле магнита. Эксперимент, показывающий, что для искривления траектории необходима соответствующая внешняя сила.

Дополнительная информация

http://www.plib.ru/library/book/14978.html – Д.В. Сивухин Общий курс физики, том 1, Механика Изд. Наука 1979 г. – стр. 91–97 (§16): обсуждается принцип относительности Галилея, приводится дословное рассуждение самого Галилея!

http://www.gaudeamus.omskcity.com/PDF_library_natural-science_2.html – Киттель Ч., Наит У., Рудерман М. Курс общей физики. Том 1. Механика. Изд. Наука, 1975 г. – стр. 79–88 – описание ультрацентрифуги и оценка ускорений реальных систем отсчета, применяемых в механике.

Законы механики Ньютона

Законы механики Ньютона

1) Первый закон Ньютона: Существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, относительно которых свободные тела движется равномерно и прямолинейно.

Первый закон механики, или закон инерции, как его часто называют, бал, по существу, установлен еще Галилеем, но общую формулировку ему дал Ньютон.

Свободным телом – называют тело, на которое не действуют какие – либо другие тела или поля. При решении некоторых задач тело можно считать свободным, если внешние воздействия уравновешены.

Системы отсчета, в которых свободная материальная точка покоится или движется прямолинейно и равномерно, называются инерциальными системами отсчета. Прямолинейное и равномерное движение свободной материальной точки в инерциальной системе отсчета называется движением по инерции. При таком движении вектор скорости материальной точки остается постоянным (= const ). Покой точки является частным   случаем движения по  инерции (

=0).

В инерциальных системах отсчета покой или равномерное движение представляет собой естественное состояние, а динамика должна объяснить изменение этого состояния (т. е. появление уско­рения тела под действием сил). Свободных тел, не подверженных воздействию со стороны других тел не существует. Однако, благо­даря убыванию всех: известных взаимодействий с увеличением рас­стояния, такое тело можно реализовать с любой требуемой, точ­ностью.

Системы отсчета, в которых свободное тело не сохраняет ско­рость движения неизменной, называются неинерциальными.

Неинерциальной является система отсчета, движущаяся с ускорением отно­сительно любой инерциальной системы отсчета. В неинерциальной системе отсчета даже свободное тело может двигаться с ускорением.

Равномерное и прямолинейное движение системы отсчета не влияет на ход механических явлений, протекающих в ней. Никакие механические опыты не позволяют отличить покой инерциальной системы отсчета от ее равномерного прямолинейного движения. Для любых механических явлений все инициальные системы отсче­та оказываются равноправными. Эти утверждения выражают меха­нический принцип относительности (принцип относительности Галилея).

Принцип относительности является одним из наиболее об­щих законов природы, в специальной теории относительности он распространяется на электромагнитные и оптические явления.

2) Масса, плотность, сила.

Свойство тела сохранять свою скорость при отсутствии взаимодействия с другими телами называется инертностью. Физическая величина, являющаяся мерой инертности тела в поступательном движении, называется инертной массой. Масса тела измеряется в килограммах: . Масса характеризует также  способность тела взаимодействовать с другими телами в соответствии с законом всемирного тяготения. В этих случаях масса выступает как мера гравитации и ее называют гравитационной массой

.

В современной физике с высокой степенью точности доказана тождественность значений инертной и гравитационной масс данно­го тела. Поэтому говорят просто о массе тела (m ).

 

В механике Ньютона считается, что

а) масса тела равна сумме масс всех частиц (или материальных точек), из которых оно состоит;

б)  для данной совокупности тел выполняется закон сохранения массы: при любых процессах, происходящих в системе тел, ее масса остается неизменной.

Плотность однородного тела равна . Единица плотности 1 кг/м3.

Силой

называется векторная физическая величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей. Сила полностью определена, если заданы ее модуль, направление и точка приложения. Прямая,  вдоль которой направ­лена сила, называется линией действия силы.

В результате действия силы тело изменяет скорость движения (приобретает ускорение) или деформируется. На основании этих опытных фактов производится измерение сил.

Сила является причиной возникновения не скорости, а ускорения тела. С направлением силы совпадает во всех случаях направление ускорения, но не скорости.

В задачах механики учитываются гравитационные силы (силы тяготения) и две разновидности электромагнитных сил – силы упру­гости и силы трения.

3) Второй закон Ньютона

Второй закон Ньютона описывает движение частицы, вызванное влиянием окружающих тел, и устанавливает связь между ускорением частицы, ее массой и силой, с которой на нее действуют эти тела:

Если на частицу с массой т окружающие тела действуют с силой , то эта частица приобретает такое ускорение , что произведение ее массы на ускорение будет равно действующей силе.

Математически второй закон Ньютона записывается в виде:

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

Если сила , с которой тела действуют на данную частицу, из­вестна, то записанное для этой частицы уравнение второго закона Ньютона называют ее уравнением движения.

Второй закон Ньютона часто называют основным законом дина­мики, так как именно в нем находит наиболее полное математическое выражение принцип причинности и именно он, наконец, позволяет решить основную задачу механики. Для этого нужно выяснить, какие из окружающих частицу тел оказывают на нее существенное действие, и, выразив каждое из этих действий в виде соответствующей силы, следует составить уравнение движения данной частицы. Из уравнения движения (при известной массе) находится ускорение частицы. Зная

же ускорение можно определить ее скорость, а после скорости — и положение данной частицы в любой момент времени.

Практика показывает, что решение основной задачи механики с помощью второго закона Ньютона всегда приводит к правильным результатам. Это и является экспериментальным подтверждением справедливости вто­рого закона Ньютона.

4) Третий закон Ньютона.

Третий закон Ньютона: Силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулям и направлены по одной прямой в противоположные стороны.

Это означает, что если на тело А со стороны тела В действует сила ,  то одновременно на тело В со стороны тела А будет действовать сила , причем    = –.

 

Используя второй закон Ньютона, можно  записать:

,

Отсюда следует, что

т. е. отношение модулей ускорений  и   взаимодействующих друг с другом тел определяется обратным отношением их масс и совершенно не зависит от характера действующих между ними сил. Более массивное тело получает меньшее ускорение, а легкое – большее.

Важно понимать, что силы, о которых идет речь в третьем законе Ньютона, приложены к разным телам и поэтому они не могут уравновешивать друг друга.

5) Следствия из законов Ньютона

Законы Ньютона представляют собой систему взаимосвязанных законов, которые позволяют глубже понять сущность понятий силы и массы.  Следствия из законов:

1. Сила является мерой воздействия, оказываемого на данную частицу со стороны других тел, и с увеличением расстояния до них убывает, стремясь к нулю.

То, что сила является мерой воздействия со стороны окружающих частику тел, следует из того, что она зависит от состояния этих тел  и при этом определяет ускорение данной частицы: . Убывания действующей силы до нуля при неогра­ниченном удалении от частицы окружающих ее тел  является следствием первого и второго законов Ньютона. Так как, со­гласно первому закону Ньютона, бесконечно удаленная от всех тел

частица имеет нулевое ускорение . Согласно второму закону Нью­тона Поэтому при  и сила .

2. Сила, с которой сразу несколько тел действует на данную частицу, равна сумме сил, с которыми эти тела действуют на нее по отдельности:

Это утверждение  называется принципом  независимости  взаимодействий. С учетом этого принципа второй закон Ньютона записы­вается в виде:

Сумму сил, стоящую в правой части этого закона, называют равнодействующей силой.

Принцип независимости взаимодействий иначе называют принципом суперпозиции сил.

3. Сумма всех внутренних сил, действующих в любой сис­теме, всегда равна нулю.

Под внутренними понимают те силы, которые действуют между телами самой рассматриваемой системы.

Внутренние силы не способны привести в движение систему тел как целое. Действительно, для этого нужно было бы сообщить ускорение, а ускорение, как это следует из второго закона Ньютона, могут сообщить системе лишь те силы, сумма ко­торых отлична от нуля.

4. Отношение модулей ускорений, полученных двумя те­лами в результате взаимодействия друг с другом, равно обратному отношению их масс:

Классическая механика Ньютона

Определение 1

Классическая механика Ньютона – это особое направление в науке, которое в последующем дало возможность ученым решать задачу о любой стадии движения, в отличие от предшествующих механических концепций.

Рисунок 1. Классическая механика Ньютона. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Великий английский физик Исаак Ньютон (1643–1727) разработал собственный вариант интегрального и дифференциального исчисления, применяемые непосредственно для решения главных проблем механики: вычисление мгновенной скорости как начальной от пути по времени движения, и – общего ускорения предметов как производной от скорости. Благодаря этому ученый смог сформулировать основные законы всемирного тяготения и динамики.

Замечание 1

Теперь количественный метод при описании движения выступает в качестве центрального принципа, однако в середине XVII века это было крупнейшим открытием научной мысли.

Следовательно, можно сделать вывод, что учения Ньютона являются законченной механической системой, базирующейся на понятия количества материи и движения, включающие в себя три закона движения:

  • закон инерции;
  • закон пропорциональности ускорения и силы;
  • закон равенства действия и противодействия.

Основные определения классической механики детально изложены в знаменитом труде Ньютона под названием “Математические начала натуральной философии”, который был выпущен в 1687 году. В своих экспериментах физик решил отказаться от применения всеобъемлющей картины нашей Вселенной и представил научному миру уникальный метод физического эксперимента, опирающийся исключительно на опыт, который ограничивается фактами и не претендует на познание истинных причин. Основной задачей механики Ньютона считается нахождение точного движения по силам, или, наоборот, определение действующих сил по движениям без первоначального анализа природы взаимосвязи.

Готовые работы на аналогичную тему

Основные закономерности в динамике

В 1667 Ньютон сформулировал и представил 3 главных закона динамики:

  1. Любая материальная точка может сохранять состояние покоя или равномерного движения до тех пор, пока влияние других тел не заставит её кардинально изменить это состояние. Стремление веществ оставаться в спокойном состоянии называется инертностью или инерцией. Поэтому первый закон Ньютона – Закон инертности.
  2. Ускорение, которое приобретается телом, будет прямо пропорционально вызывающей его силе и отличаться от его массы тела: $а = \frac{F}{m}$, где $а$ – характеризующее быстроту ускорение, $F$ – сила в виде векторной величины, которая воздействует на элементы.
  3. Каждое взаимодействие сил друг на друга имеет общий характер и связаны друг с другом с материальной точки зрения, поэтому данные элементы всегда равно по модулю, противоположно направлены и действуют только вдоль прямой, соединяющей точки: $F_{12} = F_{21}$, где $F$ – действующие на конкретные точки силы.

Рассмотренные 3 закона движения по Ньютону помогают установить начальное положение и скорость движения физических тел, используя для этого определенную координату в любой заданный момент времени.

Рисунок 2. Инвариантность второго закона Ньютона. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Замечание 2

Открытие указанных концепций и гипотезы всемирного тяготения имеет огромное мировоззренческое значение и практическое воздействие.

Мировоззренческое значение выступает инструментом уникальности этих законов. Посредством данных закономерностей возможно дать объяснение множеству явлений: движение всех тел во Вселенной, их взаимодействие, скорость и так далее. На основе законов Ньютона появилась космология.

Практическое значение: без знаний законов технологии не возникло бы промышленной революции, которая имела место быть в 18 – 19 веках. В классической механике всегда существовала абсолютизация. Подход классической механики можно использовать и в настоящее время, но только в тех случаях, если скорости движения физических тел значительно меньше скорости света.

Закон Всемирного тяготения

Рисунок 3. Третий закон Ньютона. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Ньютоновская физика стала вершиной развития идей и взглядов в понимании сути природы, а работы великого ученого заложили прочную базу для классической науки Нового времени. Закон всемирного И. Ньютон открыл в начале 1682 года. В соответствии с данной гипотезой, между всеми физическими телами Вселенной постоянно действуют силы притяжения, которые направлены по определенным линиям, соединяющие центры масс. У любого элемента центр масс выглядит в виде однородного шара.

В последующие годы исследователь пытался обнаружить физическое объяснение закономерностям движения планет, открытых в начале XVII столетия И. Кеплером, и дать науке количественное определение для гравитационных сил. Так, зная, по какому принципу движутся планеты, Ньютон хотел установить, какие силы в основном на них действуют. Такой путь в физике называется обратной задачи механики.

Относительно данного закона можно сделать несколько важных замечаний. Его действие в явной форме воздействует на все материальные тела на Земле или в Космосе. Сила притяжения нашей планеты возле поверхности в равной мере влияет на физические тела, которые расположены в любой точке земного шара.

Ньютон первый не побоялся высказать мысль о том, что абсолютно все гравитационные силы действуют между любыми телами Вселенной, определяя тем самым движение планет Солнечной системы. Одним из проявлений таких силы является сила тяжести – так называют в науке силу притяжения элементом и тел к планете.

Принципы классической механики Ньютона

Натурфилософия Ньютона – это комплексный синтез разных методологических установок, основанных на идеях его предшественников и собранных в единую целостную гипотезу.

Механика Ньютона, которая в дальнейшем была развита в работах Лагранжа, Даламбера, Лапласа, Якоби и других исследователей, получает завершенную стройную форму, базирующуюся на определяющих научную картину мира теориях.

Замечание 3

В ряде принципов учения Ньютона находятся: себе тождественность физического тела, детерминированность будущего поведения объекта и обратимость всех процессов в механической концепции.

Данные принципы являются результатам представлений о непрерывном времени и пустом пространстве, в которых реально выделить индивидуальное тело. Эти методы движущегося тела характеризуются непрерывным изменением окружающей среды. Благодаря таким взглядам, которые позволяют одновременно зарегистрировать существование физического тела и точно установить его скорость в каждой точке интервала, можно сделать вывод о том, что в природе существует одно и то же тело, само себе тождественное. Именно методология Ньютона стала основой для появления дифференциального и интегрального исчислений в Новое время, которые дают детализированное описание поведения элементарной частицы как в прошлом, настоящем, так и в будущем, то есть определяются свойствами детерминированности и обратимости.

Вследствие стремительного развития физики в начале XX столетия определилась сфера использования классической механики Ньютона: ее законы выполняются для определения движений, скорость которых значительно меньше скорости света. Ученые установили, что с ростом скорости масса физического тела автоматически возрастает. Вообще законы ньютоновского учения справедливы для случая инерциальных концепций отсчета. В случае неинерциальных систем отсчета ситуация совершенно иная, так как при ее ускоренном движении первый закон Ньютона не имеет места, – свободные элементы в ней будут постепенно менять свою скорость движения.

Первый закон Ньютона

Проделаем опыт. Тележку на колесиках скатим с наклонной плоскости на пол, где насыпана горка песка. Доехав до нее, тележка увязнет в песке и остановится. Разровняем песок и вновь позволим тележке съехать с горки. Теперь скорость тележки будет уменьшаться гораздо медленнее. Если же убрать песок, то уменьшение скорости тележки и вовсе будет едва заметно.

На основе этих наблюдений можно сформулировать следующее обобщение: всякое тело, свободное от воздействия других тел, сохраняет свою скорость неизменной. Это утверждение называется первым законом Ньютона и означает следующее. Если тело движется с некоторой скоростью, то оно и будет продолжать двигаться с той же скоростью до тех пор, пока действие другого тела не заставит его изменить либо быстроту, либо направление движения. Если же тело покоится (то есть скорость равна нулю), то оно и будет продолжать покоиться (то есть скорость останется прежней) до тех пор, пока действие другого тела не заставит его прийти в движение.

Однако тележка, едущая по полу, все же не является «телом, свободным от воздействия других тел», о котором говорится в законе. На тележку действуют Земля (сила тяжести) и пол (сила упругости). Чтобы завершить наш эксперимент, нам нужно «убрать» и эти силы. Для этого поместим тележку в космический корабль и перелетим на поверхность Марса. Там сила тяжести заметно меньше, чем на Земле. Вес тележки, а, значит, и сила ее давления на колеса уменьшится, следовательно, уменьшится сила трения в осях колес. Теперь скорость тележки, съехавшей с горки, будет уменьшаться еще медленнее. Перелетим с Марса на Луну. Сила тяжести, вес тележки и сила трения в осях ее колес станут еще меньше. И если их удалить вообще, то тележка, как и любое другое свободное тело будет вечно сохранять свою скорость постоянной.

Движение свободного тела называют движением по инерции, а сохранение им скорости называют явлением инерции.

Вспомним, однако, что скорость тела – это не свойство самого тела. Скорость может быть разной с точки зрения разных наблюдателей. Другими словами, можно найти такую систему отсчета, в которой свободное тело не будет сохранять свою скорость. Например, если в тот момент, когда тележка едет по полу космического корабля, включить его двигатели и начать взлетать, то тележка с невероятной скоростью покатится к хвостовой его части. Таким образом, во взлетающем корабле первый закон Ньютона не выполняется. Забегая вперед, скажем, что в этом случае не выполняются и второй, и третий законы Ньютона. Именно для того и нужен первый его закон, чтобы определить, можно ли в данной системе отсчета пользоваться остальными законами Ньютона.

Системы отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона, называют инерциальными системами отсчета.

Для изучения движения людей, автомобилей, самолетов систему отсчета «наблюдатель на Земле» вполне можно считать инерциальной системой. Расчеты, сделанные в ней на основе второго закона Ньютона, довольно точно описывают движения этих тел.

Законы Ньютона кратко и понятно

Три закона Ньютона

Всего существует три закона Ньютона. Эти законы являются основными законами классической механики.

Первый закон Ньютона

Первый закон Ньютона еще называют законом инерции. Давайте представим, что мы толкнули машинку на абсолютно ровной дороге и она покатилась. Причем катиться она может бесконечно долго с одинаковой скоростью, если на нее не будут действовать сила трения колес и сила сопротивления воздуха.

Первый закон Ньютона

Научным языком закон звучит так:

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.


Понятно, что таких систем, где машину толкнули, а она покатилась без действия каких либо внешних сил, не бывает. На тела всегда действуют силы, причем скомпенсировать действие этих сил полностью практически невозможно. Это и сила тяжести земли (без нее никуда) и сила трения, и сила сопротивления и тд.
Формулы для этого закона нет. Но запись есть такая

Второй закон Ньютона

Второй закон Ньютона устанавливает связь между массой, ускорением и силой, действующей на тело.
Приведем пример. Возьмем нашу машинку и толкнем ее с силой. Машина покатится и через некоторое время остановится. Сначала она катится с большой скоростью, а потом ее скорость постепенно уменьшается, то есть машина движется с ускорением. Если скорость нарастает и убывает равномерно, то говорят о равноускоренном движении.
Приведем формулировку второго закона Ньютона:

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

где а-ускорение тела, F-сила, приложенная к телу, m-масса тела.

Третий закон Ньютона
Третий закон Ньютона — это закон действия и противодействия.

Два тела действую друг на друга с силами равными по модулю и противоположными по направлению.

Или на любое действие найдется такое же противодействие.

Третий закон Ньютона

Закон Ньютона проверили в нанометровом масштабе с помощью рассеяния нейтронов

C. Haddock et al. / Phys. Rev. D

Физики из США и Японии показали, что закон обратных квадратов Ньютона работает вплоть до расстояний порядка 0,1 нанометра — сила гравитационного притяжения между телами обратно пропорциональна квадрату расстояния даже на таких маленьких масштабах. Чтобы проверить это утверждение, ученые рассеивали нейтроны на молекулах благородных газов и смотрели, какой вклад в сечение процессов вносит гравитация. Статья опубликована в Physical Review D, кратко о ней сообщает Physics, препринт работы можно найти на сайте arXiv.org.

На данный момент физикам известно четыре фундаментальных взаимодействия — электромагнитное, слабое, сильное и гравитационное. Первые три из них можно объединить с помощью перенормируемой калибровочной теории, известной как Стандартная модель, однако для гравитации этот подход не работает. Вместо этого приходится описывать ее с помощью классической (то есть не квантовой) Общей теории относительности Эйнштейна, которая в пределе малых скоростей и напряженностей гравитационного потенциала переходит в теорию гравитации Ньютона — так называемый закон обратных квадратов. Если точнее, в нерелятивистском пределе сила притяжения между двумя телами прямо пропорционально их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

В квантовой теории поля такому закону должны отвечать переносчики взаимодействия, масса которых в точности равна нулю. Например, кулоновское (электростатическое) отталкивание между электронами можно представить как обмен виртуальным безмассовым фотоном, а потому его сила тоже обратно пропорциональна квадрату расстояния между частицами. Напротив, в теории Юкавы, которая приближенно описывает сильные взаимодействия, переносчик имеет массу, а потому интенсивность юкавских сил экспоненциально падает с увеличением расстояния между частицами. Таким образом, естественно было бы ожидать, что гипотетические гравитоны — переносчики гравитационного взаимодействия — тоже будут иметь нулевую массу. В самом деле, наблюдения за гравитационными волнами, приходящими от двойных систем сливающихся черных дыр или нейтронных звезд, позволили наложить довольно сильные ограничения на массу гравитонов (верхняя граница mg ~ 10−22 электронвольт). Таким образом, поведение гравитации на больших расстояниях довольно хорошо изучено.

С другой стороны, многие альтернативные теории гравитации хорошо воспроизводят закон обратных квадратов на больших расстояниях, но предсказывают новые эффекты на расстояниях порядка нанометров. В этих теориях к безмассовым гравитонам добавляются массивные, влияние которых экспоненциально быстро затухает с расстоянием. Примером такой теории может выступать модель Аркани-Хамеда (Nima Arkani-Hamed), в которой гравитация компактифицируется путем включения в теорию дополнительных пространственных измерений. Поэтому необходимо проверить, работает ли на небольших расстояниях стандартный закон обратных квадратов, чтобы подтвердить или исключить подобные теории.

Подобную экспериментальную проверку описывает в своей статье группа ученых под руководством Тамаки Йошиока (Tamaki Yoshioka). Для этого исследователи использовали рассеяние нейтронов на молекулах благородных газов. Поскольку нейтроны и молекулы в целом электрически нейтральны, сила электрического отталкивания для них пренебрежимо мала, и тонкие эффекты, к которым может привести обмен новой массивной частицей, теоретически можно увидеть на практике. В самом деле, при включении в теорию новой массивной частицы к обычному потенциалу Ньютона добавляется экспоненциально затухающий член — следовательно, полное сечение рассеяния нейтронов на молекулах изменяется. Разумеется, чем больше масса частицы, тем слабее проявляется ее действие. Измеряя сечение рассеяния и проверяя, при каких параметрах теория лучше всего согласуется с практикой, можно определить ограничения на массу гипотетической частицы.  

Схема экспериментальной установки

C. Haddock et al. / Phys. Rev. D

Именно такую проверку и провели авторы в своей работе. В качестве источника нейтронов выступала установка NOP (The Neutron Optics and Physics beam line), работающая в рамках ускорительного комплекса J-PARC. Полученные на установке нейтроны направлялись в камеру, заполненную гелием-4 или ксеноном-131, которые очищались от примесей с помощью «выпечки» (bake out) — одновременного нагревания и понижения давления в газе. Затем рассеянные нейтроны регистрировались с помощью детектора, заполненного молекулами гелия-3 и определяющего величину отклонения частицы от центра установки. Наконец, смещение нейтронов пересчитывалось в скорость, что позволяло построить зависимость сечения рассеяния от переданного молекулам импульса.

После того, как ученые завершили сбор экспериментальных данных, они проанализировали их, разделив вклад в сечение рассеяния различных взаимодействий и подобрав с помощью численных расчетов такие параметры теории, которые лучше всего объясняли измеренные значения сечений. Интересно, что несмотря на нулевой заряд нейтрона и молекул газов в целом, распределение зарядов в их объеме тоже сказывается на величине сечения, а потому физики его тоже учли. В результате ученые исключили большую область на плоскости параметров λ — α (λ — это комптоновская длина волны, то есть обратная масса частицы, а α — множитель, который описывает величину силы при фиксированном расстоянии). Если кратко, то исследователи показали, что закон обратных квадратов хорошо работает вплоть до расстояний порядка 0,1 нанометра.

Область параметров «неквадратной» части гравитационной силы, исключенные в различных экспериментах. Красным отмечены результаты текущего эксперимента

C. Haddock et al. / Phys. Rev. D

В мае 2016 года японские астрономы впервые проверили работу Общей теории относительности для красных смещений z ~ 1,4, что отвечает световым лучам, шедшим до Земли более 13 миллиардов лет. В ноябре прошлого года ученые показали, что возможные нарушения лоренц-инвариантности ОТО и Стандартной модели не внесли сколько-нибудь заметный вклад в движение Луны и приливные эффекты. А в декабре французский спутник Microscope подтвердил, что гравитационная и инертная масса тел совпадает с очень хорошей точностью (их отношение может отличаться от единицы не более чем на 10−14). Ни один из перечисленных выше экспериментов не нашел отклонений от классической теории гравитации.

Дмитрий Трунин

Презентация урока по физике 9 класс “Третий закон Ньютона” | Презентация к уроку по теме:

Слайд 1

Физика 9 «А» класс Учитель физики сш № 31 Иванченко Г. Н. Тема урока: 15.10.2015 год. Пос.Жалагаш

Слайд 3

Цели урока:

Слайд 4

Задачи: – обучающие: обеспечить в ходе урока усвоение следующих ос­новных понятий как взаимодействие тел, третий закон Ньютона; а также научных фактов о вкладе Ньютона и Галилея в развитие науки. – развивающие: развитие познавательной активности и любознательности учащихся, сенситивности для возникновения познавательного интереса; развитие самостоятельности мышления, воображения, логического подхода к решению поставленных задач. – воспитательные: воспитание интереса к предмету; формирование научного мировоззрения; Методы : словесный (беседа) наглядный (рис., записи , презентация). контролирующий (фронтальный опрос, тест, решение задач)

Слайд 5

Ньютон был первым, кто попытался сформулировать элементарные законы, которые определяют временной ход широкого класса процессов в природе с высокой степенью полноты и точности» и «… оказал своими трудами глубокое и сильное влияние на всё мировоззрение в целом». А. Эйнштейн

Слайд 6

Биографическая справка об Исааке Ньютоне: 356 лет назад в Англии в семье небогатого фермера из деревни Вульсторп близ Кембриджа родился Исаак Ньютон – титаническая фигура в истории науки. За свою 84 летнюю жизнь, посвящённую науке, учёный создал классическую механику. Его труды относятся к механике, оптике, астрономии, математике. Исаак Ньютон заложил основы современного естествознания. На его памятнике в Вестминстерском аббатстве благодарные потомки начертали: «… пусть смертные радуются, что существовало такое украшение рода человеческого …».

Слайд 7

Тест: выберете правильный ответ. 1. Явление сохранения скорости постоянной, если на него не действуют другие тела (или действие этих тел скомпенсированы) называют: а)инерция б) инертность в) покой 2. Все системы отсчета, движущиеся п рямолинейно и равномерно относительно данной инерциальной системы отсчета, тоже являются а) инерциальными. б) движущимися в) неравными 3.. посмотри на картинки Какое явление изображено? Какой закон Ньютона объясняет это явление? (сформулируйте 1 закон Н) 4. Как математически записать второй закон Ньютона?( сформулируйте2 закон Ньютона) а ) F=ma б ) m=F/a в ) F=a/m 5.Все законы Ньютона выполняются только в а)инерциальных системах отсчета б) в неинерциальных системах отсчета в) в любых системах отсчета.

Слайд 8

Вопросы: Почему тело покоится? Сформулируйте первый закон Ньютона. Как математически записать кратко первый закон Ньютона? Как изменить скорость тела? Что такое сила? Повторение

Слайд 9

Дайте ответ о втором законе Ньютона по плану. План ответа о физическом законе: Связь между какими явлениями, процессами или величинами выражает закон? Формулировка закона. Математическая запись закона. Опыты, подтверждающие справедливость закона. Учет и использование закона на практике. Границы применения закона.

Слайд 10

Дайте рецензию на ответ учащегося по плану. План рецензии: Внимательно прослушайте ответ. Определите: излагался ли материал последовательно; достаточно ли полным был ответ; доказательными ли были объяснения, сделан ли обобщающий вывод; какие были допущены ошибки при ответе; была ли грамотной и выразительной речь отвечающего. Дайте общую оценку.

Слайд 11

ТРЕТИЙ ЗАКОН НЬЮТОНА В природе никогда не бывает одностороннего действия одного тела на другое, между телами всегда возникает взаимодействие.

Слайд 12

Природа сил: в механике различают 2 вида сил : силы тяготения и электромагнитные силы ( силы упругости и силы трения). При взаимодействии тела приобретают ускорения.

Слайд 13

Опыт с двумя тележками m 2 F 1 =m 1 a 1 F 2 =m 2 a 2 m 1 a 1 = – m 2 a 2 a 2 a 1 m 1 это запись третьего закона Ньютона

Слайд 14

В результате изучения взаимодействия тел, Ньютон открыл третий закон динамики: Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, всегда равны по величине и противоположны по направлению.

Слайд 15

Третий закон Ньютона гласит: Тела действуют друг на друга c силами, равными по модулю, противоположными по направлению вдоль одной прямой

Слайд 16

Одна из этих сил называется действующей, а другая – противодействующей.

Слайд 17

Действие тел друг на друга никогда не бывает односторонним! Посмотри, что будут показывать два динамометра , сцепленные между собой и растягиваемые в разные стороны!

Слайд 18

Эти силы: – действуют вдоль одной прямой; – направлены в противоположные стороны; – равны по величине; – приложены к разным телам, поэтому не уравновешивают друг друга; – одинаковой природы.

Слайд 19

Особенности третьего закона Ньютона Возникают при взаимодействии Появляются парами Силы F Приложены к различным телам Не уравновешиваются, хотя и равны по величине, противоположны по направлению действуют по одной прямой Одной природы

Слайд 20

Взаимодействие между телами может происходить как при соприкосновении, так и без соприкосновения тел.

Слайд 21

Конспект

Слайд 22

Дайте краткие ответы на вопросы к рисункам. Как движется тело? Куда направлено ускорение?

Слайд 23

Задачи 1. Два мальчика растягивают динамометры, связанные нитью. Каждый динамометр показывает 30 Н. Порвется ли при этом нить, если она выдерживает натяжение в 50 Н? 2. Земля притягивает к себе Луну. Притягивает ли Луна к себе Землю?

Слайд 24

3. На рисунке 1 показаны направление и точка приложения силы, действующей на первую тележку при ее столкновении со второй тележкой. Укажите, в каком случае правильно изображены направление и точка приложения силы, действующей на вторую тележку. Рис. 1 Рис. А Рис. Б Рис. В

Слайд 25

Кстати! В быту третий закон Ньютона звучит так: “действие равно противодействию”. Не раз, наверное, эта фраза звучала у вас в ушах …

Слайд 26

ПРОВЕРЬ СЕБЯ, ВПЕРЕДИ РАБОТА! 1. Тело движется прямолинейно с постоянной скоростью v. Какой вектор (1 или 2) указывает направление равнодействующей всех сил, приложенных к телу?

Слайд 27

2. Как будет двигаться тело массой 5 кг под действием силы 5Н ? 3. На рисунке (а) изображены векторы скорости и ускорения шара. Какой вектор на рисунке (б) указывает направление вектора равнодействующих всех сил, приложенных к шару?

Слайд 28

4. При столкновении двух тележек массами m 1 = 2 кг и m 2 = 4 кг первая получила ускорение, равное 1 м/с 2 . Определить модуль ускорения второй тележки. 5. Определить силу, под действием которой тело массой 2 кг движется с ускорением 0,5 м/с 2 . 6. На рисунке представлен график изменения скорости тела с течением времени. На каком участке движения равнодействующая всех сил, приложенных к телу, не равна нулю и направлена в сторону, противоположную движению тела?

Слайд 29

7. Два человека тянут шнур в противоположные стороны с силой 50 Н. Разорвется ли шнур, если он выдерживает нагрузку 60 Н? 8. На рисунке показаны направление и точка приложения силы F1, действующей на пружину, к которой подвешен груз. На каком из рисунков (б) правильно изображены направление и точка приложения силы F2, действующей на груз?

Слайд 30

9. На рисунке (а) представлен график зависимости равнодействующей всех сил, приложенных к телу, от времени. Какой из графиков (б) показывает зависимость скорости этого тела от времени?

Слайд 31

10. Тело массой 1 кг под действием некоторой силы приобрело ускорение 0,2 м/с 2 . Какое ускорение приобретает тело массой 5 кг под действием той же силы? Вопрос. Ребята я надеюсь, вы теперь сможете, на научной основе опровергнуть хвастливые рассказы барона Мюнхгаузена, уверявшего, что ему удалось вытащить себя из болота за свои собственные волосы.

Слайд 32

Повторяем

Слайд 33

1.Какую басню проиллюстрировали физики? 2. Какой закон позволяет ее описать? 3.Сформулируйте этот закон?

Слайд 34

1.Какую басню проиллюстрировали физики? 2.Какой закон позволяет ее описать? 3.Сформулируйте этот закон?

Слайд 36

Проблемная ситуация Примеры применения третьего закона Ньютона из жизни

Слайд 39

Сравнение масс двух тел.

Слайд 41

Практическое применение третьего закона.

Слайд 42

А. Линдгрен « Малыш и Карлсон» Малыш и Корлсон взялись за руки. Карлсон толкает малыша с силой 105 Н. С какой силой толкает Малыш Карлсона? О каком законе идет речь в задаче? Где лежат точки приложения сил? Одинакова ли природа этих сил?

Слайд 44

Сережа с мамой подошли к реке, по которой плавно плыли огромные белые льдины. Они как белые лебеди, торжественно и величаво уплывали в даль. Мальчик некоторое время с восторгом смотрел на это чудо и вдруг громко сказал: « Мама, мамочка, а мы то поплыли!» В чем ошибка мальчика? С чем, по его словам, была связана система отсчета?

Слайд 45

Рефлексия Хотелось бы услышать ваши отзывы о сегодняшнем уроке: что вам понравилось, что не понравилось, чем бы хотелось узнать еще. -Что заинтересовало вас сегодня на уроке более всего? -Как вы усвоили пройденный материал? -Какие были трудности? Удалось ли их преодолеть? -Помог ли сегодняшний урок лучше разобраться в вопросах темы? – Пригодятся ли вам знания, полученные сегодня на уроке в вашей жизни?

Слайд 46

Домашняя работа §13 Большое всем спасибо. До свидания.

Более пристальный взгляд на третий закон Ньютона

Возможно, вы заметили, что мне не очень нравится, как в некоторых учебниках (и шоу) говорится о третьем законе Ньютона. На самом деле, я думаю, что студенты слишком сосредотачиваются на ТРЕХ ЗАКОНАХ вместо того, чтобы просто моделировать силу и движение.

Проблема с этим законом заключается в том, что он описывается следующим образом:

Третий закон Ньютона: Для каждого действия существует равная и противоположная реакция.

Не во всех учебниках это сказано, но если вы спросите случайного человека на улице, то, вероятно, они назовут это третьим законом Ньютона.

Лучшая версия третьего закона Ньютона

Вот моя краткая версия.

Силы идут парами. Силы – это взаимодействие двух объектов. Это означает, что если объект A толкает объект B, то объект B толкает A с той же силой, но в противоположном направлении.

Моя любимая аналогия – с расстояниями. Расстояния указаны между двумя точками. Расстояние от A до B такое же, но противоположно расстоянию от B до A. См. Это просто.

Что не так с другой версией?

Нет ничего плохого в версии “действие и противодействие” этой части силы? Во-первых, никакого неуважения к блогу Фрэнка «Action-Reaction» – он превосходен. Однако, когда вы используете слова «действие» и «противодействие» в описании сил, большинство людей подумают о движении. Фактически, вы можете даже увидеть что-то подобное в примере Третьего закона Ньютона:

Человек сходит с лодки. Когда человек движется влево, лодка движется обратно вправо. Действие. Реакция. Действуют ли на человека и лодку равные и противоположные силы? да. Однако это не означает, что оба должны двигаться. Действие подразумевает движение (по крайней мере, для меня). Кроме того, если лодка намного массивнее человека, то она не будет так сильно отдаляться, как движется человек. Это может заставить кого-то поверить, что действие и реакция не обязательно должны быть одинаковыми. Честно говоря, я не уверен, что они должны быть такими же. Я не уверен, есть ли формальное определение действия и противодействия.

А как насчет примера третьего закона Ньютона, когда вещи не двигаются? Рассмотрим следующую ситуацию.

Человек находится в равновесии, потому что на него действуют две силы. Гравитационная сила Земли тянет вниз, а земля толкает человека вверх. «Равные и противоположные» силы в этом примере – это две гравитационные силы. Человек притягивает Землю с той же силой, что Земля притягивает человека. Равные и противоположные, хотя ни один из них не должен двигаться.

А как насчет силы, которую земля оказывает на человека? Да, это правда, что эта сила имеет ту же величину, но в противоположном направлении, как гравитационная сила, создаваемая Землей. Однако это не та сила. Просто так получается. Силовые пары – это взаимодействие между объектами. Это означает, что две спаренные силы также должны действовать на два отдельных объекта.

Взгляд на источник действия и реакции

Позвольте мне кое-что прояснить. Исааку Ньютону пришлось нелегко.Здесь он пытается создать модель, которая описывает, что силы делают с объектами. Однако у него просто нет всех слов, которые у нас есть, таких как импульс, ускорение, скорость.

К счастью, есть онлайн-перевод оригинальных произведений Ньютона. Вот более старый перевод на английский «Математических принципов естественной философии» Ньютона (том 1).

Часть о Третьем Законе говорит:

Каждому действию всегда противопоставляется равное противодействие: или взаимные действия двух тел друг на друга всегда равны и направлены на противоположные части.

Еще пишет:

Если надавить на камень пальцем, палец тоже прижимается камнем.

Этот пример выше может означать, что он не имел в виду, что камень и палец должны двигаться. Я бы предположил, что, возможно, Ньютон имел в виду слово «действие», действительно означающее «сила». Однако позже он использует слово «сила», поэтому я не совсем уверен в его намерениях. Возможно, под «действием» он подразумевает силу, которая действительно что-то делает.Я не знаю.

О, и, похоже, Ньютон действительно использует слова импульс и скорость (если вы прочтете больше отрывка). Возможно, он просто пытался быть поэтичным, используя слова «действие» и «противодействие».

Три закона движения Ньютона Урок для детей – видео и стенограмма урока

Первый закон движения

Первый закон движения Ньютона имеет отношение к инерции , что является причудливым способом обозначить что-то, что имеет тенденцию не двигаться. Первый закон движения Ньютона – это закон interia , который гласит, что объект, который находится в состоянии покоя (не движется), будет оставаться в состоянии покоя до тех пор, пока некая сила не заставит его двигаться.Инерция – одна из причин, по которой трудно встать с постели и пойти в школу по утрам. Однако сила, подобная взрослой, толкающей вас с постели, может заставить вас двинуться с места! Кроме того, любой движущийся объект захочет двигаться, пока сила, такая как гравитация или стена, не остановит его. Согласно первому закону движения объект хочет продолжать делать то, что он делает.

Второй закон движения

А теперь второй закон движения: что будет толкать с большей силой – вы или перышко? Ответ, наверное, вы, конечно, но причина немного хитрая.

Во втором законе Ньютон выяснил, что сила, которую объект создает на что-то еще, может быть рассчитана путем умножения массы объекта (аналогичной его весу) на его ускорение или скорость его ускорения или замедления. Следовательно, этот второй закон заключается в том, что сила равна массе, умноженной на ускорение .

Если что-то действительно большое, оно будет иметь большую силу. Вы можете толкать мяч с гораздо большей силой, чем перо, потому что вы больше и имеете гораздо большую массу.

Но вот и самое сложное. То, что действительно быстро ускоряется, также может обладать большой силой. В конце концов, если вы хотите сломать дверь, вы, вероятно, побежите к ней, а не пройдете.

Так что, если это перо движется очень, очень быстро, быстрее, чем вы когда-либо могли бы двигаться? Тогда его сила может быть больше вашей. Иногда все сводится к математике.

Третий закон движения

Хорошо, давайте поговорим о третьем законе движения. Попробуйте это: толкните стену.Стена не двигается, но что с тобой происходит? Вы двигаетесь назад!

Третий закон Ньютона гласит, что каждое действие имеет равную и противоположную реакцию . Следовательно, все, что толкает или тянет что-то еще, толкается или тянется в противоположном направлении. Итак, когда вы толкались вперед по стене, вы также толкали себя назад в противоположном направлении.

Не верите? Попробуйте следующее: сядьте на скейтборд и столкнитесь с другом на другом скейтборде. Теперь давите друг другу за руки.Вы оба пойдете назад.

Краткое содержание урока

Исаак Ньютон известен как ученый, изучавший гравитацию, но он также придумал три важных закона движения. Есть причина, по которой вещи движутся так, как они делают, и все это связано с силой и или любым толчком или притяжением объекта.

Три закона:

  1. Закон инерции: Покоящийся объект будет оставаться в покое, а объект в движении будет оставаться в движении до тех пор, пока сила не заставит его двигаться или прекратить движение
  2. Сила равна массе, умноженной на ускорение: Сила, которую может создать объект, может быть вычислена путем умножения его массы на скорость его ускорения или замедления
  3. Каждое действие имеет равную и противоположную реакцию: Поскольку объект создает силу на другой объект, он будет немного (или много) перемещаться в противоположном направлении

5.

S: Законы движения Ньютона (Резюме) Система отсчета
динамика исследование того, как силы влияют на движение объектов и систем
внешнее усилие Сила, действующая на объект или систему, которая возникает вне объекта или системы
усилие толкать или тянуть объект определенной величины и направления; может быть представлен векторами или выражен как кратное стандартной силы
свободное падение Ситуация, в которой единственная сила, действующая на объект, – это сила тяжести
Схема свободного тела эскиз, показывающий все внешние силы, действующие на объект или систему; система представлена ​​одной изолированной точкой, а силы представлены векторами, идущими наружу от этой точки
Закон Гука в пружине, возвращающая сила пропорциональна приложенному смещению и в противоположном направлении от него
инерция Способность объекта сопротивляться изменениям в его движении
инерциальная система отсчета , движущаяся с постоянной скоростью относительно инерциальной системы, также является инерциальной; опорный кадр, ускоряющийся относительно инерциального кадра, не является инерционным
Закон инерции см. Первый закон движения Ньютона
чистая внешняя сила векторная сумма всех внешних сил, действующих на объект или систему; заставляет массу ускоряться
ньютон СИ единица силы; 1 Н – сила, необходимая для ускорения объекта массой 1 кг со скоростью 1 м / с 2
Первый закон движения Ньютона тело в состоянии покоя остается в покое или, если оно находится в движении, остается в движении с постоянной скоростью, если на него не действует чистая внешняя сила; также известный как закон инерции
Второй закон движения Ньютона Ускорение системы прямо пропорционально чистой внешней силе, действующей на систему, и в том же направлении, и обратно пропорционально ее массе
Третий закон движения Ньютона всякий раз, когда одно тело прикладывает силу ко второму телу, первое тело испытывает силу, равную по величине и противоположную по направлению силе, которую оно прикладывает.
нормальная сила сила, поддерживающая вес объекта или груза, перпендикулярного поверхности контакта между грузом и его опорой; поверхность прикладывает эту силу к объекту, чтобы выдержать вес объекта
натяжение тянущая сила, действующая вдоль растянутого гибкого соединителя, такого как веревка или кабель
тяга сила реакции, толкающая тело вперед в ответ на обратную силу
вес сила \ (\ vec {w} \) из-за силы тяжести, действующей на объект массой m

Законы Ньютона | Безграничная физика

Первый закон: инерция

Первый закон движения Ньютона описывает инерцию.Согласно этому закону, покоящееся тело стремится оставаться в покое, а движущееся тело стремится оставаться в движении, если только на него не действует чистая внешняя сила.

Цели обучения

Определите первый закон движения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Три закона физики Ньютона являются основой механики.
  • Первый закон гласит, что покоящееся тело будет оставаться в покое до тех пор, пока на него не подействует чистая внешняя сила, и что движущееся тело будет оставаться в движении с постоянной скоростью до тех пор, пока на него не подействует чистая внешняя сила.
  • Чистая внешняя сила – это сумма всех сил, действующих на объект.
  • То, что на объект действуют силы, не обязательно означает наличие чистой внешней силы; силы, равные по величине, но действующие в противоположных направлениях, могут нейтрализовать друг друга.
  • Трение – это сила между движущимся объектом и поверхностью, по которой он движется. Трение – это внешняя сила, которая действует на объекты и заставляет их замедляться, когда на них не действует никакая другая внешняя сила.
  • Инерция – это тенденция движущегося тела оставаться в движении. Инерция зависит от массы, поэтому сложнее изменить направление движущегося тяжелого тела, чем направление более легкого движущегося объекта.
Ключевые термины
  • инерция : свойство тела сопротивляться любому изменению его равномерного движения; эквивалент его массе.
  • трение : Сила, которая сопротивляется относительному движению или тенденции к такому движению двух соприкасающихся тел.
  • равномерное движение : движение с постоянной скоростью (с нулевым ускорением). Обратите внимание, что движущийся объект не изменит свою скорость, если на него не действует неуравновешенная сила.

История

Сэр Исаак Ньютон был английским ученым, интересовавшимся движением объектов в различных условиях. В 1687 году он опубликовал работу под названием Philosophiae Naturalis Principla Mathematica , в которой описал его три закона движения. Ньютон использовал эти законы для объяснения и исследования движения физических объектов и систем. Эти законы составляют основу механики. Законы описывают взаимосвязь между силами, действующими на тело, и движениями, испытываемыми этими силами. Эти три закона заключаются в следующем:

  1. Если объект не испытывает чистой силы, его скорость останется постоянной. Объект либо находится в состоянии покоя, и его скорость равна нулю, либо он движется по прямой с постоянной скоростью.
  2. Ускорение объекта параллельно и прямо пропорционально чистой силе, действующей на объект, происходит в направлении чистой силы и обратно пропорционально массе объекта.
  3. Когда первый объект оказывает силу на второй объект, второй объект одновременно оказывает силу на первый объект, что означает, что сила первого объекта и сила второго объекта равны по величине и противоположны по направлению.

Первый закон движения

Скорее всего, вы уже слышали о первом законе движения Ньютона. Если вы не слышали это в приведенной выше форме, вы, вероятно, слышали, что «движущееся тело остается в движении, а тело в состоянии покоя остается в покое. Это означает, что движущийся объект не изменит своей скорости, если на него не действует неуравновешенная сила. Это называется равномерным движением. Эту концепцию легче объяснить на примерах.

Примеры

Если вы катаетесь на коньках и отталкиваетесь от края катка, согласно первому закону Ньютона вы продолжите путь до другой стороны катка. Но на самом деле этого не произойдет. Ньютон говорит, что движущееся тело будет оставаться в движении до тех пор, пока на него не подействует внешняя сила.В этом и большинстве других случаев реального мира эта внешняя сила – трение. Трение между коньками и льдом – это то, что заставляет вас замедляться и в конечном итоге останавливаться.

Давайте посмотрим на другую ситуацию. Обратитесь к этому примеру. Почему мы пристегиваемся ремнями безопасности? Очевидно, они там, чтобы защитить нас от травм в случае автомобильной аварии. Если автомобиль движется со скоростью 60 миль в час, водитель также движется со скоростью 60 миль в час. Когда автомобиль внезапно останавливается, к автомобилю прилагается внешняя сила, заставляющая его замедлиться.Но на водителя нет силы, поэтому водитель продолжает двигаться со скоростью 60 миль в час. Ремень безопасности должен противодействовать этому и действовать как та внешняя сила, которая замедляет водителя вместе с автомобилем, предотвращая его повреждение.

Первый закон Ньютона : Первый закон Ньютона действует на водителя автомобиля

Инерция

Иногда этот первый закон движения называют законом инерции. Инерция – это свойство тела оставаться в покое или оставаться в движении с постоянной скоростью.Некоторые объекты обладают большей инерцией, чем другие, потому что инерция объекта эквивалентна его массе. Вот почему изменить направление валуна сложнее, чем бейсбольного мяча.

Doc Physics – Newton : Первый закон Ньютона очень противоречит здравому смыслу. Хотя, возможно, вы выучили это в начальной школе. Давайте посмотрим, какой умопомрачительный вывод есть на самом деле.

Второй закон: сила и ускорение

Второй закон гласит, что результирующая сила, действующая на объект, равна скорости изменения или производной его линейного количества движения.

Цели обучения

Определите второй закон движения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Три закона движения Ньютона объясняют взаимосвязь между силами, действующими на объект, и движением, которое они испытывают из-за этих сил. Эти законы лежат в основе механики.
  • Второй закон объясняет взаимосвязь между силой и движением, в отличие от скорости и движения. Для этого он использует концепцию линейного импульса.
  • Линейный импульс [латекс] \ text {p} [/ latex], является произведением массы [latex] \ text {m} [/ latex] и скорости [latex] \ text {v} [/ latex]: [ латекс] \ текст {p} = \ text {mv} [/ latex].
  • Второй закон гласит, что результирующая сила равна производной или скорости изменения ее количества движения.
  • Упростив это соотношение и вспомнив, что ускорение – это скорость изменения скорости, мы можем увидеть, что второй закон движения – это то, откуда происходит взаимосвязь между силой и ускорением.
Ключевые термины
  • чистая сила : комбинация всех сил, действующих на объект.
  • импульс : (тела в движении) произведение его массы и скорости.
  • ускорение : величина, на которую увеличивается скорость или скорость (и, следовательно, скалярная величина или векторная величина).

Английский ученый сэр Исаак Ньютон исследовал движение физических объектов и систем в различных условиях.В 1687 году он опубликовал свои три закона движения в книге Philosophiae Naturalis Principla Mathematica . Законы составляют основу механики – они описывают взаимосвязь между силами, действующими на тело, и движением, вызываемым этими силами. Эти три закона гласят:

  1. Если объект не испытывает чистой силы, его скорость останется постоянной. Объект либо находится в состоянии покоя, и его скорость равна нулю, либо он движется по прямой с постоянной скоростью.
  2. Ускорение объекта параллельно и прямо пропорционально чистой силе, действующей на объект, происходит в направлении чистой силы и обратно пропорционально массе объекта.
  3. Когда первый объект оказывает силу на второй объект, второй объект одновременно оказывает силу на первый объект, что означает, что сила первого объекта и сила второго объекта равны по величине и противоположны по направлению.

Первый закон движения определяет только естественное состояние движения тела (то есть, когда результирующая сила равна нулю). Это не позволяет нам количественно оценить силу и ускорение тела. Ускорение – это скорость изменения скорости; это вызвано только действующей на него внешней силой.Второй закон движения гласит, что результирующая сила, действующая на объект, равна скорости изменения его количества движения.

Линейный импульс

Линейный импульс объекта – это векторная величина, которая имеет как величину, так и направление. Это произведение массы и скорости частицы в данный момент времени:

[латекс] \ text {p} = \ text {mv} [/ latex]

, где [латекс] \ text {p} = \ text {momentum} [/ latex], [latex] \ text {m} = \ text {mass} [/ latex] и [latex] \ text {v} = \ text {скорость} [/ латекс].Из этого уравнения мы видим, что объекты с большей массой будут иметь больший импульс.

Второй закон движения

Представьте два шара разной массы, движущиеся в одном направлении с одинаковой скоростью. Если они оба столкнутся со стеной одновременно, более тяжелый шар будет оказывать на стену большее усилие. Эта концепция, проиллюстрированная ниже, объясняет второй закон Ньютона, который подчеркивает важность силы и движения, а не только скорости. Он гласит: результирующая сила, действующая на объект, равна скорости изменения его количества движения.Из расчетов мы знаем, что скорость изменения такая же, как и у производной. Когда мы измеряем количество движения объекта, получаем:

Сила и масса : Эта анимация демонстрирует связь между силой и массой.

[латекс] \ displaystyle \ text {F} = \ frac {\ text {dp}} {\ text {dt}} \\\ text {F} = \ frac {\ text {d} (\ text {m} \ cdot \ text {v})} {\ text {dt}} [/ latex]

, где F = сила и t = время. Отсюда мы можем еще больше упростить уравнение:

[латекс] \ displaystyle \ text {F} = \ text {m} \ frac {\ text {d} (\ text {v})} {\ text {dt}} \\\ text {F} = \ text {m} \ cdot \ text {a} [/ latex]

где, [латекс] \ text {a} = \ text {ускорение} [/ latex].Как мы заявляли ранее, ускорение – это скорость изменения скорости или скорости, деленная на время.

Три закона механики Ньютона – Второй закон – Часть 1 : Здесь мы увидим, сколько людей могут запутать ваше понимание 2-го закона движения Ньютона из-за недосмотра, небрежных слов или жестоких намерений.

Три закона механики Ньютона – Второй закон – Часть вторая : Равновесие исследуется, и 1-й закон Ньютона рассматривается как частный случай 2-го закона Ньютона!

Третий закон: симметрия сил

Третий закон движения гласит, что для каждого действия существует равное и противоположное противодействие.

Цели обучения

Определите третий закон движения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Если объект A оказывает силу на объект B, объект B оказывает равное и противоположное усилие на объект A.
  • Третий закон Ньютона можно увидеть во многих повседневных обстоятельствах. Когда вы идете, сила, которую вы используете для отталкивания от земли назад, заставляет вас двигаться вперед.
  • Тяга – это применение третьего закона движения. Вертолет использует тягу, чтобы подтолкнуть воздух под винтом вниз и, следовательно, оторваться от земли.
Ключевые термины
  • симметрия : точное соответствие по обе стороны от разделительной линии, плоскости, центра или оси.
  • тяга : Сила, создаваемая движущей силой, как в реактивном двигателе.

Сэр Исаак Ньютон был ученым из Англии, интересовавшимся движением объектов в различных условиях. В 1687 году он опубликовал работу под названием Philosophiae Naturalis Principla Mathematica , в которой содержались его три закона движения.Ньютон использовал эти законы для объяснения и исследования движения физических объектов и систем. Эти законы составляют основу механики. Законы описывают взаимосвязь между силами, действующими на тело, и движение – это опыт, обусловленный этими силами. Три закона Ньютона:

  1. Если объект не испытывает чистой силы, его скорость останется постоянной. Объект либо находится в состоянии покоя, и его скорость равна нулю, либо он движется по прямой с постоянной скоростью.
  2. Ускорение объекта параллельно и прямо пропорционально чистой силе, действующей на объект, происходит в направлении чистой силы и обратно пропорционально массе объекта.
  3. Когда первый объект оказывает силу на второй объект, второй объект одновременно оказывает силу на первый объект, что означает, что сила первого объекта и сила второго объекта равны по величине и противоположны по направлению.

Третий закон движения Ньютона

Третий закон Ньютона в основном гласит, что на каждое действие существует равное и противоположное противодействие. Если объект A воздействует на объект B, из-за закона симметрии объект B будет оказывать на объект A силу, равную силе, действующей на него:

[латекс] \ small {\ rm {\ text {F} _ \ text {A} = – \ text {F} _ \ text {B}}} [/ latex]

В этом примере F A – это действие, а F B – реакция. Вы, несомненно, были свидетелями этого закона движения. Например, возьмем пловца, который ногами отталкивается от стены, чтобы набрать скорость. Чем больше силы она прикладывает к стене, тем сильнее она отталкивается. Это потому, что стена оказывает на нее ту же силу, что и она. Она толкает стену в направлении позади себя, поэтому стена будет оказывать на нее силу в направлении впереди нее и толкать вперед.

Третий закон движения Ньютона : Когда пловец отталкивается от стены, он использует третий закон движения.

Возьмем в качестве другого примера концепцию тяги. Когда ракета запускается в космическое пространство, она выбрасывает газ назад с высокой скоростью. Ракета оказывает на газ большую обратную силу, а газ оказывает равную и противоположную силу реакции вперед на ракету, заставляя ее запускаться. Эта сила называется тягой. Тяга также используется в автомобилях и самолетах.

Третий закон Ньютона : Самое фундаментальное утверждение базовой физической реальности также чаще всего понимается неправильно. Как твоя мама, если она понимает Третий Ньютон. Затем спросите ее, почему все может двигаться, если у каждой силы есть пара противоположных сил все время, навсегда.

Научный эксперимент: Второй закон Ньютона…

Сэр Исаак Ньютон был английским ученым. Он родился в 1642 году и умер в 1727 году. Это было примерно во время ранней колонизации Северной Америки, во время основания некоторых из первоначальных 13 колоний, войн во Франции и Индиане и судебных процессов над салемскими ведьмами. Он жил незадолго до американской революции.

Ньютон наиболее известен тремя очень важными принципами физики, называемыми классической механикой. Эти принципы описывают движение вещей и сегодня называются его именем – Законы движения Ньютона. Их три: Первый, Второй и Третий закон движения Ньютонов.

Второй закон движения Ньютона гласит, что ускорение (увеличение скорости) происходит, когда сила действует на массу (объект). Езда на велосипеде – хороший пример того, как действует этот закон движения. Ваш велосипед – это масса. Мышцы ваших ног, толкающие педали велосипеда, – это сила. Когда вы нажимаете на педали, ваш велосипед ускоряется. Вы увеличиваете скорость велосипеда, прикладывая усилие к педалям.

Второй закон Ньютона также гласит, что чем больше масса ускоряемого объекта, тем большее количество силы необходимо для его ускорения. Допустим, у вас есть два одинаковых велосипеда, у каждого из которых есть корзина. У одного велосипеда пустая корзина. У одного велосипеда есть корзина, полная кирпичей.Если вы попытаетесь ездить на каждом велосипеде и будете нажимать на педали с одинаковой силой, вы сможете ускорить велосипед с пустой корзиной БОЛЬШЕ, чем велосипед с корзиной, полной кирпичей. Кирпичи добавляют массы второму велосипеду. Если в корзине лежат кирпичи, вам придется прикладывать больше усилий к педалям, чтобы велосипед с кирпичами в корзине сдвинулся с места.

Эксперименты по исследованию второго закона движения Ньютона:
Сайтов, мероприятий и печатных форм:

Вы можете попросить помощи с домашним заданием у эксперта по математике и естественным наукам, позвонив на горячую линию Ask Rose Homework. Они предоставляют БЕСПЛАТНУЮ помощь в выполнении домашних заданий по математике и естествознанию учащимся 6–12 классов Индианы.


Книг:

Используйте свою библиотечную карту indyPL, чтобы проверять книги в любом из наших мест или проверять электронные книги и электронные аудиокниги из дома прямо на свое устройство.

Нужна помощь? Позвоните или спросите сотрудника библиотеки в любом из наших офисов или напишите библиотекарю по телефону 317 333-6877.

5.5 Третий закон Ньютона – Университетская физика, том 1

Цели обучения

К концу раздела вы сможете:

  • Третий закон движения Ньютона
  • Определите силы действия и противодействия в различных ситуациях
  • Применять третий закон Ньютона для определения систем и решения проблем движения

До сих пор мы рассматривали силу как толчок или тягу; однако, если вы подумаете об этом, вы поймете, что никакие толчки или тяги никогда не возникают сами по себе. Когда вы толкаете стену, стена давит на вас. Это подводит нас к третьему закону Ньютона .

Третий закон движения Ньютона

Каждый раз, когда одно тело оказывает силу на второе тело, первое тело испытывает силу, равную по величине и противоположную по направлению силе, которую оно оказывает. Математически, если тело A действует с силой

на корпус B , затем B одновременно оказывает усилие

на A или в форме векторного уравнения

Третий закон Ньютона представляет собой определенную симметрию в природе: силы всегда возникают парами, и одно тело не может воздействовать на другое, не испытав силы.Мы иногда в общих чертах называем этот закон «действием-противодействием», где приложенная сила – это действие, а сила, испытываемая как следствие, – это противодействие. Третий закон Ньютона имеет практическое применение при анализе происхождения сил и понимании того, какие силы являются внешними по отношению к системе.

Мы легко можем увидеть в действии третий закон Ньютона, взглянув на то, как люди передвигаются. Представьте, что пловец отталкивается от края бассейна ((Рисунок)). Она толкается ногами о стену бассейна и ускоряется в направлении, противоположном ее толчку.Стена оказывает на пловца равную и противоположную силу. Вы можете подумать, что две равные и противоположные силы уравновешиваются, но они не равны , потому что они действуют на разные системы . В этом случае есть две системы, которые мы могли бы исследовать: пловец и стенка. Если мы выберем пловца в качестве интересующей системы, как на рисунке, то

является внешней силой для этой системы и влияет на ее движение. Пловец движется в направлении этой силы.Напротив, сила

действует на стену, а не на нашу интересующую систему. Таким образом,

не влияет напрямую на движение системы и не отменяет

Пловец толкает в направлении, противоположном тому, в котором она хочет двигаться. Таким образом, реакция на ее толчок идет в желаемом направлении. В диаграмме свободного тела, такой как показанная на рисунке, мы никогда не включаем обе силы пары действие-противодействие; в этом случае мы используем только

, а не

.

Рис. 5.16 Когда пловец воздействует на стену, она ускоряется в противоположном направлении; другими словами, чистая внешняя сила, действующая на нее, действует в направлении, противоположном

Это противодействие возникает из-за того, что в соответствии с третьим законом Ньютона стена проявляет силу

на пловца, равную по величине, но в направлении, противоположном тому, которое она на него оказывает. Линия вокруг пловца указывает на интересующую его систему.Таким образом, диаграмма свободного тела показывает только

w (сила тяжести) и BF, которая представляет собой выталкивающую силу воды, поддерживающую вес пловца. Вертикальные силы w и BF компенсируются, потому что нет вертикального ускорения.

Легко найти другие примеры третьего закона Ньютона:

  • Когда профессор ходит перед доской, он прикладывает силу назад к полу. Пол оказывает на профессора противодействующую силу, которая заставляет его ускоряться.
  • Автомобиль ускоряется вперед, потому что земля толкает ведущие колеса вперед в ответ на движение ведущих колес по земле. Вы можете увидеть свидетельство того, что колеса отталкиваются назад, когда шины вращаются на гравийной дороге и отбрасывают камни назад.
  • Ракеты движутся вперед, выбрасывая газ назад с большой скоростью. Это означает, что ракета оказывает большое обратное усилие на газ в камере сгорания ракеты; следовательно, газ оказывает на ракету большую реактивную силу.Эта сила реакции, которая толкает тело вперед в ответ на силу, направленную назад, называется тягой и . Распространенное заблуждение, что ракеты движутся сами по себе, толкаясь о землю или воздух позади них. На самом деле они лучше работают в вакууме, где им легче выводить выхлопные газы.
  • Вертолеты создают подъемную силу, выталкивая воздух вниз, тем самым испытывая восходящую силу реакции.
  • Птицы и самолеты также летают, воздействуя на воздух силой в направлении, противоположном той силе, которая им нужна.Например, крылья птицы заставляют воздух двигаться вниз и назад, чтобы подняться и двигаться вперед.
  • Осьминог движется в воде, выбрасывая воду через воронку из своего тела, подобно водному мотоциклу.
  • Когда человек тянет вниз по вертикальной веревке, веревка тянет человека вверх ((Рисунок)).
Рисунок 5.17 Когда альпинист тянет веревку вниз, веревка тянет вверх альпиниста.

Есть две важные особенности третьего закона Ньютона.Во-первых, прилагаемые силы (действие и противодействие) всегда равны по величине, но противоположны по направлению. Во-вторых, эти силы действуют на разные тела или системы: сила A, действует на B, , а сила B действует на A . Другими словами, две силы – это разные силы, которые не действуют на одно и то же тело. Таким образом, они не отменяют друг друга.

Для ситуации, показанной на (Рисунок), третий закон указывает, что, поскольку стул толкает мальчика вверх с силой

он толкает стул вниз с силой

Точно так же он толкает вниз силой

и

на полу и на столе соответственно.Наконец, поскольку Земля тянет мальчика вниз с силой

он тянет вверх по Земле с силой

.

. Если бы этот студент в отчаянии сердито ударил по столу, он быстро усвоил бы болезненный урок (которого можно избежать, изучая законы Ньютона), что стол наносит столь же сильный удар.

Человек, идущий или бегущий, инстинктивно применяет третий закон Ньютона. Например, бегун на (Рис.) Толкает назад землю так, что это толкает его вперед.

Рис. 5.18 Бегун подчиняется третьему закону Ньютона. (а) Бегун прилагает силу к земле. (b) Сила реакции земли на бегуна толкает его вперед.

Пример

Силы на неподвижном объекте

Пакет на (Рис.) Стоит на весах. Силы на упаковке

, что связано с масштабом, и

, который возникает из-за гравитационного поля Земли.Силы реакции, которые оказывает пачка, составляют

.

по шкале и

на Земле. Поскольку пакет не ускоряется, применение второго закона дает

т.

Таким образом, показания весов показывают величину веса упаковки. Однако весы не измеряют вес упаковки; он измеряет силу

на его поверхности.Если система разгоняется,

и

не будет равным, как объясняется в разделе «Применение законов Ньютона».

Рис. 5.19. (a) Силы, действующие на упаковку, лежащую на весах, вместе с их силами реакции. Сила

– это вес упаковки (сила земного притяжения) и

.

– это сила шкалы на упаковке. (b) Изоляция системы «пакет-масштаб» и системы «пакет-Земля» делает ясными пары действия и реакции.

Пример

Начало работы: выбор правильной системы

Профессор физики толкает тележку с демонстрационным оборудованием в лекционный зал ((Рисунок)). Ее масса 65,0 кг, масса тележки 12,0 кг, масса оборудования 7,0 кг. Вычислите ускорение, возникающее при приложении профессором к полу обратной силы 150 Н. Все силы, противодействующие движению, такие как трение колес тележки и сопротивление воздуха, составляют 24,0 Н.

Рисунок 5.20 Профессор толкает тележку со своим демонстрационным оборудованием. Длины стрелок пропорциональны величине сил (кроме

, потому что он слишком мал для масштабирования). Система 1 подходит для этого примера, потому что она запрашивает ускорение всей группы объектов. Только

и

– это внешние силы, действующие на Систему 1 вдоль линии движения. Все остальные силы либо отменяют, либо действуют во внешнем мире.Система 2 выбрана для следующего примера, так что

– внешняя сила и подчиняется второму закону Ньютона. Диаграммы свободного тела, которые служат основой второго закона Ньютона, меняются в зависимости от выбранной системы.

Стратегия

Поскольку они ускоряются как единое целое, мы определяем систему как профессора, тележку и оборудование. Это Система 1 на (Рисунок). Профессор толкается назад с силой

.

из 150 Н. Согласно третьему закону Ньютона, пол создает прямую противодействующую силу

из 150 Н в Системе 1.Поскольку все движения горизонтальны, мы можем предположить, что в вертикальном направлении нет результирующей силы. Следовательно, задача одномерная по горизонтали. Как уже отмечалось, трение f противодействует движению и, таким образом, имеет направление, противоположное

.

Силы не включаем

или

, потому что это внутренние силы, и мы не включаем

, потому что он действует на пол, а не на систему.Никаких других значительных сил, действующих на Систему 1. Если чистая внешняя сила может быть найдена из всей этой информации, мы можем использовать второй закон Ньютона, чтобы найти требуемое ускорение. См. Диаграмму свободного тела на рисунке.

Решение

Второй закон Ньютона дает

Чистая внешняя сила в Системе 1 выводится из (Рисунок) и предыдущего обсуждения, чтобы быть

.

Масса Системы 1

Эти значения

и м дают ускорение

Значение

Ни одна из сил между компонентами Системы 1, например, между руками профессора и тележкой, не влияет на чистую внешнюю силу, потому что они являются внутренними по отношению к Системе 1.Другой способ взглянуть на это состоит в том, что силы между компонентами системы компенсируются, потому что они равны по величине и противоположны по направлению. Например, сила, прилагаемая профессором к тележке, приводит к тому, что на профессора действует равная и противоположная сила. В этом случае обе силы действуют на одну и ту же систему и, следовательно, отменяются. Таким образом, внутренние силы (между компонентами системы) отменяются. Выбор Системы 1 имел решающее значение для решения этой проблемы.

Пример

Усилие на тележке: выбор новой системы

Рассчитайте силу, которую профессор оказывает на тележку (рисунок), используя при необходимости данные из предыдущего примера.

Стратегия

Если мы определим интересующую систему как тележку плюс оборудование (Система 2 на (Рисунок)), то чистая внешняя сила в Системе 2 – это сила, которую профессор оказывает на тележку за вычетом трения. Сила, которую она оказывает на тележку,

, это внешняя сила, действующая на Систему 2.

был внутренним по отношению к Системе 1, но он был внешним по отношению к Системе 2 и, таким образом, соответствует второму закону Ньютона для этой системы.

Решение

Второй закон Ньютона можно использовать, чтобы найти

Начнем с

Величина чистой внешней силы в Системе 2 составляет

.

Решаем на

, желаемое количество:

Дано значение f , поэтому мы должны вычислить чистую

Это можно сделать, потому что известны и ускорение, и масса Системы 2.Используя второй закон Ньютона, мы видим, что

, где масса Системы 2 составляет 19,0 кг (

) и его ускорение оказалось равным

в предыдущем примере. Таким образом,

Теперь мы можем найти желаемую силу:

Значение

Эта сила значительно меньше, чем сила в 150 Н, которую профессор приложил к полу. Не вся сила 150 Н передается на тележку; кое-что ускоряет профессора.Выбор системы – важный аналитический шаг как в решении проблем, так и в глубоком понимании физики ситуации (что не обязательно одно и то же).

Проверьте свое понимание

Два блока находятся в покое и контактируют на поверхности без трения, как показано ниже, с

и приложенная сила 24 Н. (a) Найдите ускорение системы блоков. (б) Предположим, что блоки позже разделятся.Какая сила даст второму блоку массой 6,0 кг такое же ускорение, как и система блоков?

[показать-ответ q = ”254706 ″] Показать решение [/ раскрыть-ответ]
[скрытый-ответ a =” 254706 ″] a.

; б. 18 Н [/ hidden-answer]

Сводка

  • Третий закон движения Ньютона представляет собой базовую симметрию в природе, с испытываемой силой, равной по величине и противоположной по направлению действующей силе.
  • Две равные и противоположные силы не отменяются, потому что они действуют на разные системы.
  • Пары действие-реакция включают пловца, отталкивающего стену, вертолеты, создающие подъемную силу, выталкивая воздух вниз, и осьминога, толкающего себя вперед, выбрасывая воду из своего тела. Ракеты, самолеты и автомобили толкаются вперед за счет силы реакции тяги.
  • Выбор системы – важный аналитический шаг в понимании физики проблемы и ее решении.

Концептуальные вопросы

Определите силы действия и противодействия в следующих ситуациях: (а) Земля притягивает Луну, (б) мальчик бьет футбольный мяч, (в) ракета ускоряется вверх, (г) машина ускоряется вперед, (д) ​​высоко прыгун прыгает, и (е) из ружья выпускается пуля.

[показывать-ответ q = ”fs-id1165036892332 ″] Показать решение [/ показывать-ответ]

[скрытый-ответ a = ”fs-id1165036892332 ″]

а. действие: Земля притягивает Луну, реакция: Луна притягивает Землю; б. действие: ступня прикладывает силу к мячу, реакция: мяч прикладывает силу к ступне; c. действие: ракета толкает газ, реакция: газ толкает ракету обратно; d. действие: автомобильные шины толкают назад по дороге, реакция: дорога толкает вперед шины; е. действие: парашютист толкает перемычку вниз, реакция: земля толкает перемычку; f.Действие: пистолет толкает пулю вперед, реакция: пуля толкает пистолет назад.

[/ hidden-answer]

Предположим, вы держите в руке чашку кофе. Определите все силы на чашке и реакцию на каждую силу.

(a) Почему обычная винтовка дает отдачу (отдачу назад) при выстреле? (b) Ствол безоткатного ружья открыт с обоих концов. Опишите, как действует третий закон Ньютона при увольнении. (c) Можете ли вы безопасно стоять рядом с одним из них, когда из него стреляют?

[показывать-ответ q = ”fs-id1165038395961 ″] Показать решение [/ показывать-ответ]

[скрытый-ответ a = ”fs-id1165038395961 ″]

а.Винтовка (снаряд, поддерживаемый винтовкой) прикладывает силу, чтобы выбить пулю; реакция на эту силу – это сила, которую пуля оказывает на винтовку (снаряд) в противоположном направлении. б. В безоткатной винтовке гильза не закреплена в винтовке; следовательно, когда пуля продвигается вперед, снаряд выталкивается из противоположного конца ствола. c. Стоять за безоткатным ружьем небезопасно.

[/ hidden-answer]

Проблемы

(a) Какая чистая внешняя сила действует на 1100.0-кг артиллерийский снаряд выпущен с линкора при ускорении снаряда до

(b) Какова величина силы, прилагаемой к кораблю артиллерийским снарядом, и почему?

[показывать-ответ q = ”fs-id1165037848609 ″] Показать решение [/ показывать-ответ]

[скрытый-ответ a = ”fs-id1165037848609 ″]

а.

г. Сила, приложенная к кораблю, также равна

.

, потому что он противоположен направлению движения снаряда.
[/ hidden-answer]

Храброго, но неадекватного игрока в регби отталкивает назад противник, который прилагает к нему силу 800,0 Н. Масса проигравшего игрока плюс оборудование составляет 90,0 кг, и он ускоряется назад на

.

. (а) Какова сила трения между ногами проигравшего игрока и травой? (b) Какую силу прилагает выигравший игрок к земле, чтобы двигаться вперед, если его масса плюс снаряжение составляет 110,0 кг?

Книга по истории лежит на столе по физике, как показано ниже; также показана диаграмма свободного тела.Книги по истории и физике весят 14 Н и 18 Н соответственно. Обозначьте каждую силу, действующую на каждую книгу, с помощью двойного индекса (например, сила контакта книги истории, прижатой к книге физики, может быть описана как

), и определить значение каждой из этих сил, объясняя используемый процесс.

[раскрыть-ответ q = ”386367 ″] Показать решение [/ раскрыть-ответ]
[скрытый-ответ a =” 386367 ″] Поскольку вес книги истории – это сила, оказываемая Землей на книгу истории, мы представляем это как

Помимо этого, книга истории взаимодействует только с книгой по физике.Поскольку ускорение книги истории равно нулю, результирующая сила, действующая на него, равна нулю по второму закону Ньютона:

где

– это сила, которую книга физики оказывает на книгу истории. Таким образом,

Мы обнаружили, что книга по физике оказывает на книгу по истории восходящую силу величиной 14 Н. На книгу по физике действуют три силы:

из-за Земли,

из-за книги истории и

за счет рабочего стола.Так как книга по физике весит 18 Н, то

Из третьего закона Ньютона,

т.

Второй закон Ньютона, примененный к книге по физике, дает

или

т.

Стол оказывает на книгу по физике направленную вверх силу 32 Н. Чтобы прийти к такому решению, мы дважды применяем второй закон Ньютона и один раз третий закон Ньютона. [/ Hidden-answer]

Грузовик сталкивается с автомобилем, и во время столкновения результирующая сила, действующая на каждое транспортное средство, по сути, является силой, прилагаемой другим.Допустим, масса автомобиля 550 кг, масса грузовика 2200 кг, а величина ускорения грузовика

.

. Найдите величину ускорения автомобиля.

Глоссарий

Третий закон движения Ньютона
всякий раз, когда одно тело прикладывает силу ко второму телу, первое тело испытывает силу, равную по величине и противоположную по направлению силе, которую оно прикладывает
тяга
сила реакции, которая толкает тело вперед в ответ на силу, направленную назад

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

Абстрактный

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

Информация о журнале

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

Информация об издателе

С момента своего основания в 1890 году в качестве одного из трех основных подразделений Чикагского университета, University of Chicago Press взяла на себя обязательство распространять стипендии высочайшего стандарта и публиковать серьезные работы, которые способствуют образованию, способствуют общественному пониманию. , и обогатить культурную жизнь. Сегодня Отдел журналов издает более 70 журналов и сериалов в твердом переплете по широкому кругу академических дисциплин, включая социальные науки, гуманитарные науки, образование, биологические и медицинские науки, а также физические науки.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *