Главная
Что устанавливает 1 закон ньютона: Что устанавливает 1 закон ньютона. Законы механики ньютона

Что устанавливает 1 закон ньютона: Что устанавливает 1 закон ньютона. Законы механики ньютона

Закон Ньютона. Инерциальные системы Масса и импульс тела

©stom.tilimen.org 2022
әкімшілігінің қараңыз



ДИНАМИКА

  • 2. Масса и импульс тела

  • 3. Второй закон Ньютона. Принцип суперпозиции

  • 4. Третий закон Ньютона

  • 6. Основное уравнение динамики поступательного движения произвольной системы тел

  • 7. Закон сохранения импульса

Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета

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

  • Стремление тела сохранить состояние покоя или равномерного прямолинейного движения называется инертностью. Поэтому первый закон Ньютона называют законом инерции.


Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета

  • Инерциальной системой отсчёта является такая система отсчёта, относительно которой материальная точка, свободная от внешних воздействий, либо покоится, либо движется прямолинейно и равномерно (т.е. с постоянной скоростью).

  • Таким образом, первый закон Ньютона утверждает существование инерциальных систем отсчёта.


Инерциальные системы отсчета

  • Опытным путём установлено, что инерциальной системой отсчёта можно считать гелиоцентрическую (звёздную) систему отсчёта (начало координат находится в центре Солнца, а оси проведены в направлении определённых звёзд). Система отсчёта, связанная с Землей, строго говоря, неинерциальная, однако эффекты, обусловленные её неинерциальностью (Земля вращается вокруг собственной оси и вокруг Солнца) при решении многих задач малы, и в этих случаях её можно считать инерциальной.

  • Из приведённых выше примеров легко понять, что основным признаком инерциальной системы является отсутствие ускорения.


Первый закон Ньютона

  • Сущность первого закона Ньютона может быть сведена к трём основным положениям:

  • все тела обладают свойствами инерции;

  • существуют инерциальные системы отсчёта, в которых выполняется первый закон Ньютона;

  • движение относительно. Если тело А движется относительно тела отсчета В со скоростью υ, то и тело В, в свою очередь, движется относительно тела А с той же скоростью, но в обратном направлении .


Масса и импульс тела

  • Всякое тело противится попыткам изменить его состояние движения. Это свойство тел, как мы уже говорили, называется инертностью (следует из первого закона Ньютона).

  • Мерой инертности тела является величина, называемая массой.

  • Масса – величина аддитивная (масса тела равна сумме масс частей, составляющих это тело).

  • Произведение массы тела m на скорость называется импульсом тела :


Второй закон Ньютона

  • Математическое выражение второго закона Ньютона:

  • (1)

  • Скорость изменения импульса тела равна действующей на него силе.

  • Отсюда можно заключить, что

  • – изменение импульса тела равно импульсу силы.


Второй закон Ньютона. Основное уравнение динамики

  • Из (1) получим выражение второго закона через ускорение a :

  • Так как масса в классической нерелятивистской механике есть величина, которая от скорости не зависит, имеем:

  • (2)

  • Уравнение (2) является привычной формой написания второго закона Ньютона.

  • Уравнение (2) называется основным уравнением динамики


Принцип суперпозиции или принцип независимости действия сил

  • Силы в механики подчиняются принципу суперпозиции. Если на материальную точку действуют несколько сил, то результирующая сила равна геометрической сумме всех сил, действующих на материальную точку:

  • Если на материальную точку действует несколько сил, то каждая из них сообщает точке такое же ускорение, как если бы других сил не было.



Третий закон Ньютона

  • Действие тел друг на друга носит характер взаимодействия.

  • Третий закон Ньютона отражает тот факт, что сила есть результат взаимодействия тел, и устанавливает, что силы, с которыми действуют друг на друга два тела, равны по величине и противоположны по направлению.



Пределы применимости законов Ньютона

  • Однако, третий закон справедлив не всегда. Он выполняется в случае контактных взаимодействий, т.е. при соприкосновении тел, а также при взаимодействии тел, находящихся на расстоянии друг от друга, но покоящихся друг относительно друга.

  • Законы Ньютона плохо работают при скоростях сравнимых со скоростью света в вакууме (релятивистская механика) а также, при движении тел очень малых размеров, сравнимых с размерами элементарных частиц. Так, например, нуклоны внутри ядра, кварки внутри нуклонов, и даже электроны внутри атома, не подчиняются законам Ньютона.



Центр масс или центр инерции системы материальных точек

Центр масс и центр тяжести системы материальных точек

  • При этом не надо путать центр масс с центром тяжести системы – с точкой приложения равнодействующей сил тяжести всех тел системы.

  • Центр тяжести совпадает с центром масс (центром инерции), если g (ускорение силы тяжести) для всех тел системы одинаково (когда размеры системы гораздо меньше размеров Земли).


Скорость центра инерции. Импульс системы материальных точек

  • Скорость центра инерции системы равна:

  • Здесь – импульс

  • системы тел. – скорость i-го

  • тела системы. Так как ,

  • то импульс системы можно определить по формуле:



Импульс системы тел

Основное уравнение динамики поступательного движения произвольной системы тел

  • Тела, не входящие в состав рассматриваемой системы, называют внешними телами, а силы, действующие на систему со стороны этих тел – внешними силами. Силы взаимодействия между телами внутри системы, называют внутренними силами.


Каталог: SHARED
SHARED -> В. Б. Сапрыкин С. Г. Жуков


жүктеу/скачать 445 b.


Достарыңызбен бөлісу:

Третий Закон Ньютона 10 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

Третий закон Ньютона

 

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

 

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

Рис. 1. Опыт с динамометрами

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

Рис. 2. Приобретение ускорения при взаимодействии

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

Следовательно:

 

Согласно второму закону Ньютона:

 – сила, с которой на вас действует друг с братом

 – сила, с которой вы действуете на друга с братом

 

Так как ускорения противонаправленные, то:

 

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

Рис. 3. Третий закон Ньютона

 

Основной экспериментальный закон динамики

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

Рис. 4. Отношение ускорений не зависит от характера взаимодействия

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

Рис. 5. Взаимодействие двух тел с разными массами

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

Рис. 6. Основной экспериментальный закон динамики

 

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

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

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

Рис. 7. Парадокс равнодействующей силы

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

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

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

Рис. 9. Равновесие нарушится в сторону сосуда с грузиком

 

Основные сведения о законах Ньютона

 

 

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

 

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

 

Некоторые особенности взаимодействия тел. Принцип относительности Галилея

Выводы, которые возникают при рассмотрении законов Ньютона:

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

Рис. 10. Все силы в природе всегда возникают парами

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

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

 

Разбор качественной задачи

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

Рис. 11. Иллюстрация к задаче

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

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

Рис. 12. Иллюстрация к задаче

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

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

Рис. 13. Иллюстрация к задаче

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

 

Список литературы

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

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

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

 

Домашнее задание

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

 

Третий закон Ньютона – Libtime

  1. Главная
  2. Физика
  3. Третий закон Ньютона

Елена Голец 6153

Третий закон Ньютона указывает, при каком совершенно обязательном условии сила может возникнуть и подействовать на какое-либо тело; если это коренное условие отсутствует, то никакого действия не получится.

Законы движения

В своей книге Ньютон доказал, что законы движения едины и одинаковы как для Земли, так и для небесных тел. Луна обращается вокруг Земли, планеты обегают Солнце, хвостатые странницы — кометы путешествуют в пространстве.

И все небесные светила подчиняются тем же самым законам механики, которые действительны и для яблока, падающего с ветки, и для пыли, подхваченной вихрем на дороге, и для камня, брошенного человеческой рукой.

В основе всякого механического движения, где бы оно ни совершалось, лежат простые и естественные законы.

  • Первый закон Ньютона устанавливает, что происходит с предметом, когда действующие на него силы уравновешены.
  • Второй закон Ньютона показывает, что случится с телом, когда на него подействует неуравновешенная сила.
  • Третий закон движения основывается на повседневной практике, на опыте людей; он так же естествен и прост, как и первые два закона, но уяснить его не так-то легко.

Готемский градоначальник

В Англии очень распространены шуточные рассказы о жителях Готема — сказочного города, из которого, по английским преданиям, расплодились по всему свету дураки. Рассказывают, что в Готеме градоначальника долго не было, потому что готемцы не знали, как среди глупых выбрать самого умного. Однажды они увидели, что перед большой лужей на городской площади стоит человек и изо всех сил тянет сам себя за волосы кверху.

— Что ты делаешь?

— спросили удивленные готемцы этого человека.

— А разве вы не видите?

— отвечал им человек. —

Я поднимаю сам себя за волосы, для того чтобы перенести свои ноги через эту лужу.
— О-о!

— воскликнули готемцы. —

Этот человек самый умный среди нас!

— И они тотчас же выбрали его градоначальником. Но разве может человек приподнять сам себя за волосы? Это просто немыслимо, нелепо, невозможно. Ни один предмет не в состоянии двигаться один сам по себе, всегда требуется участие другого тела. И то, что мы называем силой, есть результат взаимодействия между двумя различными предметами. Один предмет действует на второй, но и сам испытывает на себе действие второго.

И в этом смысл и суть третьего закона движения. В учебниках этот закон в краткой форме записан так:

Всякое действие вызывает равное и противоположно направленное противодействие.

Опыты Ньютона

Когда Ньютон обдумывал свои первые два закона, он не ставил опытов — для доказательства этих законов было достаточно повседневных наблюдений и опытов других ученых, живших до него. Третий закон нуждался в доказательствах. Чтобы действие третьего закона движения стало нагляднее и убедительнее, Ньютон предложил несколько опытов.

Из сухой дощечки ученый вырезал две совершенно одинаковые лодочки. Потом он налил в таз воды и пустил туда свои лодочки. В одну лодочку Ньютон положил маленький намагниченный стальной брусок, а в другую точно такой же брусок, но сделанный из простого железа. Обе лодочки Ньютон развел в стороны. Лодочку с железным брусочком он отпустил, а нагруженную магнитом придержал рукой на месте.
Повинуясь притяжению магнита, железный брусок потянул свою лодочку, поплыл и вскоре пристал к магниту. Ничего удивительного в этом никто, конечно, не увидел. Уже тогда всем было известно свойство магнита притягивать к себе железные предметы.

Ньютон продолжал свой опыт. Он снова развел лодочки в стороны, но на этот раз удержал на месте лодочку, груженную железным бруском, а лодочку с магнитом отпустил в свободное плавание. Теперь лодочка с намагниченным «пассажиром», чуть покачиваясь, поплыла к железному бруску.

Если бы Ньютон не знал, какой из брусочков намагничен, он в этом опыте не смог бы отличить их друг от друга: железо притягивалось к магниту точно так же, как магнит притягивался к железу. После этого Ньютон в третий раз развел лодочки к краям таза и отпустил их.

Обе лодочки поплыли навстречу друг другу. Они столкнулись на середине таза и остановились. Опыт убедил ученого, что магнит притягивает железо с такой же силой, с какой железо притягивает к себе магнит.

И мы наблюдаем не действие магнита на железо или железа на магнит, а их взаимодействие. Именно поэтому обе лодочки сейчас плавают в тазике так спокойно. Если между ними не было бы взаимодействия, рассуждал Ньютон, то опыт привел бы к иным результатам.

Представим себе, что только магнит способен притягивать к себе железо. В этом случае лодочка с железным бруском поплывет к магниту, а лодочка с магнитом останется неподвижной. А затем должно произойти нечто невероятное — лодочка с железным бруском, подплывшая к магниту, стукнется о его лодочку и погонит ее в сторону со все возрастающей скоростью.

Железо, притягиваемое магнитом, толкало бы его и двигало непрерывно вперед. Но в действительности так не получается. Лодочки стоят посреди таза, тесно прижавшись друг к другу, нажимая своими краями друг на друга. Действие магнита встречает равное и противоположно направленное противодействие железа, то есть мы наблюдаем не действие одного предмета на другой, а их взаимодействие.

И Ньютон сформулировал свой третий закон:

Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе — взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены в противоположные стороны.

Третий закон Ньютона очень часто называют законом действия и противодействия, но правильнее называть его законом взаимодействия, потому что сущность закона состоит именно во взаимодействии тел.

Рейтинг: 5/5 – 3 голосов

7.9: Первый закон движения Ньютона — инерция

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  • Идентификатор страницы
    200157
    • OpenStax
    • OpenStax

    Цели обучения

    • Определение массы и инерции.
    • Поймите первый закон движения Ньютона.

    Опыт подсказывает, что покоящийся объект останется в покое, если его оставить в покое, и что движущийся объект имеет тенденцию замедляться и останавливаться, если не предпринимать никаких усилий для поддержания его движения. Однако

    первый закон движения Ньютона утверждает следующее:

    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 результирующая внешняя сила.

    Обратите внимание на повторное использование глагола «остается». Мы можем думать об этом законе как о сохранении статус-кво движения.

    Вместо того, чтобы противоречить нашему опыту, Первый закон движения Ньютона утверждает, что должна быть причина (которая является чистой внешней силой) для любого изменения скорости (либо изменения величины, либо направления) . Мы определим чистую внешнюю силу в следующем разделе. Объект, скользящий по столу или полу, замедляется из-за суммарной силы трения, действующей на объект. Если трение исчезнет, ​​будет ли объект по-прежнему замедляться?

    Представление о причине и следствии имеет решающее значение для точного описания того, что происходит в различных ситуациях. Например, рассмотрим, что происходит с объектом, скользящим по шероховатой горизонтальной поверхности. Объект быстро останавливается. Если мы посыпаем поверхность тальком, чтобы сделать поверхность более гладкой, объект будет скользить дальше. Если мы сделаем поверхность еще более гладкой, нанеся на нее смазочное масло, объект будет скользить еще дальше. Экстраполируя на поверхность без трения, мы можем представить объект, бесконечно скользящий по прямой линии. Таким образом, трение — это вызывают замедления (в соответствии с первым законом Ньютона). Объект вообще не замедлился бы, если бы трение было полностью устранено. Рассмотрим стол для аэрохоккея. Когда воздух отключен, шайба скользит только на короткое расстояние, прежде чем трение замедляет ее до остановки. Однако, когда воздух включен, создается поверхность, практически лишенная трения, и шайба скользит на большие расстояния, не замедляясь. Кроме того, если мы достаточно знаем о трении, мы можем точно предсказать, как быстро объект замедлится. Трение — это внешняя сила.

    Первый закон Ньютона является полностью общим и может быть применен ко всему: от предмета, скользящего по столу, до спутника на орбите и до крови, перекачиваемой из сердца. Эксперименты полностью подтвердили, что любое изменение скорости (скорости или направления) должно быть вызвано внешней силой. Идея общеприменимых или универсальных законов важна не только здесь — это основная черта всех законов физики. Выявление этих законов похоже на распознавание закономерностей в природе, из которых можно обнаружить дальнейшие закономерности. Гениальность Галилея, впервые разработавшего идею первого закона, и Ньютона, разъяснившего его, заключалась в том, чтобы задать фундаментальный вопрос: «Что есть причина?» Мышление в терминах причины и следствия — это мировоззрение, в корне отличное от типичного древнегреческого подхода, когда такие вопросы, как «Почему у тигра полосы?» ответили бы в аристотелевской манере: «Такова природа зверя». Возможно, это правда, но не полезное понимание.

    Масса

    Свойство тела оставаться в покое или двигаться с постоянной скоростью называется инерцией . Первый закон Ньютона часто называют законом инерции. Как мы знаем из опыта, одни объекты обладают большей инерцией, чем другие. Очевидно, что изменить движение большого валуна сложнее, чем, например, баскетбольного мяча. Инерция объекта измеряется его массой . Грубо говоря, масса — это мера количества «вещества» (или материи) в чем-либо. Количество или количество материи в объекте определяется количеством содержащихся в нем атомов и молекул различных типов. В отличие от веса, масса не зависит от местоположения. Масса объекта одинакова на Земле, на орбите или на поверхности Луны. На практике очень сложно сосчитать и идентифицировать все атомы и молекулы в объекте, поэтому массы не часто определяются таким образом. Оперативно массы предметов определяются путем сравнения с эталонным килограммом.

    Упражнение \(\PageIndex{1}\)

    Что имеет большую массу: килограмм ватных шариков или килограмм золота?

    Ответить

    Они равны. Килограмм одного вещества равен по массе килограмму другого вещества. Величины, которые могут различаться между ними, – это объем и плотность.

    Резюме

    • Первый закон движения Ньютона гласит, что покоящееся тело остается в покое или, если оно движется, остается в движении с постоянной скоростью, если на него не действует результирующая внешняя сила. Это также известно как закон инерции .
    • Инерция — это тенденция объекта оставаться в покое или оставаться в движении. Инерция связана с массой объекта.
    • Масса – количество вещества в веществе.
    инерция
    склонность объекта оставаться в покое или двигаться
    закон инерции
    см. первый закон движения Ньютона
    масса
    количество вещества в веществе; измеряется в килограммах
    Первый закон Ньютона
    тело, находящееся в состоянии покоя, остается в покое или, если оно находится в движении, остается в движении с постоянной скоростью, если на него не действует результирующая внешняя сила; также известный как закон инерции

    Эта страница под заголовком 7.9: Первый закон движения Ньютона — инерция распространяется по лицензии CC BY и была создана, изменена и/или курирована OpenStax.

    1. Наверх
      • Была ли эта статья полезной?
      1. Тип изделия
        Раздел или Страница
        Автор
        ОпенСтакс
        Лицензия
        СС BY
        Показать страницу TOC
        № на стр.
        Включено
        да
      2. Теги
        1. инерция
        2. закон инерции
        3. масса
        4. источник[1]-физ-1498

      Видео-урок: Первый закон движения Ньютона

      Стенограмма видео

      В этом видео мы будем обсуждение первого закона движения Ньютона. Это одна из трех работ Исаака Ньютона. известные законы, составляющие краеугольный камень классической физики. Но прежде чем мы посмотрим на заявление первого закона, представим следующий сценарий.

      Допустим, у нас есть мяч и это мяч имеет массу, которую мы будем называть 𝑚, один килограмм. Пока мяч просто сидит здесь. он стационарный; это не движущийся. Но тогда давайте просто скажем, что кто-то подходит и толкает мяч слева направо. Другими словами, рука этого человека действует на мяч с силой. Мы можем представить силу, которую человек оказывает на мяч со стрелкой, действующей на мяч вправо. Теперь величина или размер сила чаще всего измеряется в единице, называемой ньютоном. Итак, скажем, человек проявляет сила в один ньютон на шаре.

      В этом случае, что происходит с наш мяч сейчас? Ну, интуитивно, мы могли бы подумать что мяч начнет двигаться. Ведь кто-то толкнул слева направо. Итак, мы думаем, что мяч переместится в правильно, и это будет правильно. Как именно движется мяч — это то, как быстро и как стремительно он разгоняется — мы сейчас увидим. Но общее утверждение мы можем сделать здесь мяч начинает двигаться вправо, когда изначально он был стационарный. И это все из-за сила, с которой это лицо действует на мяч.

      Хорошо, а теперь представим то же самое мяч еще раз, мяч массой один килограмм, и он изначально стационарно, как и прежде. Теперь, вместо одного человек прикладывает силу к нашему мячу, давайте посмотрим, что произойдет, если два человека приложат силу на наш мяч, особенно когда один человек прикладывает силу к мячу вправо, а другой человек прикладывает силу к мячу слева. Важно отметить, что в этом сценарии мы будем считать, что сила, действующая вправо, равна одному ньютону, а сила усилие влево также равно одному ньютону.

      Другими словами, оба человека толкая мяч толкают с той же величиной или размером силы. Они просто толкают вопреки направления, потому что похоже, что этот человек собирался толкнуть мяч еще раз вправо, как мы видели здесь. Но затем этот человек, нарисованный синим цветом решил предотвратить это, приложив силу в направлении, противоположном тому же величина. В этой ситуации сила сила, приложенная вправо, точно компенсируется силой, приложенной к оставил. Они оба имеют одинаковую величину одного ньютона.

      Таким образом, это эффективно в держать мяч неподвижно именно там, где он есть? Ну, это когда Ньютон впервые Закон движения может войти в картину. Первый закон движения Ньютона говорит нам, что объект в покое останется в покое. И объект, движущийся с постоянная скорость будет продолжать двигаться с этой скоростью, если на нее не воздействуют неуравновешенная сила. Теперь многое нужно понять. Итак, давайте разберем это предложение. мало по малу. Первая часть предложения говорит об объекте в состоянии покоя. Это означает, что речь идет о объект изначально неподвижен, точно так же, как мяч, который мы здесь обсуждали. И этот закон говорит о том, что объект в состоянии покоя останется в покое. И мы проигнорируем немного о постоянная скорость пока. Так что наш объект останется в покое если на него не действует неуравновешенная сила.

      Теперь, что мы подразумеваем под неуравновешенная сила? Ну, неуравновешенная сила просто тот, который не уравновешен другими силами. То есть, когда силы, действующие на объекты не полностью компенсируют друг друга. В первом сценарии, который мы считается, что у нас была одна рука, прилагающая силу в один ньютон вправо к нашему мяч. И эта сила в один ньютон не была противодействовать любым другим силам. Следовательно, эта сила в один ньютон равна действительно неуравновешенная сила. Однако стоит отметить, что неуравновешенная сила не обязательно должна быть просто одной силой, действующей на объект. Мы могли бы, например, иметь много силы, действующие на наш объект.

      В данном случае мы показали три заставляет всех действовать вправо. И чистый или общий эффект эти три силы действуют вместе, мы можем назвать это суммарной силой, действующей на мяч, равной в этом случае равна очень большой силе, действующей вправо и имеющей величину равным величинам трех розовых сил, сложенных вместе. И даже эта чистая сила считается неуравновешенная сила, потому что нет другой силы, действующей в противоположном направлении чтобы полностью сбалансировать его или противодействовать ему. Итак, если наш объект имеет несбалансированный сила, действующая на него, то тело уже не будет оставаться в покое. Это и есть первый закон Ньютона говорит нам движение.

      И помните, объект в этом В конкретном сценарии наш шар изначально находился в состоянии покоя. Так что это началось стационарно и затем мы приложили к нему чистую силу, и в этом случае мяч начинает двигаться. Он перестает находиться в состоянии покоя. В частности, он ускоряет или изменяет скорость в направлении чистой силы. И как мы видели с этим мячом здесь, когда мы толкнули его вправо, мяч начал двигаться вправо.

      Однако, если мы теперь рассмотрим наш шар, который изначально был неподвижен, и мы прикладываем к нему другую силу, точно противодействует первой силе справа — допустим, сила справа имеет величина в один ньютон, а сила слева также имеет величину в единицу Ньютон, что-то вроде этого сценария здесь — тогда чистый или общий эффект этих две силы вместе взятые, сила в один ньютон вправо и сила в один ньютон на влево, эквивалентно тому, если бы на шар вообще не действовали силы.

      Мы описываем это, говоря, что результирующая сила, действующая на наш объект, равна нулю. И это когда силы на мяч уравновешен. Сила в один ньютон вправо полностью уравновешивается отклонением влево одного ньютона или, другими словами, полностью компенсируются, потому что обе эти силы имеют одинаковую величину, но они действовать в противоположных направлениях. Так как силы на нашем шаре уравновешены, первый закон движения Ньютона говорит нам, что шар, который был первоначально в покое продолжает оставаться в покое. Другими словами, не собирается начать движение в каком-либо определенном направлении.

      Итак, для этого сценария здесь, где мы был мяч, который изначально был неподвижен — и у нас было два человека, прилагающих силу на нашем шаре, одна справа и одна слева, и эти силы были как раз одинаковой величины, но, очевидно, действовали в противоположных направлениях — мы можем сказать, что на наш шар не действовали никакие неуравновешенные силы. Все силы на мяче были сбалансированный. И поэтому шар изначально в покое продолжают оставаться в покое. Итак, мы видели, что изначально неподвижный объект продолжает оставаться неподвижным, если действующие на него силы равны сбалансированный. А если на него действует неуравновешенная сила этот изначально неподвижный объект, объект ускоряется. Он перестает быть неподвижным.

      Как именно неуравновешенная сила влияет на ускорение объекта, фактически определяется вторым законом Ньютона. движения, что говорит нам о том, что результирующая неуравновешенная сила, действующая на объект, равна масса тела, умноженная на ускорение, которое он испытывает в направлении неуравновешенная сила. Однако наше внимание здесь сосредоточено на Первый закон движения Ньютона. И есть еще один сценарий, который мы еще не рассматривал. В частности, первый закон Ньютона движение говорит об объекте, первоначально движущемся с постоянной скоростью.

      Итак, давайте представим наши два розовых шарика. еще раз, за ​​исключением того, что на этот раз верхний шар изначально движется со скоростью вправо, которую мы будем называть 𝑣. И допустим, что эта скорость 𝑣 равен одному метру в секунду. Так что этот мяч просто думает о своем свой бизнес, двигаясь вправо с постоянной скоростью, а затем мы входим и приложите к этому шару силу величиной в один ньютон, направленную вправо. Теперь, как мы уже видели, это неуравновешенная сила. И первый закон движения Ньютона утверждает, что объект, первоначально двигавшийся с постоянной скоростью, продолжает двигаться с постоянной скоростью, если на него не действует неуравновешенная сила.

      Теперь в этом сценарии у нас есть неуравновешенная сила, действующая на наш объект. Поэтому мяч больше не будет продолжать движение с постоянной скоростью один метр в секунду. На самом деле мяч будет ускоряться в направлении неуравновешенной силы, как определено вторым законом Ньютона движение, которое мы видели чуть раньше. Таким образом, мы можем сказать, что оказание на один ньютон вправо на нашем мяче, который первоначально двигался со скоростью метр в секунду вправо, в результате мяч ускоряется или набирает скорость в направлении неуравновешенной силы.

      Итак, в данном конкретном случае наш мяч через какое-то время будет иметь скорость вправо больше, чем один метр в секунду из-за силы, которую мы приложили к нему. Однако, если бы мы вместо этого приложить силу в один ньютон в направлении, противоположном первоначальному скорость, то шарик будет ускоряться в направлении действия неуравновешенной силы, Это означает, что через некоторое время мяч будет иметь скорость менее одного метра в секунду. второй справа. И в конце концов мяч на самом деле остановитесь, а затем начните двигаться влево. Поскольку сила в один ньютон действует в направлении, противоположном начальной скорости мяча, поэтому в этом конкретном случае, он сначала замедлит мяч, а затем начнет его движение к слева.

      Теперь давайте рассмотрим наш второй мяч. И снова он движется к вправо со скоростью один метр в секунду. И на этот раз мы прикладываем одну силу вправо на этом шаре с величиной в один ньютон и другой силой, слева с величиной в один ньютон. Еще раз, как мы видели ранее эти силы уравновешены. Следовательно, чистая сила или общая сила или результирующая сила, действующая на наш шар, равна нулю. Теперь, для этого сценария, Ньютон Первый закон сообщает нам нечто, что может показаться довольно удивительным. Это говорит нам о том, что объект, который был первоначально двигаясь с постоянной скоростью, продолжает двигаться с той же постоянной скорость, если на объект не действует результирующая сила.

      Итак, в этом конкретном сценарии наш мяч продолжает двигаться вправо со скоростью один метр в секунду. Теперь этот факт, как мы упоминали уже, может показаться нам немного удивительным, потому что мы могли бы вообразить, что для например, катить мяч по земле с начальной скоростью вправо один метр в секунду. Почему этот шар не просто продолжать катиться со скоростью один метр в секунду вечно? Почему это в конечном итоге замедляется и остановиться, когда он бежит по земле?

      Причина в том, что на самом деле на шар действует неуравновешенная сила, а именно сила трения между мячом и землей. Эта сила трения действует в направление, противоположное начальной скорости шаров. И поэтому этот сценарий больше похоже на первый сценарий, который мы рассмотрели, где есть неуравновешенная сила действующие на объект. И именно поэтому, когда мяч движется слева направо, он в конце концов замедляется и останавливается.

      Наконец, еще один необходимо рассмотреть первый закон движения Ньютона. В частности, когда речь идет о объект, первоначально движущийся с постоянной скоростью, нам сказали, что неуравновешенный Сила, действующая на этот мяч, заставит скорость мяча измениться. Мы уже рассмотрели, что произойдет с мячом, если мы приложим неуравновешенную силу в том же направлении, что и скорость объекта, и если мы приложим неуравновешенную силу в противоположном направлении, как скорость объекта. Однако и скорости, и силы являются векторными величинами. И определение вектора количество есть то, что имеет величину или размер и направление.

      Мы уже видели, как сила действие в том же направлении, что и начальная скорость объекта, заставляет его ускоряться и сила, действующая в направлении, противоположном направлению начальной скорости тела, вызывает это замедлить. Но что, если мы приложим неуравновешенное сила на объект, действующая в направлении, перпендикулярном его начальной скорость? Ну, а в этой ситуации величина скорости объекта не изменится. Он не ускорится и не замедлится. Однако направление движения объект действительно изменится. На самом деле, эта установка здесь, где сила постоянно перпендикулярна скорости, является предпосылкой для круговое движение. Другими словами, объект будет двигаться по круговой траектории, если в каждой точке траектории скорость перпендикулярно направлению действия силы.

      И обратите внимание, что это не нарушение первого закона Ньютона. Объект, который имел начальный скорость 𝑣 вправо в какой-то момент позже будет иметь другую скорость, в частности, скорость с величиной 𝑣 все еще, но скажем, в этой точке указывая вниз. И все это из-за неуравновешенная сила, которую мы приложили к объекту. Другими словами, неуравновешенный сила не обязательно должна вызывать ускорение или замедление объекта. Это также может привести к его изменению направление. И на этом этапе мы рассмотрели основы первого закона движения Ньютона.

      Итак, теперь, когда мы сформулировали этот закон достаточно подробно, давайте резюмируем то, о чем мы говорили в этом урок. Мы впервые увидели, что первый Закон движения гласит, что объект, первоначально находившийся в покое, останется в покое и объект, первоначально двигавшийся с постоянной скоростью, будет продолжать двигаться с той же скоростью. скорость, если на объект не действует неуравновешенная сила. Мы также видели, что объект имеет неуравновешенная сила, действующая на него, если все силы, действующие на объект, не суммируются вместе, чтобы дать результирующую силу, равную нулю. Итак, это краткое изложение теории Ньютона. первый закон движения.

      1-й закон Ньютона

      1-й закон Ньютона

      Предположим, вы сидите в кресле самолета, и самолет движется с постоянная скорость v по ровному воздуху. Ваш поднос опущен и на нем стоит стакан, наполненный соком. Поверхность жидкости не идеально гладкая. Стакан и жидкость покоятся?

      • Стекло и жидкость покоятся в системе отсчета самолет.
      • Стекло и жидкость, однако, не покоятся в эталоне. кадр наблюдателя на местности.

      Состояние движения (т. е. скорость) любого объекта всегда определяется относительно система отсчета .

      Вы испытываете жажду и решаете напиток. Вы берете стакан, тянете его к себе и поднимаете к себе. твои губы. Состояние движения стекла меняется в обоих эталонных кадры. Если что-то толкает или тянет предмет, мы говорим, что сила есть действующие на объект. Сила — это вектор. Он имеет величину и направление. Если на тело действуют две или более сил, то чистая сила действующая на объект векторная сумма всех сил.

      Если мы рассматриваем силы только в одном измерении, скажем, вдоль оси x, то знак силы F функций как указатель поворота. Отрицательный F указывает на отрицательный x-направлении, а положительный F указывает в положительном x-направлении. Чтобы найти чистую силу, мы просто складываем числа.

      Только в одном измерении: F нетто = F 1 + F 2 + F 3 + …  = ∑F i .
      (Символ ∑ обозначает сумму.)

      Вы тянете за стекло, следовательно, вы прилагаете силу к стеклу. Теперь стекло больше не находится в покое в раме самолета, и оно больше не движется с постоянной скоростью в системе отсчета, закрепленной на земля. Вы прикладываете силу к стеклу, и стекло меняет свое скорость, как видно на обоих кадрах. Стекло ускоряется в обоих кадрах.

      Первый закон Ньютона , также называемый законом инерция определяет специальный класс систем отсчета, называемый инерциальные системы отсчета . В нем говорится, что при просмотре в инерциальной системе отсчета покоящийся объект остается в покое а движущийся объект продолжает двигаться с постоянной скорость, если только на нее не действует внешняя результирующая сила. Рамка фиксированная в самолете, движущемся с постоянной скоростью v и рама на земле закреплены инерционные рамы.

      Вопрос:

      Являются ли все кадры инерционными?

      • Нет! Предположим, что пилот видит другой самолет на встречном курсе, и он инициирует маневры уклонения. Самолет внезапно ускоряется вправо. Ваш ремень безопасности надежно удерживает вас ваше место, но стакан и сок соскальзывают влево и падают с подноса. На стекло не действует результирующая сила, но в система отсчета фиксируется в самолете, стекло ускоряется. Маневрирующий самолет не является инерциальной системой.

      Ускоряющие системы отсчета никогда не бывают инерциальными.

      Карусель в видеоролике ниже не является инерциальным кадром. В в этой системе мяч не движется прямолинейно с постоянной скоростью, даже если результирующая сила на шаре равна нулю. Воспроизведение видеоклипа или шага через него кадр за кадром.

      Или посмотрите клип на YouTube.

      В инерциальной системе отсчета состояние движения объекта изменяется только при наличии представляет собой результирующую силу, действующую на объект. Если нет сила, действующая на тело, его скорость не изменится. Если это изначально покоится, он останется в покое, если будет двигаться с заданной скоростью в определенном направлении, он будет продолжать двигаться с той же скоростью в том же направление.

      Ссылки:

      • Машина и стена
      • Мотоциклист
      Проблема:

      В фильме «Это случилось однажды ночью» (Columbia Pictures, 1934) Кларк Гейбл стоит в остановившемся автобусе перед Клодетт. Кольбер, который сидит. Автобус внезапно начинает двигаться вперед, и Кларк падает на колени Клодетт. Почему это случилось?

      Решение:

      • Обоснование:
        Актер и автобус изначально покоятся в инерциальной системе отсчета. закрепляется на земле. Сила заставляет автобус ускоряться вперед. Изначально на стержень не действует никакая сила в горизонтальном направлении. актер, поэтому он останется в покое относительно земли. Один раз автобус начинает движение, силы трения между полом автобус и ноги актера будут пытаться предотвратить относительное движение. Так как относительно пола автобуса актер движется назад, то силы трения, противодействующие этому движению, тянут его ноги вперед направление. Его ноги не остаются под его центром, и он падает.

      Оставить комментарий