Физика закон ньютона первый: Первый закон Ньютона – Класс!ная физика

Первый закон Ньютона – Класс!ная физика

Первый закон Ньютона

Подробности

Просмотров: 482

«Физика – 10 класс»

Какое явление называют инерцией?
Что называют системой отсчёта?

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

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

Имеется лишь один выход. Надо поместить тело в условия, при которых влияние внешних взаимодействий можно делать всё меньшим и меньшим, и наблюдать, к чему это ведёт. Можно, например, наблюдать за движением гладкого камня на горизонтальной поверхности, после того как ему сообщена некоторая скорость.

(Притяжение камня к Земле компенсируется действием поверхности, на которую он опирается; на скорость его движения влияет только трение.) При этом легко обнаружить, что, чем более гладкой является поверхность, тем медленнее будет уменьшаться скорость камня. На гладком льду камень скользит весьма долго, не меняя заметно скорость. На основе подобных наблюдений можно сделать вывод: если бы поверхность была идеально гладкой, то при отсутствии сопротивления воздуха (в вакууме) камень совсем не менял бы своей скорости. Именно к такому выводу пришёл впервые Галилей.

Первый закон Ньютона:

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

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

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

Инерциальные и неинерциальные системы отсчёта.

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

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

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

В качестве примера рассмотрим систему отсчёта, связанную с автобусом. При равномерном движении автобуса пассажир может не держаться за поручень, действие со стороны автобуса компенсируется взаимодействием с Землёй.

При резком торможении автобуса стоящие в проходе пассажиры падают вперёд, получая ускорение относительно стенок автобуса (рис. 2.6). Однако это ускорение не вызвано какими-либо новыми воздействиями со стороны Земли или автобуса непосредственно на пассажиров. Относительно Земли пассажиры сохраняют свою постоянную скорость, но автобус начинает двигаться с ускорением, и пассажиры относительно него также движутся с ускорением. Ускорение появляется вследствие того, что движение их рассматривается относительно тела отсчёта (автобуса), движущегося с ускорением.

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

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

Как только вагон начинает двигаться с ускорением, нить маятника отклоняется (шарик по инерции стремится сохранить состояние покоя). С точки зрения человека, стоящего на перроне, ускорение шарика должно быть равно ускорению вагона, так как нить не разрывается и шарик движется вместе с вагоном. Шарик по-прежнему взаимодействует с теми же телами, сумма сил этого взаимодействия должна быть отлична от нуля и определять ускорение шарика.

С точки зрения пассажира, находящегося в вагоне, шарик неподвижен, следовательно, сумма сил, действующих на шарик, должна быть равна нулю, однако на шарик действуют те же силы — натяжения нити и сила Рис. 2.8 тяжести. Значит, на шарик (рис. 2.8, б) должна действовать сила

ин, которая определяется тем, что система отсчёта, связанная с вагоном, неинерциальная. Эту силу называют силой инерции (см. рис. 2.8, б).

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

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

Источник: «Физика – 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Динамика – Физика, учебник для 10 класса – Класс!ная физика

Основное утверждение механики — Сила — Инертность тела. Масса. Единица массы — Первый закон Ньютона — Второй закон Ньютона — Принцип суперпозиции сил — Примеры решения задач по теме «Второй закон Ньютона» — Третий закон Ньютона — Геоцентрическая система отсчёта — Принцип относительности Галилея. Инвариантные и относительные величины — Силы в природе — Сила тяжести и сила всемирного тяготения — Сила тяжести на других планетах — Примеры решения задач по теме «Закон всемирного тяготения» — Первая космическая скорость — Примеры решения задач по теме «Первая космическая скорость» — Вес.

Невесомость — Деформация и силы упругости. Закон Гука — Примеры решения задач по теме «Силы упругости. Закон Гука» — Силы трения — Примеры решения задач по теме «Силы трения» — Примеры решения задач по теме «Силы трения» (продолжение) —

(PDF) О первом законе Ньютона

65

О первом законе Ньютона

«классическую» формулировку, в которой изложил закон сам Ньютон [1], успеха не

имели. Похоже, что в этом вопросе мы также оказались «впереди планеты всей». Тем не

менее, следует признать, что дискуссия не закрыта, решающие аргументы в споре о

том, какая формулировка лучше, правильнее, не приведены. В настоящее время при

существующем разнообразии учебников это особенно наглядно проявляется. В учебнике

[6] 1й закон Ньютона дается в классической формулировке, а в учебниках [7,8] –

несколько подправленная альтернативная формулировка. В учебном пособии [9] для

школ и классов с углубленным изучением физики изложение следует учебнику [5], но

слова, соответствующие ньютоновской формулировке, выделены жирным шрифтом.

При последующей переработке этого учебника [10] вернулись к классическому

варианту. В некоторых учебниках избран компромиссный путь и приводятся обе

формулировки закона [11].

В учебниках для высшей школы 1й закон Ньютона, как правило, дается в

классической формулировке [1215].

1й закон Ньютона и относительность движения

В настоящее время в учебной литературе при изложении первого закона обычно

указывают, что первый закон справедлив не в любых системах отсчета, а только в

некоторых, так называемых, инерциальных. Какойто относительный закон получается:

то выполняется, то не выполняется в зависимости от выбора системы отсчета.

Странно, что критики Ньютона, апеллирующие к относительности движения,

сами забывают про нее и рассматривают содержание закона в отрыве от

относительности движения. Еще более странно, что все это рассмотрено и объяснено

самим Ньютоном.

Вот что писал сам Ньютон по этому поводу [1, стр. 34 ]:

«Причины происхождения, которыми различаются истинные и кажущиеся

движения, суть те силы, которые надо к телам приложить, чтобы

произвести эти движения. Истинное абсолютное движение не может ни

произойти, ни измениться иначе, как от действия сил, приложенных

непосредственно к самому движущемуся телу, тогда как относительное

движение тела может быть и произведено и изменено без приложения сил

к этому телу; достаточно, чтобы силы были приложены к тем телам, по

отношению к которым это движение определяется.»

Нельзя рассматривать закон в отрыве от основного свойства движения,

относительности, лежащего в самой природе механического движения. Если тело без

видимых причин изменяет состояние своего движения, то это вовсе не означает, что

1й закон не выполняется. Наоборот, если мы признаем относительность движения, из

Сила. Первый закон Ньютона

На прошлом уроке мы с вами начали рассматривать раздел механики, который выявляет причины, определяющие характер движения, и объясняет, каким образом они влияют на движение.

Например, пусть у нас есть игрушечная машинка с прикреплённой к ней металлической линейкой. Машинка покоится. Что с ней произойдёт, если мы пережжём нить?

Прав окажется тот, кто скажет: «Ничего», ведь у нас нет второго тела, с которым эта машинка взаимодействовала бы. А вот если возле согнутого конца линейки поставить ещё одну точно такую же машинку, то после пережигания нити они обе придут в движение. О чём нам говорят результаты эксперимента? Правильно, о том, что для изменения скорости одного тела понадобилось второе тело — вторая машинка. Они обе пришли в движение, обе они стали двигаться относительно стола и обе подействовали друг на друга. Значит,

действие одного тела на другое не может быть односторонним.

Для количественного описания действия одного тела на другое в механике вводится понятие силы. Сила — это физическая векторная величина, являющаяся количественной мерой воздействия одного тела на другое, в результате которого тела получают ускорение или деформируются.

Напомним, что силу мы обозначаем большой латинской буквой

F, а измеряем её в ньютонах.

С самого начала нужно запомнить, что понятие силы относится именно к двум телам, а не к одному. Ведь всегда можно указать тело, на которое действует сила, и тело, со стороны которого она действует. Так, на поднятый мячик действует сила тяжести со стороны Земли, а на груз, подвешенный на пружине, помимо силы тяжести, действует ещё и сила упругости со стороны пружины.

Для количественного определения силы мы должны научится её измерять. Лишь тогда мы можем говорить о силе как о физической величине. Поэтому важно знать, что две силы независимо от их природы считаются равными и противоположно направленными, если их одновременное действие на тело не меняет его скорости

(то есть не сообщает телу ускорение).

Это определение позволяет измерять силы, если одну из них принять за единицу измерения. Давайте посмотрим, как это делается. В качестве эталона единицы силы выберем такую силу, с которой эталонная пружинка действует на прикреплённое к ней тело при своём фиксированном растяжении.

Сила F₁ — эта сила, удерживающая тело в состоянии равновесия. Тогда, согласно определению, эти две силы будут равными по модулю и противоположны по направлению, так как под воздействием этих сил тело не получает ускорение. Причём сила F₁ может быть любой природы.

Если к телу прикрепить не одну, а две эталонных пружины и растянуть их так же, как и в первом случае, то их равнодействующая будет равна 2F₀. Тогда сила F₂, направленная в противоположную сторону, по модулю будет равна 2F₀, если все три силы, действуя одновременно на тело, не сообщают ему ускорение.

Таким образом, располагая эталоном силы, мы можем измерять силы, кратные эталону.

На практике же для измерения сил чаще всего используется динамометр. Напомним, что его действие основано на законе Гука: при упругой деформации удлинение пружины прямо пропорционально приложенной к ней силе. То есть по длине пружины мы можем судить о величине силы.

Кстати, в механике мы с вами будем иметь дело с тремя типами сил: гравитационными, силами упругости и силами трения. Важно, что эти силы зависят или от расстояний между телами, или от расположения частей тела, или же от относительных скоростей тел.

На прошлом уроке мы с вами говорили о том, что если движение тела происходит без действия на него других тел, то такое движение называют движением по инерции.

Именно из-за явления инерции тело, на которое начинает действовать сила, изменяет свою скорость не мгновенно, а спустя некоторый промежуток времени. Здесь важно понять, что ускорение тело приобретает сразу же — как только начала действовать сила. Но вот скорость нарастает (или убывает) постепенно. Даже очень большой силе требуется время, чтобы сообщить телу большу́ю скорость или остановить его. Именно эти факты имеют ввиду, когда говорят, что тела инертны. Инертность — это свойство тел по-разному изменять свою скорость под действием одной и той же силы.

Проведём одну забавную демонстрацию. У нас есть два висящих на нитях бумажных кольца, между которыми лежит длинная деревянная рейка. Что произойдёт, если с силой ударить по рейке железным стержнем?

Как это ни удивительно, но ломается именно рейка, а бумажные кольца остаются невредимыми.

Опыты показывают, что чем больше время изменения скорости тела, тем оно более инертно.  В седьмом классе вы узнали, что мерой инертности тела является масса. А единицей её измерения в СИ является килограмм. Эталон килограмма представляет собой цилиндр из сплава платины и иридия. Хранится он в международном бюро мер и весов в Севре, в юго-западных предместьях Парижа.

На прошлом уроке мы с вами говорили о том, что тело будет сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока на него не действуют другие тела или их действия компенсируются. В этом законе заключена главная идея механики: действовать на тело необходимо не для того, чтобы сохранить его скорость постоянной, а чтобы изменить её как по модулю, так и по направлению.

Закон инерции Галилея относится к самому простому случаю движения — движения свободного тела. Чтобы узнать, как движется свободное тело, необходимо обратиться к опыту. Да вот беда: мы не можем поставить ни одного эксперимента, который бы в чистом виде показал нам, как движется свободное тело, потому что таких тел просто нет. Однако мы можем попытаться создать такие условия для тела, при котором влияние внешних взаимодействий было бы минимальным. Например, можно наблюдать за движением стеклянного шарика по горизонтальной поверхности. На его движение будет влиять только сила трения, так как сила тяжести, действующая со стороны Земли, компенсируется силой упругости поверхности. Используя поверхности из различных материалов, мы очень скоро заметим, что на более гладкой поверхности стеклянный шарик теряет свою скорость медленнее всего. Значит, если мы найдём идеально гладкую поверхность и поместим её в вакуум, то наш шарик сможет бесконечно долго не менять скорости своего движения. Именно к такому выводу и пришёл Галилей, сформулировав свой закон инерции.

Идеи Галилея получили своё развитие в работах Исаака Ньютона. В 1686 году он дал строгую формулировку закону и включил его в число основных законов механики. Поэтому закон инерции часто называют первым законом Ньютона.

В нём утверждается, что: существуют такие системы отсчёта, называемые инерциа́льными, в которых тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют другие тела или их действия компенсируются.

Теоретически доказать первый закон Ньютона нельзя — это аксиома, которую следует рассматривать как результат обобщения экспериментальных фактов.

Выбор инерциальной системы отсчёта является сложной задачей. До сих пор мы с вами систему отсчёта связывали с Землёй. Но является ли эта система инерциальной?

Вопрос этот очень важный. Ведь все эксперименты мы с вами проводим на Земле. Но Земля не только обращается вокруг Солнца почти по круговой орбите, но и вращается вокруг своей оси. Поэтому, строго говоря, система отсчёта, связанная с Землёй, не является инерциальной. Но отличие этой системы от инерциальной будет весьма незначительным, так как за те небольшие промежутки времени, за которые мы проводим эксперименты, дугу орбиты, которую проходит наша планета, можно с большой точностью считать отрезком прямой линии. И ускорение, которое возникает из-за суточного вращения Земли, тоже очень мало. Поэтому с точностью, необходимой для проведения наших экспериментов, мы можем считать систему отсчёта, связанную с Землёй, инерциальной.

Из формулировки первого закона Ньютона следует, что если известна из опыта хотя бы одна инерциальная система отсчёта, то инерциальными будут любые другие системы отсчёта, движущиеся относительно избранной равномерно и прямолинейно. В этом заключается их принцип равноправности.

А теперь давайте рассмотрим пример, с которым наверняка многие из вас сталкивались в жизни. Вот автобус, который движется прямолинейно и равномерно, и с ним связана система отсчёта. Внутри автобуса находится пассажир, который не держится за поручень. Сила, действующая на пассажира со стороны автобуса, компенсируется взаимодействием с Землёй. Что с ним произойдёт, если автобус резко остановится? Правильно, он упадёт вперёд, получив ускорение относительно стенок автобуса. Но это ускорение не вызвано действием какой-то новой силы. Относительно Земли пассажир сохранил свою скорость постоянной. Но так как автобус начал двигаться с ускорением, то относительно него пассажир тоже начал двигаться с ускорением. То есть ускорение появилось просто из-за того, что движение пассажира рассматривается в системе отсчёта, движущейся с ускорением. Такую систему отсчёта мы будем с вами называть неинерциальной.

Рассмотрим с вами один классический пример. К потолку вагона поезда подвесили маятник. Нить его вертикальна, а шарик взаимодействует только с нитью и Землёй. С точки зрения наблюдателя в вагоне и на перроне, шарик покоится, поскольку сумма действующих на него сил равна нулю.

Когда вагон поезда начинает двигаться с ускорением, шарик по инерции стремится сохранить своё состояние покоя и отклоняется на некоторый угол. Так как нить не разрывается, то для наблюдателя с перрона ускорение шарика равно ускорению вагона. А сообщается оно равнодействующей сил притяжения и упругости. Но вот с точки зрения наблюдателя в вагоне, шарик висит неподвижно. Значит, сумма сил, действующих на шарик, должна равняться нулю. Следовательно, на шарик должна действовать ещё какая-то сила, которая определяется тем, что система отсчёта, связанная с вагоном, неинерциальная. Эту силу принято называть силой инерции.

В заключение отметим, что все законы движения и взаимодействия тел, которые мы будем изучать в дальнейшем, сформулированы для инерциальных систем отсчёта, так как в них они имеют самый простой вид. Поэтому при решении задач вначале необходимо выбрать инерциальную систему отсчёта и только потом применять тот или иной закон для решения.

ИСО. Первый закон Ньютона

Переходим к следующему разделу механики, который называется динамикой. В данной теме разговор пойдёт об инерциальных системах отсчета, а также о первом законе Исаака Ньютона.

До этой темы говорилось о законах кинематики, которые помогают рассчитать положение тела в определенный момент времени, с какой скоростью и по какой траектории оно движется. Таким образом, кинематика отвечает на вопросы «Что? Где? Когда? и Как?». Но она не может дать ответ на еще на один главный вопрос — «Почему?» (почему тело двигается именно так, а не иначе). Например, почему мяч, катящийся по земле, рано или поздно останавливается? Или почему происходит резкое изменение скорости двух автомобилей при их столкновении?

Все дело здесь в том, что для полного описания механического движения тел необходимо изучить и взаимодействие тел, которое является причиной изменения их механического состояния.

Раздел механики, в котором изучается движение тел с учетом их взаимодействия, называют динамикой.

Основная задача динамики состоит в том, чтобы определить положения тела в произвольный момент времени по известному начальному положению, начальной скорости и, главное, силам, действующим на тело. Например, очевидно, что если тело покоится, то оно не сдвинется с места до тех пор, пока кто-то или что-то не подействует на него.

Но есть и не совсем очевидная сторона основного утверждения механики: тело будет двигаться с постоянной скоростью, пока на него не подействуют какие-то другие тела. Казалось бы, это противоречит всем нашим бытовым наблюдениям.

Еще в свое время Аристотель, исследуя природные явления пришел к выводу, что для создания постоянной скорости движения необходимо воздействие других тел, а при отсутствии какого-либо взаимодействия тела должны оставаться неподвижными (то есть движется движимое). Эта его идея помогла понять огромное количество наблюдаемых явлений, но она не смогла объяснить все движения, которые происходят в природе. Так Аристотелю казалось, что существует несколько причин, вызывающих то или иное движение, и, следовательно, несколько разных видов движения:

– движение тел, находящихся под непосредственным воздействием других тел,

– движение тел, падающих на земную поверхность

– движение небесных тел.

На протяжении двух тысяч лет со времен Аристотеля кажущееся различие между движением тел по земной поверхности и в мировом пространстве являлось тормозом на пути развития механики. И только в 18 веке Галилео Галилей сделал первый шаг для единого объяснения этих двух типов движения. Он сформулировал закон инерции.

Закон инерции Галилей выражал так: «Движение тела, на которое не действуют внешние силы, либо равнодействующая их равна нулю, является равномерным движением по окружности». Именно так, по мнению Галилея, двигались небесные тела, «предоставленные самим себе». Рассматривая взгляд Галилея на инерцию, убеждаемся в его неправомерности: ошибка в рассуждениях возникла из-за того, что Галилей не знал о законе всемирного тяготения, открытого позже Ньютоном.

На самом же деле движение по инерции может быть только равномерным и прямолинейным.

Поэтому формулировка закона инерции требовала дополнений. Первым, кто попытался внести ясность в закон инерции, сформулированный Галилеем, был Исаак Ньютон. В его представлении этот закон звучит следующим образом: всякая материальная точка сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку воздействие со стороны других тел побуждает его изменить это состояние.

Однако со временем выяснилось, что и закон Ньютона выполняется не во всех системах отсчета.

В этом можно убедиться с помощью опыта. Пусть имеется лошадь, которая тянет телегу с арбузом равномерно и прямолинейно относительно земли. Арбуз будет находиться в покое относительно телеги при любой скорости ее движения относительно земли — главное, чтобы эта скорость была постоянна. Но, когда лошадь с телегой резко останавливается, арбуз приходит в движение, то есть изменяет свою скорость относительно телеги, хотя нет никаких сил, которые толкали бы его.

Значит, в системе отсчета, связанной с телегой, тормозящей относительно земли, закон инерции не выполняется.

Таким образом, к формулировке закона инерции, данной Ньютоном, следует добавить, что закон справедлив не для всех систем отсчета.

Поэтому с точки зрения современных представлений закон инерции Ньютона формулируется так:

Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет скорость неизменной, если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано.

Это утверждение в физике называют первым законом Ньютона, в соответствии с которым состояние покоя или равномерного прямолинейного движения тел не требует для своего поддержания каких-либо внешних воздействий. В этом проявляется особое динамическое свойство физических тел, называемое их инертностью и характеризующее «отзывчивость» тел на воздействие других тел.

Первый закон Ньютона называют законом инерции. Он не подлежит экспериментальной проверке (это – постулат), так как изолированных тел нет. Но если создать такие условия, что взаимодействие (главным образом трение) по возможности устранить, то движение все больше будет удовлетворять этому закону.

Системы отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона называют инерциальными. То есть, инерциальная система отсчета — это система отсчета, относительно которой тело при компенсации внешних воздействий движется прямолинейно и равномерно (или же покоится).

Необходимо отметить, что мы говорим о Земле, как об инерциальной системе отсчета в большинстве случаев. Однако, существуют ситуации, когда движение Земли тоже нужно учитывать. В этом случае, за начало отсчёта берется центр Солнца.

Системы отсчета, которые движутся с ускорением относительно инерциальных называют неинерциальными системами отсчета.

Примером неинерциальной системы отсчета является движущийся автобус, относительно которого пассажиры, находящиеся в нем, покоятся. Однако, если автобус начинает резко разгоняться или тормозить, люди начинают падать назад или вперед, без всякого видимого воздействия со стороны других тел. Дело в том, что относительно Земли, пассажиры не изменили свою скорость, но изменил скорость автобус. Значит, относительно автобуса, пассажиры тоже изменили свою скорость. Так вот, системы, подобные этому автобусу и являются неинерциальными.

Очевидно, что если найти какую-то инерциальную систему отсчета, то любая другая система, двигающаяся с постоянной скоростью, относительно этой системы, так же будет являться инерциальной. Так, например, тот же автобус, двигаясь с постоянной скоростью, относительно Земли, является инерциальной системой отсчета, до тех пор, пока он не начнет изменять свою скорость.

Возникает вопрос: будут ли уравнения движения иметь один и тот же вид в различных инерциальных системах отсчета?

Для ответа на этот вопрос, проведем мысленный эксперимент, который в свое время предложил Галилей. Человек находится в каюте корабля. Никакого движения в пространстве он не ощущает — ему кажется, что корабль стоит на месте. Возникает вопрос: покоится ли корабль или движется равномерно и прямолинейно. Можно ли установить это, не выглядывая в иллюминатор? Допустим, что с данной целью можно производить всевозможные эксперименты, наблюдая различные механические явления в каюте. Исследуются колебания маятников, движение теннисного мяча по полу, его вращательное движение. Детально известен ход этих явлений в неподвижной лаборатории на земле, и теперь можно попытаться найти какие-либо отклонения в их протекании, вызванные равномерным прямолинейным движением судна.

Удивительно, но никаких отклонений обнаружить не удастся. Поставив в каюте корабля, движущегося равномерно и прямолинейно, любой механический эксперимент и сопоставив его с аналогичным экспериментом на Земле, не будет обнаружено ни каких отличий в полученных результатах. То есть равномерное прямолинейное движение корабля никак не сказывается на протекании любых механических явлений на нем.

На основании этого эксперимента Галилей сформулировал принцип относительности, который гласит, что всякое механическое явление при одних и тех же начальных условиях протекает одинаково в любой инерциальной системе отсчёта. Иными словами, с точки зрения механических явлений инерциальные системы отсчёта совершенно равноправны и никакой механический эксперимент не в состоянии выделить и сделать привилегированной какую-то одну из них по сравнению с остальными.

Основные выводы:

– Сформулирована основная задача динамики.

– Дана формулировка первого закона Ньютона.

– Показано различие инерциальных и неинерциальных систем отсчета.

– Сформулирован принцип относительности Галилео Галилея.

Первый закон Ньютона

Раздел механики, изучающий закон взаимодействия тел, называется динамикой.

Наблюдение за движением тел вокруг нас показывает, что обычно тела движутся, пока на них оказывается воздействие со стороны других тел. Автомобиль после выключения мотора вскоре останавливается, мяч после удара футболиста, прокатившись некоторое время, также останавливается.

Однако итальянский учёный Галилео Галилей из наблюдений за движением тел сделал принципиально новый вывод. Он обратил внимание, что скорость первоначально двигавшегося тела в разных условиях изменяется по-разному. Камень, брошенный с одинаковой начальной скоростью, по гладкой поверхности льда проходит значительно больший путь до остановки, чем по поверхности песка. Из таких наблюдений Галилей сделал вывод, что скорость изменяется только в результате взаимодействия с другими телами.

В 1632 году Галилей сформулировал закон инерции: всякое тело находится в покое или движется равномерно и прямолинейно, если на него не действуют другие тела или их действия компенсируют друг друга.

Великий английский учёный Исаак Ньютон включил закон инерции в число основных законов механики, поэтому закон инерции называют первым законом Ньютона или первым законом механики.

Совершенно изолировать какое-либо тело от действия других тел невозможно. Поэтому любое наблюдаемое на опыте движение тел можно считать равномерным прямолинейным лишь приблизительно.

Как только на тело, движущееся с переменной скоростью по траектории любой формы, прекращается действие других тел, в соответствии с законом инерции тело дальше движется равномерно и прямолинейно по касательной к траектории движения тела.

Явление сохранения скорости движения тела при отсутствии внешних воздействий называется инерцией.

Проявления инерции хорошо знакомы каждому из нас: например, при резком торможении автобуса пассажир продолжает по инерции двигаться вперёд. С прежней скоростью. Для того, чтобы остаться неподвижным относительно автобуса, он должен приложить определённые усилия, взаимодействуя с полом автобуса и поручнями. Когда автобус  при движении с большой скоростью делает поворот, пассажир продолжает равномерно и прямолинейно двигаться, направляясь к боковой стенке автобуса.

Так как покой и движение тел относительны, то и при отсутствии взаимодействия с другими телами одно и тоже тело может находится в состоянии покоя в одной системе отсчёта и двигаться с ускорением в другой системе отсчёта.

Следовательно, закон инерции выполняется не в любых системах отсчёта.

Системы отсчёта, в которых выполняется закон инерции, называются инерциальными системами отсчёта.

В опытах на поверхностях Земли закон инерции выполняется с довольно высокой точностью, поэтому обычно системы отсчёта связанные с Землёй, считают инерциальными системами отсчёта. Однако при повышении точности измерений в любой из них обнаруживаются отклонения от закона инерции. Явления, противоречащие первому закону Ньютона, наблюдаются на Земле из-за того, что Земля вращается вокруг своей оси и обращается вокруг Солнца.

Остались вопросы? Не знаете первый закон Ньютона?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь.
Первый урок – бесплатно!

Зарегистрироваться

© blog.tutoronline.ru, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Веб-сайт кабинета физики

Автомобиль и стена

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

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

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

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

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

---

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

Первый закон Ньютона

Инерция

Состояние движения

Сбалансированное по сравнению сНесбалансированные силы

Веб-сайт кабинета физики

Грузовик и лестница

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

Закон инерции чаще всего проявляется при езде в легковых и грузовых автомобилях. Фактически, тенденция движущихся объектов продолжать движение является частой причиной множества транспортных происшествий – как малых, так и больших масштабов. Рассмотрим, например, лестницу, привязанную к верхней части малярного грузовика. По мере того как грузовик движется по дороге, лестница движется вместе с ним.Будучи плотно привязанной к грузовику, лестница движется в том же состоянии, что и грузовик. Когда грузовик ускоряется, лестница ускоряется вместе с ним; когда грузовик замедляется, лестница замедляется вместе с ним; и поскольку грузовик поддерживает постоянную скорость, лестница также поддерживает постоянную скорость.

Но что произойдет, если лестницу небрежно привязать к грузовику таким образом, чтобы она могла свободно скользить по верхней части грузовика? Или что произойдет, если ремни со временем испортятся и в конечном итоге порвутся, что позволит лестнице скользить по верху грузовика? Предположим, что произойдет один из этих сценариев, лестница может больше не находиться в том же состоянии, что и грузовик.При наличии ремня силы, действующие на автомобиль, также действуют на лестницу. Лестница совершает то же ускоренное и замедленное движение, что и грузовик. Тем не менее, если ремня больше нет, лестница с большей вероятностью сохранит свое состояние движения. На анимации ниже изображен возможный сценарий.

Если грузовик резко остановится и ремни перестанут функционировать, то лестница в движении продолжит движение.Если предположить, что трение между грузовиком и лестницей будет незначительным, лестница соскользнет с верха грузовика и будет подброшена в воздух. Как только он покидает крышу грузовика, он становится снарядом и продолжает движение, подобное снаряду.

---

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

Первый закон Ньютона

Инерция

Состояние движения

Сбалансированное по сравнению сНесбалансированные силы

4.3: Законы Ньютона – Physics LibreTexts

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 на него не действует чистая внешняя сила.

цели обучения

• Определите первый закон движения

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 свои 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, вызываемыми 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 свою скорость, если на него не действует неуравновешенная сила. Это называется равномерным движением. Эту концепцию легче объяснить на примерах.

Пример \ (\ PageIndex {1} \):

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 из реального мира этой внешней силой является 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 сила, действующая на водителя, отсутствует, 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 крайне 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

Английский ученый сэр Исаак Ньютон исследовал движение физических объектов и систем в различных условиях. В 1687 году он опубликовал свои три закона движения в 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:

\ [\ mathrm {p = mv} \]

, где \ (\ mathrm {p = импульс, m = масса,} \) и \ (\ mathrm {v = скорость} \). 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. В нем говорится: 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.

\ [\ begin {align} \ mathrm {F \; } & \ mathrm {= \ dfrac {dp} {dt}} \\ \ mathrm {F \;} & \ mathrm {= \ dfrac {d (m⋅v)} {dt}} \ end {align} \]

, где \ (\ mathrm {F = Force} \) и \ (\ mathrm {t = time} \). Отсюда мы можем еще больше упростить уравнение:

\ [\ begin {align} \ mathrm {F \;} & \ mathrm {= m \ dfrac {d (v)} {dt}} \\ \ mathrm {F \;} & \ mathrm {= m⋅a } \ end {align} \]

, где a = ускорение, a = ускорение.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 на каждое действие есть равное и противоположное противодействие.

цели обучения

• Определите третий закон движения

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:

\ [\ mathrm {FA = −FB} \]

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 ее 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.

Первый закон Ньютона> Лаборатория поддержки лекций по физике и астрономии> USC Dana and David Dornsife College of Letters, Arts and Sciences

M.4 (1) – Посуда на скатерти

Скатерть можно снять с сервированного стола, не нарушая исходную установку тарелки. Одним сильным рывком сдвиньте скатерть вниз.Он лучше работает с тяжелыми предметами на столе.

Верх

M.4 (2) – Перевернуть карту

Этот прибор – простой и убедительный способ продемонстрировать инерцию. Он состоит из пьедестала с вогнутой вершиной и прикрепленной к нему листовой рессоры, стального шара и квадратной карты. Постамент имеет высоту около 10 см и см. Установите инерционный аппарат на ровную ровную поверхность. Отцентрируйте квадратную карточку на подставке так, чтобы один край был выровнен параллельно и близко к листовой пружине.Поместите металлический шар на карту прямо над выемкой в ​​подставке. Если мяч скатывается с карты, слегка надавите на нее, слегка надавив на нее. Надавливайте только настолько, чтобы мяч оставался на месте. Осторожно потяните пружину назад и отпустите. Удар пружины выталкивает карту наружу, а относительно тяжелый шар имеет слишком большую инерцию и падает в углубление наверху пьедестала.

Верх

М.4 (3) – Устройство инерции

Кусок мела покоится на очень гибком обруче, который балансируется на бутылке с узким горлышком. Когда кто-то пытается снять пяльцы быстрым рывком в горизонтальном направлении, гибкие пяльцы меняют свою форму на овальную. В результате очень низкого трения между мелом и обручем кусок мела упадет прямо в бутылку.

Верх

М. 4 (4) – Свинцовый кирпич – Демонстрация инерции

Сильный удар молотка не приведет к травме руки под свинцовым кирпичом. Осторожно положите руку на стол и положите на него очень тяжелый свинцовый кирпич. Другой рукой забейте кирпич – удара не почувствуете! Свинцовый кирпич поглощает все удары.

Верх

M.4 (5) – груженая тележка, натянутая за нить

Инерция тележки демонстрируется путем натягивания веревки.Быстрый рывок рвет веревку, в то время как медленная, постоянная сила тянет тележку.

Верх

M.4 (6) – Ложе из гвоздей

Волонтер лежит на гвоздях. Над ним кладут еще одну доску, заполненную гвоздями (заостренными сторонами к груди добровольца). Сверху укладывается бетонный блок. Затем другой человек разбивает блоки кувалдой. Волонтер не пострадает! Когда блок разбивается и многие части разлетаются, они поглощают большую часть энергии удара, инерция блока частично защищает добровольца от удара, а также вес добровольца распределяется на множество близко расположенных гвоздей, уменьшая сила от каждого гвоздя.

Щелкните здесь, чтобы посмотреть видеоклип этой демонстрации.

Верх

M.4 (7) – Промежуточный момент инерции

Этот деревянный брусок имеет три разные оси вращения (каждая со своим моментом инерции). Одна ось имеет максимальный момент инерции, одна – промежуточный, а третья – минимальный. Когда вы вращаете блок по трем разным осям, вы обнаруживаете, что стабильны только оси с максимальным и минимальным моментами инерции.При вращении через промежуточную ось блок раскачивается.

Верх

M.4 (8) – Демонстрационная инерционная палочка

Это демонстрирует, что инерция вращения зависит не только от массы, но и от того, как эта масса распределяется
относительно оси вращения. Обе палочки имеют одинаковую массу, но разную инерцию вращения. Это
, потому что у красного жезла есть два металлических стержня рядом с его центром, а у синего жезла есть два таких же стержня на концах
.

Верх

M.4 (9) – Акселерометр

К крышке сосуда с помощью короткого шнурка прикреплен шарик из пенополистирола. Когда сосуд наполнен глицерином и перевернут, шар становится плавучим маятником. Держите банку перед собой и быстро пройдите через аудиторию. Сначала мяч будет двигаться вперед в направлении ускорения, а затем вернется в вертикальное положение, когда ваша скорость станет постоянной.Когда вы замедляете движение, мяч движется обратно к вам, показывая замедление. Теперь установите банку на вращающийся поднос и покрутите ее. Мяч движется к центру, показывая равномерное круговое ускорение, направленное радиально внутрь.

Top

1-й закон Ньютона – Nexus Wiki

При формулировании наших наблюдений и понимания того, как движутся объекты, нам необходимо согласовать наш разнообразный опыт и интуицию вместе с тем, что мы узнали из наших экспериментов, в согласованные принципы. Мы хотим, чтобы эти принципы были общими – для сохранялись все обстоятельств, пока мы их тщательно определили. В нулевом законе Ньютона мы определили, что в первую очередь мы должны идентифицировать объекты и взаимодействия. Для этого помогают такие инструменты, как System Schema и Free-Body Diagrams.

После того, как мы решили, какие объекты и взаимодействия у нас есть, нам нужна отправная точка: что происходит с объектом (или системой объектов), когда все взаимодействия на нем уравновешиваются? (Или можно подумать, что происходит с объектом, если на него не действуют никакие взаимодействия.Это будет только мысленный эксперимент, поскольку на Земле всегда есть взаимодействия, начиная с гравитации.) Первая интуиция, которую мы обычно можем иметь, состоит в том, что если вы хотите заставить что-то двигаться и поддерживать его в движении, вы должны толкать это. Если мы хотим переместить пианино по полу, мы должны толкать его, чтобы запустить его, и продолжать толкать, чтобы оно продолжало работать. Когда вы перестаете толкать, он быстро останавливается.

Второй пример – это просто ваше собственное движение при ходьбе. Когда вы перестаете толкаться о землю, чтобы идти, вы просто останавливаетесь.

Но эта интуиция немного сложна. Когда мы толкаем пианино, мы не единственный объект, с которым он взаимодействует. Он также взаимодействует с землей через гравитацию и пол через нормальные силы и силы трения – и эти силы столь же велики или больше, чем силы, которые мы прилагаем. Когда мы прекращаем толкать, эти другие силы не уходят, а , а не , поэтому их нужно учитывать при принятии решения о том, что происходит с фортепиано. То же верно и при ходьбе.

Более того, у нас есть интуиция в других обстоятельствах, которая, кажется, противоречит нашему естественному восприятию движения фортепиано.

Представьте, что вы играете в бейсбол и ловите подачу, когда кувшин бросает мяч массой около 150 граммов со скоростью 40 метров в секунду (90 миль / час). Здесь ваша интуиция (или должна быть!), Что вы не хотите ловить этот мяч голыми руками. Он не останавливается только потому, что его больше никто не подталкивает! Он хочет продолжать движение, и вам придется сильно (и потенциально болезненно) взаимодействовать с ним, чтобы заставить его остановиться. В качестве второго примера представьте себе движение высокоскоростного поезда (поезд Шикансэн показан под горой Фудзи на изображении ниже).

Если бы вы знали, что высокоскоростной поезд проезжает через железнодорожный переезд, вы бы не стали (не должны!) Парковать машину поперек путей, потому что «там длинный прямой путь, и инженер увидит вас и, следовательно, остановит поезд»! Чтобы остановить движущийся поезд, нужно приложить много усилий, а колеса и рельсы будут взаимодействовать друг с другом, чтобы замедлить и остановить.

Чтобы разобраться в обоих этих наборах интуиций вместе, чтобы решить, как думать о движениях со сбалансированными силами, давайте сосредоточимся на фортепиано и поезде.Пианино останавливается почти сразу, но поезду нужно приложить немало усилий, чтобы остановиться – возможно, из-за сильного визга тормозов и, возможно, даже из-за искр между колесами и рельсами. В случае остановки поезда ясно, что взаимодействие с рельсом имеет решающее значение. Мы можем видеть, что когда мы толкаем пианино или идем, взаимодействие с землей играет роль, заставляя нас остановиться. Если вы идете по льду и останавливаетесь, вы не останавливаетесь, вы скользите. (Прокрутите страницу вниз и посмотрите видео, на котором коза скользит по льду.Мы не ставим его в соответствие с текстом, потому что он слишком отвлекает!)

Думая о том, чтобы пойти или остановиться на идеально гладком льду, мы получаем хорошую отправную точку. Если учесть, что лед уменьшает горизонтальное взаимодействие (силу) с козлом на нем (вертикальные силы уравновешены), мы получаем представление об общем принципе:

1-й закон Ньютона : Когда все взаимодействия между объектом и всеми другими объектами, взаимодействующими с ним, сбалансированы, объект будет поддерживать постоянную скорость (которая может быть 0).

Это позволяет нам поддерживать обе наши интуиции:

• Когда объект остановлен, ему необходимо несбалансированное взаимодействие, чтобы начать движение.
• Когда объект движется, ему необходимо несбалансированное взаимодействие, чтобы замедлить его и остановить.

К этому можно добавить:

• Когда кажется, что объект замедляется и останавливается без всякой причины, мы должны искать взаимодействие (силу), которое мы не учли.

Это помогает нам разрешить наши противоречивые интуиции о том, что что-то толкает по земле.Если мы хотим начать, мы должны разбалансировать горизонтальные силы на нем, чтобы преодолеть сопротивление взаимодействия с полом движению. Когда мы толкаем объект с постоянной скоростью, мы затем уравновешиваем резистивное взаимодействие от пола, так что ситуация «движения по льду» эффективно восстанавливается. Если нет горизонтального взаимодействия (силы), объект продолжает двигаться с постоянной скоростью, как по льду. Итак, когда мы толкаем что-то с постоянной скоростью, мы отменяем силу сопротивления земли, а не преодолеваем ее.(Нам действительно нужно преодолеть это, чтобы запустить объект.)

Это полезная отправная точка для изучения движения, которое согласуется – по крайней мере качественно – с обеими нашими интуициями. Наш следующий шаг – попытаться сделать наши результаты количественными. Какая сила приведет к изменению скорости? Это предмет закона Ньютона 2 ^и .

Джо Редиш 21.09.14

Законы движения Ньютона – Первый закон

Введение:

Согласно Аристотелю, для поддержания равномерного движения тела требуется постоянная непрерывная сила.Это называется заблуждением Аристотеля, а законы Ньютона подпадают под заблуждение Аристотеля.

Три закона движения, предложенные Ньютоном, представляют собой три физических закона, которые вместе составляют основу классической механики. Три закона движения описывают отношения между телом и силами, действующими на него, а также движение тела, соответствующее этим силам. Чтобы быть конкретным, первый закон движения определяет силу качественно, второй закон движения дает количественную меру силы, а третий закон движения утверждает, что единой изолированной силы не существует.

Что такое Первый закон движения Ньютона?

Первый закон движения Ньютона также известен как закон инерции Галилея. Тело продолжает находиться в состоянии покоя или равномерного движения по прямой, если только внешняя сила не заставляет его изменить свое состояние. Закон определяет силу и заявляет ее как фактор, который может изменить состояние объекта.

Инерция – это свойство тела, благодаря которому оно сопротивляется любому изменению своего состояния. Масса тела – это мера его инерции поступательного движения.Трудно изменить состояние покоя или равномерного движения тела большей массы и наоборот.

(a) Масса тела – это количественная или числовая мера инерции тела.

(б) Чем больше инерция тела, тем больше его масса.

Инерция покоя: тело не может изменить свое состояние покоя само.

Пример:

(a) Когда мы встряхиваем ветку мангового дерева, манго падает.

(b) Когда автобус или поезд неожиданно трогается с места, сидящие внутри пассажиры падают назад.

(c) Когда лошадь внезапно трогается с места, всадник падает назад.

(d) Частицы пыли с одеяла падают при ударе палкой.

(e) Монета кладется на картон, и этот картон кладется на стакан так, чтобы монета находилась над устьем стакана. Теперь, если картон вынуть резким рывком, монета упадет в стакан.

Инерция движения: тело не может самостоятельно изменить свое состояние равномерного движения.

Пример:

(a) Когда автобус или поезд внезапно останавливаются, сидящие пассажиры наклоняются вперед.

(b) Человек, выпрыгнувший из движущегося поезда, может упасть в прямом направлении.

(c) Боулер запускает мяч перед тем, как бросить его, так что эта скорость бега добавляется к скорости мяча во время броска.

(d) Спортсмен пробегает определенное расстояние, прежде чем совершить прыжок в длину, потому что скорость, полученная во время бега, добавляется к скорости спортсмена во время прыжка, и, следовательно, он может перепрыгнуть на большее расстояние.

(e) Пассажир, сидящий в движущемся поезде, бросает мяч вверх. Мяч упадет: –

• обратно в руки пассажира, если поезд движется с постоянной скоростью

• впереди пассажира, если поезд тормозит (замедляется)

• позади пассажир, если поезд ускоряется (набирает скорость)

Инерция направления: тело не может самостоятельно изменить направление своего движения.

Пример:

(a) Когда прямолинейный автомобиль резко поворачивает, человек, сидящий внутри, ощущает силу, направленную радиально наружу.

(b) Вращающиеся колеса автомобиля выбрасывают грязь, крыло, установленное на колесах, предотвращает распространение грязи.

(c) Когда нож прижимается к точильному камню, возникающие искры перемещаются в тангенциальном направлении.

Что такое внешняя сила?

Согласно первому закону движения Ньютона, это толчок или тяга, которые либо изменяют, либо стремятся изменить состояние покоя, либо равномерное движение (постоянная скорость) тела известно как сила.Внешняя сила – это сила, исходящая извне объекта, а не сила, внутренняя по отношению к объекту. Например, сила тяжести, которую Земля оказывает на Луну, является внешней силой на Луне. Однако сила тяжести, которую внутреннее ядро ​​Луны оказывает на внешнюю кору Луны, является внутренней силой на Луне. Внутренние силы внутри объекта не могут вызвать изменение общего движения этого объекта.

(i) Это может изменить скорость тела.

(ii) Может изменить направление движения.

(iii) Он может изменять как скорость, так и направление движения.

(iv) Он может изменить размер и / или форму тела.

(v) Он может начать движение в неподвижном теле или может остановить движущееся тело.

Абсолютные единицы –

(i) Н (MKS)

(ii) дин (CGS)

Другие единицы –

(i) кг-вес или кг-сила {kf-force}

(ii) g-wt или gf

Первый закон Ньютона Примеры движения в повседневной жизни

Вот некоторые примеры из повседневной жизни:

(а) Маленькая монета помещается на карточку и кладется на стакан.Когда карта отбрасывается пальцем, монета падает в стакан.

(б) Предположим, мы сидим в автобусе. Если он начнет двигаться внезапно, мы почувствуем рывок в обратном направлении. Это потому, что наше тело находится в контакте с сиденьем автобуса и приходит в движение вместе с движением автобуса, в то время как верхняя часть нашего тела остается в покое из-за инерции, и поэтому мы чувствуем рывок назад. направление.

(c) Точно так же, если мы толкаем мяч о землю, он должен продолжать свое равномерное движение неопределенно долго, но останавливается после преодоления определенного расстояния.Как только мяч начинает двигаться, в игру вступает сила (сила трения), которая препятствует движению мяча.

(d) Книга, лежащая на столе, не может изменить свое положение сама по себе, если не приложена сила, чтобы изменить ее положение Законы Ньютона – Первый Закон

Законы движения Ньютона, Рон Куртус

SfC Home> Физика> Механика>

от Рона Куртуса

В 1687 году Исаак Ньютон определил три закона движения , которые касаются поведения движущихся объектов.Эти научные утверждения помогают объяснить природу материи и пространства.

Первый закон движения Ньютона часто называют законом инерции . Его второй закон показывает взаимосвязь между силой и ускорением . Его третий закон часто называют законом действия-противодействия .

Удивительно, что он смог сформулировать эти важные законы движения с помощью своих наблюдений много лет назад.

Вот некоторые вопросы, которые могут у вас возникнуть:

• Что такое Первый закон Ньютона?
• Что такое второй закон Ньютона?
• Что такое действие-реакция?

Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Конвертация единиц

---

---

Первый закон Ньютона

Первый закон Ньютона был фактически сформулирован Галилеем много лет назад. Он называется законом инерции и гласит:

Каждый объект в состоянии равномерного движения имеет тенденцию оставаться в этом состоянии движения, если к нему не приложена внешняя сила.

Другой способ изложить этот закон более подробно:

1. Если объект неподвижен, он останется неподвижным, если на него не будет действовать какая-либо сила.
2. Если объект движется с постоянной скоростью, он будет продолжать двигаться с этой скоростью, если на него не будет действовать какая-либо сила вдоль линии движения.
3. Если объект движется, он будет двигаться по прямой, если на него не будет воздействовать под углом некоторая сила.

Закон инерции предполагает отсутствие трения или другой силы сопротивления, которая может замедлить объект. Лучше всего инерцию можно продемонстрировать в космосе.

( Для получения дополнительной информации см. Движение и закон инерции .)

Второй закон Ньютона

Второй закон иногда называют законом динамики , потому что он касается сил и того, что заставляет объекты двигаться. Это может быть указано как:

Ускорение объекта постоянной массы пропорционально действующей на него силе.

Ускорение – это изменение скорости объекта. Обычно речь идет об ускорении объекта. Слово «замедление» обычно используется, когда объект замедляется, но это также ускорение или изменение скорости.

Сила – это толкание или притяжение объекта. Он может толкать при прямом контакте или тянуть на расстоянии в случае силы тяжести.

Этот закон определяет соотношение между силой, массой и ускорением, которое составляет

.

F = ma

где:

• F – приложенная сила
• м – постоянная масса
• a – результирующее ускорение
• ma равно м умножить на a

Обратите внимание, что сила F и ускорение a находятся в одном направлении.Поскольку у них есть направление, они называются векторами .

Этот закон гласит, что пока вы прикладываете силу к объекту, он будет продолжать ускоряться или изменять свою скорость. В нем также говорится, что чем больше сила, действующая на объект, тем больше ускорение.

Третий закон Ньютона

Третий закон Ньютона иногда называют законом взаимных действий или законом действия-противодействия :

Каждый раз, когда одно тело оказывает силу на второе тело, второе тело оказывает на первое тело равную и противоположную силу.

Часто говорят: «На каждое действие есть равная и противоположная реакция».

Давление на что-то

Предположим, вы толкаете стену с определенной силой. Поскольку стена неподвижна, ваша сила отражается обратно в ваши руки. Сила, которую вы прикладываете, – это та же сила, что и к вашим рукам.

Теперь, если вы носите роликовые коньки и толкаете стену с определенной силой, вы будете двигаться назад, как если бы к вам была приложена та же сила.

Предположим, вы толкаете большую коробку, стоящую на полу. Если трение между коробкой и полом больше, чем сила, которую вы прикладываете, то такая же сила будет давить на ваши руки. Но если сила сопротивления трения меньше вашей силы, коробка будет скользить по полу. Сила будет равна приложенной вами силе за вычетом силы трения.

Добавить второй закон к третьему закону

Мы также можем добавить второй закон Ньютона к третьему закону. Если вы с другом на роликовых коньках или коньках лицом друг к другу, а затем толкаете своего друга с определенной силой, ваш друг будет ускоряться назад в соответствии с F = ma. Но из-за Третьего закона Ньютона ваш толчок вызывает у вас такой же противоположный толчок. Таким образом, вы также будете ускоряться в обратном направлении.

Сила, которую вы применяете к другу, равна F = ma . Итак, ускорение ( a ) движения вашего друга зависит от силы, которую вы толкаете ( F ), и его массы ( м ).

Но также та же сила действует и на вас. Предположим, мы называем вашу массу ( M ) и ваше ускорение ( A ).Тогда так как силы те же MA = ma . Если ваш вес (или масса) вдвое больше, чем у вашего друга, то ваш друг будет возвращаться в два раза быстрее, чем вы.

M = 2 м

2 мА = мА

а = 2А

Примечание : Если вы весите вдвое больше, чем ваш друг, то либо:

1. Сесть на диету,
2. У вас должны быть большие друзья, или
3. Не стоит толкать маленьких людей.

Плотность

Закон действия-противодействия также применим к силе тяжести, особенно в сочетании с законом динамики Ньютона. Если вы спрыгнете с лестницы, сила тяжести притянет вас к Земле согласно формуле F = mg , где м, – ваша масса, а г, – ускорение свободного падения.

Но та же самая сила действует в противоположном направлении на Землю, притягивая ее к вам согласно F = MG , где M – масса Земли, а G – ее ускорение.Поскольку масса Земли намного больше вашей массы, ее движение чрезвычайно мало.

Сводка

Исаак Ньютон определил свои три закона движения: закон инерции, закон динамики и закон взаимных действий. Эти законы можно проверить во многих обычных экспериментах, и они объясняют, как и почему объекты движутся под действием силы.

---

Когда вы работаете над достижением цели, ваша инерция ведет вас к успеху

---

Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайтов

Законы Ньютона – HyperPhysics

Физика автомобилей и законы движения Ньютона – Хорошее объяснение и полезные ссылки

Физика лифта – Законы Ньютона – Хорошие ссылки (спасибо Алисе за ресурсы)

Законы движения Ньютона – Википедия

Физические ресурсы

Книги

(Примечание: Школа чемпионов может получать комиссионные от покупки книг)

Книги по физике движения с самым высоким рейтингом

---

Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:

---

Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.