Формула 3 закон ньютона: Ничего не найдено для %25D0%25Bc%25D0%25B5%25D1%2585%25D0%25B0%25D0%25Bd%25D0%25B8%25D0%25Ba%25D0%25B0 %25D1%2582%25D1%2580%25D0%25B5%25D1%2582%25D0%25B8%25D0%25B9 %25D0%25B7%25D0%25B0%25D0%25Ba%25D0%25Be%25D0%25Bd %25D0%25Bd%25D1%258C%25D1%258E%25D1%2582%25D0%25Be%25D0%25Bd%25D0%25B0

Третий закон Ньютона, формула и примеры решений

Описание третьего закона Ньютона

Например, книга, лежащая на столе, действует на стол с силой, прямо пропорциональной своей массе и направленной вертикально вниз. Согласно третьему закону Ньютона стол в это же время действует на книгу с абсолютно такой же по величине силой, но направленной не вниз, а вверх.

Когда яблоко падает с дерева, это Земля действует на яблоко силой своего гравитационного притяжения (вследствие чего яблоко равноускоренно движется к поверхности Земли), но при этом и яблоко притягивает к себе Землю с такой же силой. А то, что нам кажется, что это именно яблоко падает на Землю, а не наоборот, является следствием второго закона Ньютона. Масса яблока по сравнению с массой Земли мала до несопоставимости, поэтому именно ускорение яблока заметно для глаз наблюдателя. Масса же Земли, по сравнению с массой яблока, огромна, поэтому ее ускорение практически незаметно.

Аналогично, если мы пинаем мяч, то мяч в ответ пинает нас.

Другое дело, что мяч имеет намного меньшую массу, чем тело человека, и потому его воздействие практически не чувствуется. Однако если пнуть тяжелый железный мяч, ответное воздействие хорошо ощущается. Фактически, мы каждый день по многу раз «пинаем» очень и очень тяжелый мяч — нашу планету. Мы толкаем ее каждым своим шагом, только при этом отлетает не она, а мы. А все потому, что планета в миллионы раз превосходит нас по массе.

Таким образом, третий закон Ньютона утверждает, что силы как меры взаимодействия всегда возникают парами. Эти силы не уравновешиваются, так как всегда приложены к разным телам.

Третий закон Ньютона выполняется только в инерциальных системах отсчета и справедлив для сил любой природы.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Третий закон Ньютона

В этом разделе мы рассмотрим третий закон Ньютона, приведем подробные объяснения, познакомимся со значимыми понятиями, выведем формулу.

Сухую теорию мы «разбавим» примерами и рисункам-схемами, которые облегчат усвоение темы.

В одном из прошлых разделов мы провели опыты по измерению ускорений двух тел после их взаимодействия и получили следующий результат: массы взаимодействующих друг с другом тел находятся в обратной зависимости с численными значениями ускорений. Так было введено понятие массы тела.

m1m2=-a2a1 или m1a1=-m2a2

Формулировка третьего закона Ньютона

Если придать этому соотношению векторную форму, получится:

m1a1→=-m2a2→

Знак минус в формуле появился неслучайно. Он свидетельствует о том, что ускорения двух тел, вступивших во взаимодействие, всегда направлены в противоположные стороны.

В качестве факторов, определяющих появление ускорения, согласно второму закону Ньютона, являются силы F1→=m1a1→ и F2→=m2a2→, которые возникают при взаимодействии тел.

Следовательно:

F1→=-F2→

Так мы получили фомулу третьего закона Ньютона.

Определение 1

Силы, с которыми тела вступают во взаимодействие друг с другом, равны по модулю и противоположны по направлению.

Природа сил, возникающих во время взаимодействия тел, одинакова. Эти силы приложены к разным телам, потому не могут уравновешивать друг друга. По правилам векторного сложения мы можем складывать только те силы, которые прилагаются к одному телу.

Третий закон Ньютона в примерах

Пример 1

Грузчик оказывает воздействие на некий груз с такой же по модулю силой, с какой этот груз воздействует на грузчика. Силы направлены в противоположные стороны. Физическая их природа одна и та же: упругие силы каната. Ускорение, которое сообщается каждому из тел из примера, обратно пропорционально массе тел.

Мы проиллюстрировали этот пример применения третьего закона Ньютона рисунком.

Рисунок 1.9.1. Третий закон Ньютона

F1→=-F2→·a1→=-m2m1a2→

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Силы, воздействующие на тело, могут быть внешними и внутренними. Введем необходимые для знакомства с темой третьего закона Ньютона определения.

Определение 2

Внутренние силы – это силы, которые действуют на различные части одного и того же тела.

Если мы рассматриваем тело, находящееся в движении, как единое целое, то ускорение этого тела будет определяться лишь внешней силой. Внутренние силы второй закон Ньютона не рассматривает, так как сумма их векторов равна нулю.

Пример 2

Предположим, что у нас есть два тела с массой m1 и m2. Эти тела жестко связаны между собой нитью, которая не имеет веса и не растягивается. Оба тела двигаются с одинаковым ускорением a→ под воздействием некоторой внешней силы F→. Эти два тела движутся как единое целое.

Внутренние силы, которые действуют между телами, подчиняются третьему закону Ньютона: F2→=-F1→.

Движение каждого из тел в сцепке зависит от сил взаимодействия между этими телами. Если применить второй закон Ньютона к каждому из этих тел по отдельности, то мы получим: m1a1→=F1→, m2a1→=F2→+F→.

Мы можем сложить правую и левую части этих уравнений, приняв во внимание, что a1→=a2→=a→ и F2→=-F1→.

Получим: (m1+m2)a→=F1→.

Как видите, внутренние силы исключились из уравнения движения системы двух связанных тел.

Рисунок 1.9.2. Исключение внутренних сил.

Рисунок 1.9.3. Модель движения связанных брусков.

Закон сохранения импульса — опредление, формулы, формулировка

Импульс: что это такое

Как-то раз Рене Декарт (это который придумал ту самую декартову систему координат) решил, что каждый раз считать силу, чтобы описать процессы — как-то лень и сложно.

Для этого нужно ускорение, а оно не всегда очевидно. Тогда он придумал такую величину, как импульс. Импульс можно охарактеризовать, как

количество движения — это произведение массы на скорость.

Импульс тела → → p = mv p — импульс тела [кг*м/с] m — масса тела [кг] v — скорость [м/с]

Закон сохранения импульса

В физике и правда ничего не исчезает и не появляется из ниоткуда.

Импульс — не исключение. В замкнутой изолированной системе (это та, в которой тела взаимодействуют только друг с другом) закон сохранения импульса звучит так:

Закон сохранения импульса Векторная сумма импульсов тел в замкнутой системе постоянна

А выглядит — вот так:

Закон сохранения импульса → → → p1 + p2 + … + pn = const p — импульс тела [кг*м/с]

Простая задачка

Мальчик массой m = 45 кг плыл на лодке массой M = 270 кг в озере и решил искупаться. Остановил лодку (совсем остановил, чтобы она не двигалась) и спрыгнул с нее с горизонтально направленной скоростью 3 м/с. С какой скоростью станет двигаться лодка?

Решение:

Запишем закон сохранения импульса для данного процесса.

→ → →
p0 = p1 + p2

p0 — это импульс системы мальчик + лодка до того, как мальчик спрыгнул,

p1 — это импульс мальчика после прыжка,

p2 — это импульс лодки после прыжка.

Изобразим на рисунке, что происходило до и после прыжка.

Если мы спроецируем импульсы на ось х, то закон сохранения импульса примет вид
0 = p1 — p2
p1 = p2

Подставим формулу импульса.
mV1 = MV2

Выразим скорость лодки V2:
V2 = mV1/M

Подставим значения:
V2 = 45*3/270 = 3/6 = ½ = 0,5 м/с

Ответ: скорость лодки после прыжка равна 0,5 м/с

Задачка посложнее

Тело массы m1 = 800 г движется со скоростью v1 = 3 м/с по гладкой горизонталь- ной поверхности. Навстречу ему движется тело массы m2 = 200 г со скоростью v2 = 13 м/с. Происходит абсолютно неупругий удар (тела слипаются). Найти скорость тел после удара.

Решение: Для данной системы выполняется закон сохранения импульса:

Импульс системы до удара — это сумма импульсов тел, а после удара — импульс «получившегося» в результате удара тела.

p1 + p2 = p.

Спроецируем импульсы на ось х:

p1 — p2 = p

После неупругого удара получилось одно тело массы m1 + m2, которое движется с искомой скоростью:

m1v1 — mv2 = (m1 + m2) v

Отсюда находим скорость тела, образовавшегося после удара:

v = (m1v1 — mv2)/(m1 + m2)

Переводим массу в килограммы и подставляем значения:

v = (0,8·3−0,2·13)/(0,8 + 0,2) = 2,4 — 2,6 = -2,6 м/с

В результате мы получили отрицательное значение скорости. Это значит, что в самом начале на рисунке мы направили скорость после удара неправильно.

Знак минус указывает на то, что слипшиеся тела двигаются в сторону, противоположную оси X. Это никак не влияет на значение получившееся значение.

Ответ: скорость системы тел после соударения равна v = 0,2 м/с.

Второй закон Ньютона в импульсной форме

Второй закон Ньютона в импульсной форме можно получить следующим образом. Пусть для определенности векторы скоростей тела и вектор силы направлены вдоль одной прямой линии, т. е. движение прямолинейное.

Запишем второй закон Ньютона, спроецированный на ось х, сонаправленную с направлением движения и ускорением:

a = F/m

Применим выражение для ускорения

a = Δv/Δt

В этих уравнениях слева находится величина a . Так как левые части уравнений равны, можно приравнять правые их части

F/m = Δv/Δt

Полученное выражение является пропорцией. Применив основное свойство пропорции, получим такое выражение:

F⋅Δt = Δv⋅m

В правой части находится Δv =v —v0 — это разница между конечной и начальной скоростью.

Преобразуем правую часть

Δv⋅m = (v —v0)⋅m

Раскрыв скобки, получим

Δv⋅m= v ⋅m—v0⋅m

Заменим произведение массы и скорости на импульс:

v⋅m=p

v0⋅m=p0

Подставляем:

Δv⋅m=p —p0

p —p0 =Δp

Или, сокращенно:

Δv⋅m=Δp

То есть, вектор Δv⋅m – это вектор Δp.

Тогда второй закон Ньютона в импульсной форме запишем так

F⋅Δt =Δp

Вернемся к векторной форме, чтобы данное выражение было справедливо для любого направления вектора ускорения.

→
F⋅Δt =Δp⃗

Задачка про белку отлично описывает смысл второго закона Ньютона в импульсной форме Белка с полными лапками орехов сидит на гладком горизонтальном столе. И вот кто-то бесцеремонно толкает ее к краю стола. Белка понимает законы Ньютона и предотвращает падение. Но как?

Решение:

Чтобы к белке приложить силу, которая будет толкать белку в обратном направлении от края стола, нужно создать соответствующий импульс (вот и второй закон Ньютона в импульсной форме подъехал).

Ну, а чтобы создать импульс, белка может выкинуть орехи в сторону направления движения — тогда по закону сохранения импульса ее собственный импульс будет направлен против направления скорости орехов.

Реактивное движение

В основе движения ракет, салютов и некоторых живых существ: кальмаров, осьминогов, каракатиц и медуз — лежит закон сохранения импульса. В этих случаях движение тела возникает из-за отделения какой-либо его части. Такое движение называется реактивным.

Яркий пример реактивного движения в технике — движение ракеты, когда из нее истекает струя горючего газа, которая образуется при сгорании топлива.

Сила, с которой ракета действует на газы, равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой газы отталкивают от себя ракету:

→ →
F1 = — F2

Сила F2 называется реактивной. Это та сила, которая возникает в процессе отделения части тела. Особенностью реактивной силы является то, что она возникает без взаимодействия с внешними телами.

Закон сохранения импульса позволяет оценить скорость ракеты.

mг vг = mр vр,
где mг — это масса горючего,

vг — скорость горючего,

mр — масса ракеты,

vр — скорость ракеты.

Отсюда можно выразить скорость ракеты:

vр = mг vг / mр

Скорость ракеты при реактивном движении vр = mг vг / mр mг — это масса горючего [кг] vг — скорость горючего [м/с] mр — масса ракеты [кг] v р — скорость ракеты [м/с]

Эта формула справедлива для случая мгновенного сгорания топлива. Мгновенное сгорание — это теоретическая модель. В реальной жизни топливо сгорает постепенно, так как мгновенное сгорание приводит к взрыву.

III закон Ньютона – Физический факультет СПбГУ

III закон Ньютона

По III закону Ньютона сила F, действующая на тело, является проявлением взаимодействия с некоторым источником, причем само тело действует на источник с силой F’, равной F и направленной в противоположную сторону: F= — F’. Для центрально-симметричных взаимодействий силы действия и противодействия всегда направлены по одной прямой. В общем случае эти силы направлены как показано на рис. A1 

не по линии, соединяющей точки приложения этих сил, а по параллельным линиям. При этом оказывается, что суммарный момент сил в системе двух взаимодействующих тел A и B отличен от нуля!

Момент количества движения

Докажем, что отличный от нуля момент сил, действующих на некоторую систему из N тел, приводит к изменению ее момента количества движения.
Выпишем уравнения движения для каждого из N тел в следующем виде:

Введенные здесь обозначения очевидны:
F_i — суммарная сила, действующая на тело i; 
v_i и p_i — скорость и импульс этого тела в данный момент;
Dt — промежуток времени, малый настолько, чтобы можно было пренебречь изменением любых параметров системы.
Умножим равенство (A1) слева векторно на радиус-вектор точки приложения силы F_i:

Правую часть этого равенства можно переписать в виде

так как имеет место тождество

Последнее слагаемое в правой части этого тождества обращается в ноль в виду того, что D r_i||p_i (векторное произведение параллельных векторов равно нулю).
Проведем в (A2) суммирование по i:

В левой части этого равенства стоит импульс суммарного момента сил M, а в правой – изменение суммарного момента количества движения L всей системы:

M Dt=DL (A3)

Из этого равенства следует, что отличный от нуля момент сил приводит к изменению вектора момента количества движения системы.
В системе двух тел, изображенной на рис. A1, суммарный момент сил отличен от нуля. Такая система должна, в соответствии с формулой (A3), ускоренно вращаться относительно общего центра масс, что противоречит, в частности, закону сохранения энергии. Могут ли существовать системы, подобные изображенной на рис. A1? 

Центрально-симметричный потенциал

Сила, действующая на частицу в потенциальном поле, равна

где введен векторный оператор градиента

.

Для центрального-симметричного потенциального поля потенциал взаимодействия двух частиц зависит (по определению) только от расстояния между ними: U(r₁, r₂)=U(|r_1- r₂|). Следовательно, силы взаимодействия частиц F₁ и F₂ равны:

Здесь

.

Обозначим |r_1- r₂|=r и заметим, что

Таким образом, для центрально-симметричных потенциалов силы действия и противодействия всегда направлены по одной линии в противоположенные стороны.  В природе центрально-симметричные потенциалы описывают все дальнодействующие поля – гравитационное и электростатическое. Нецентральные поля (ядерные) имеют конечный радиус взаимодействия (^-13см) и не проявляются в макроскопической физике.

Пример нецентральных сил

Тем не менее центрально-симметричные потенциалы могут приводить к нецентральным взаимодействиям. Приведем конкретный пример такой системы. Заряд q расположим на расстоя нии L от середины диполя, состоящего из зарядов +q и -q, как показано на рис. A2. Дл ина диполя dL.

Силы F₁ и F₂, действующие на заряд со стороны диполя, равны по величине. Их векторная сумма равна F. Силы, действующие на диполь со стороны заряда, равны –F₁ и –F₂ соответственно, а их сумма –F. Момент сил F и –F относительно любой точки отличен от нуля, направле н по часовой стрелке и равен M=FL. Но заметим, что момент сил –F₁ и –F₂, п риложенных к диполю, тоже отличен от нуля, направлен против часовой стрелки и равен M’@ F₁d. Из сравнения треугольника сил F₁, F₂, F с треугольником, в вершинах которого находятся заряды, видим, что F ₁/F@ L/d. Отсюда получаем, что F₁d @ FL и M=M’, а в векторной форме M=- M’. Следовательно, суммарный момент сил, действующих в этой системе, равен нулю.
Заряд, находящийся в точке B, действуя на диполь, расположенный в точке A, создает не только силу – F, но и момент сил – M’.

Поле диполя

Покажем, что потенциальное поле, создаваемое диполем, нецентральное.

Для этого обратимся к рис. А3 и вычислим потенциал в произвольной точке на расстоянии R от центра диполя под углом q к вектору d, соединяющему заряды диполя:

Это выражение на расстояниях R>>d можно упростить, используя разложение по малой величине d/R:

С учетом этого приближения формула (A8) может быть переписана в виде

Для элементарного диполя d- 0, q стремится к бесконечности при фиксированном значении дипольного момента p=qd. Потенциал поля такого диполя

Видим, что потенциальное поле диполя не обладает сферической симметрией — потенциал явно зависит не только от расстояния R до диполя, но и от угла q между осью диполя и направлением в точку наблюдения.
Таким образом, даже в центрально-симметричных потенциальных полях взаимодействие элементарных объектов может иметь вид, характерный для нецентральных потенциалов. Силы действия и противодей ствия равны, направлены противоположно, но не по одной прямой, соединяющей точки приложения сил, а по параллельным линиям. При этом взаимодействие в целом описывается не только силами, но и моментами сил, т. е. имеет более сложный вид, чем обычно подразумевается при формулировке III закона.

II закон Ньютона. III закон Ньютона. Физика. 10 класс. – Объяснение нового материала.

Комментарии преподавателя

ВТОРОЙ ЗАКОН НЬЮТОНА

Второй закон Ньютона определяет:

как движется тело, если на него действует сила?
– с ускорением!

Причиной возникновения ускорения является сила, действующая на тело.

Ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей сил, приложенных к телу,
и обратно пропорционально его массе.

Расчетная формула:

Единица измерения силы в СИ: 1Н

Сила 1Н -это такая сила ,которая телу массой 1кг придает ускорение1м/c2.

Ускорение, приобретаемое телом в результатедействия силы, направлено также, как и сила.

2-ой закон Ньютона справедлив только в инерциальных системах отсчета.

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

Пред­ставь­те, что вы и ваш друг ка­та­е­тесь на скей­те, при­чём друг ка­та­ет­ся на одном скей­те с бра­том (см. Рис. 1).

Рис. 1. 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.

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

Каж­дая из сил вза­и­мо­дей­ствия при­ло­же­на к раз­ным телам. Сле­до­ва­тель­но, при рас­смот­ре­нии вто­ро­го за­ко­на Нью­то­на для каж­до­го тела в от­дель­но­сти, силы вза­и­мо­дей­ствия между те­ла­ми не могут ком­пен­си­ро­вать друг друга, хотя фор­маль­но:

 

 

Для ил­лю­стра­ции этого за­ко­на возь­мём два ди­на­мо­мет­ра (см. Рис. 2). Один из них на­де­нем ко­леч­ком на что-то непо­движ­ное, на­при­мер на гвоздь в стене, а вто­рой со­еди­ним с пер­вым крюч­ка­ми. И по­тя­нем за ко­леч­ко вто­ро­го ди­на­мо­мет­ра. Оба при­бо­ра по­ка­жут оди­на­ко­вые по мо­ду­лю силы на­тя­же­ния.

Рис. 2. Опыт с ди­на­мо­мет­ра­ми (Ис­точ­ник)

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.

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 от­счё­та. 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.

При вы­во­де тре­тье­го за­ко­на Нью­то­на мы ви­де­ли, что при вза­и­мо­дей­ствии двух тел от­но­ше­ние двух уско­ре­ний, ко­то­рые при­об­ре­та­ет пер­вое и вто­рое тело, яв­ля­ет­ся ве­ли­чи­ной по­сто­ян­ной. При­чём от­но­ше­ние этих уско­ре­ний не за­ви­сит от ха­рак­те­ра вза­и­мо­дей­ствия, сле­до­ва­тель­но, оно опре­де­ля­ет­ся са­ми­ми те­ла­ми, ка­кой-то его ха­рак­те­ри­сти­кой. 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 (см. Рис. 3). В ре­зуль­та­те та­ко­го вза­и­мо­дей­ствия боль­шее уско­ре­ние при­об­ре­тёт те­леж­ка с мень­шей мас­сой.

Рис. 3. Вза­и­мо­дей­ствие двух тел с раз­ны­ми мас­са­ми

Закон, ко­то­рый опи­сы­ва­ет со­от­но­ше­ние масс тел и уско­ре­ний, при­об­ре­тён­ных в ре­зуль­та­те вза­и­мо­дей­ствия, на­зы­ва­ет­ся ос­нов­ной экс­пе­ри­мен­таль­ный закон ди­на­ми­ки.

 

Домашняя работа.

Задание 1. Ответь на вопросы.

1. Причина возникновения ускорения – …
2. Как движется тело, когда сумма действующих на него сил равна нулю? 
3. Какие из величин: сила, скорость, ускорение, перемещение – всегда совпадают по направлению? 
4. Формула II закона Ньютона.
5. В чем суть III закона Ньютона?
6. Формула III закона Ньютона?
7. Где в повседневной жизни используется III закона Ньютона?

Задание 2. Найти графическим построением равнодействующую cилу.

Задание 3. Заполните пропуски:
1)    Под действием силы тело движется _____________________________
2)    Если при неизменной массе тела увеличить силу в 2 раза, то ускорение _____________ в ______раз(а).
3)    Если массу тела уменьшить в 4 раза, а силу, действующую на тело, увеличить в 2 раза, то ускорение ____________________ в _______раз(а).
4)    Если силу увеличить в 3 раза, а массу _______________________________, то ускорение останется неизменным.
Задание 4. Реши задачу: 
После удара футболиста неподвижный мяч массой 500 г получает скорость 10 м/с. Определите среднюю силу удара, если он длился в течение 0,5 с.
 

К занятию прикреплены файлы ” Самостоятельная работа.”. Вы можете скачать файлы и решить задания самостоятельно в любое удобное для вас время.

Использованные источники: 

• http://interneturok.ru/ru/school/physics/10-klass/
• http://znaika.ru/catalog/10-klass/physics/
• http://www.youtube.com/watch?v=f0i9ok3ajW0

 

 

Законы Ньютона для физики: основные формулы и определения

Законы Ньютона

Основные формулы

Плотность тела

Здесь — плотность , т — масса (кг), V — объем .

Второй закон Ньютона

Здесь F — сила (Н), m — масса (кг), а — ускорение .

Сила трения

Здесь — сила трения (Н), — коэффициент трения (безразмерный), — сила давления (И).

Закон Гука

Здесь — сила упругости (Н), k — жесткость (Н/м), х — деформация (м).

Закон всемирного тяготения

Здесь F — сила тяготения (Н), — гравитационная постоянная, — массы притягивающихся друг к другу материальных точек (кг), r — расстояние между этими точками (м).

Вес тела в покое или движущегося равномерно вверх или вниз

Здесь Р — вес (Н), m — масса (кг), g — ускорение свободного падения .

Вес тела, опускающегося с ускорением или поднимающегося с замедлением

Здесь а — ускорение тела . Остальные величины названы в предыдущей формуле.

Вес тела, поднимающегося с ускорением или опускающегося с замедлением

Все величины названы в предыдущей формуле.

Перегрузка при подъеме с ускорением или спуске с замедлением

Здесь n — перегрузка (безразмерная), Р — вес (Н), т — масса (кг), g — ускорение свободного падения .

В динамике изучают движение тел с учетом причин, влияющих на состояние их движения.

Параметрами динамики являются: масса m, сила F, работа А, мощность N, импульс тела р, импульс силы , энергия Е.

Масса m — это количественная мера инертных и гравитационных свойств тела. Чем больше масса тела, тем труднее изменить его скорость и тем сильнее оно притягивает другие тела. Масса — скалярная величина. Масса системы тел равна сумме масс тел, составляющих эту систему.

Отношение массы тела к его объему называется плотностью тела.

Плотность — скалярная положительная величина. Плотность твердых и жидких тел зависит от вещества и температуры. В справочниках приведены плотности твердых и жидких веществ при 0 °C. Плотность газов зависит от параметров их состояния.

Сила F — это количественная мера взаимодействия тел, в результате которого они изменяют скорость или деформируются. Сила — векторная величина. Вектор силы совпадает по направлению с вектором ускорения , полученного телом под действием этой силы.

Существует четыре вида сил различной природы: электромагнитные, гравитационные, ядерные и слабые взаимодействия.

Электромагнитные силы — это силы, действующие между телами вследствие того, что тела состоят из движущихся заряженных частиц, между которыми действуют электрические и магнитные силы. К электромагнитным силам относится сила трения и сила упругости .

Сила трения — это сила, возникающая вследствие неровностей поверхностей соприкасающихся тел. Сила трения не имеет точки приложения и всегда направлена в сторону, противоположную относительному перемещению тел. Сила трения прямо пропорциональна силе давления одного тела на другое.

Коэффициент трения в формуле силы трения не зависит от силы давления, а зависит от материала соприкасающихся тел и степени их обработки. Никакая зачистка поверхностей не сделает силу трения равной нулю.

Сила упругости — это сила, возникающая в теле при упругой деформации. Ее величина определяется законом Гука:

сила упругости прямо пропорциональна деформации тела, взятой со знаком «минус»:

К электромагнитным силам относится также и вес тела Р. Вес тела Р — это сила, с которой тело действует на другие тела вследствие его притяжения к планете.

Гравитационные силы — это силы притяжения (тяготения) одних тел к другим вследствие наличия у них масс. К гравитационным силам относится сила тяготения и сила тяжести mg.

Сила тяжести mg — это сила, с которой планета действует на тело. Сила тяжести равна произведению массы тела и ускорения свободного падения.

Если тело относительно вертикали покоится или движется равномерно вверх или вниз, то его вес равен силе тяжести. Если тело движется вниз с ускорением или вверх с замедлением, то его вес меньше силы тяжести. Если тело свободно падает, его вес равен нулю. Это состояние называется невесомостью.

Если тело движется вверх с ускорением или опускается вниз с замедлением, то его вес больше силы тяжести. В этом случае отношение веса к силе тяжести называется перегрузкой.

Ядерные силы — это силы, действующие между частицами ядер атомов — протонами и нейтронами.

Слабые взаимодействия — это силы, удерживающие элементарные частицы от распада.

В механике ядерные и слабые взаимодействия не рассматриваются.

Механическое движение подчиняется основным законам механики — законам Ньютона. Законы Ньютона выполняются только в инерциальных системах отсчета.

Первый закон Ньютона

Первый закон Ньютона — в инерциальных системах отсчета свободное тело сохраняет свою скорость. Такое тело движется по инерции. Инерция — это свойство тела сохранять скорость при отсутствии внешнего воздействия.

Только равномерное и прямолинейное движение является движением по инерции. Согласно первому закону Ньютона, когда силы, действующие на движущееся тело, уравновесят друг друга, оно станет двигаться равномерно и прямолинейно — по инерции. Или, если оно ранее покоилось, то и останется в покое.

Рассмотрим пример:

На автомобиль, движущийся по

горизонтальному шоссе, действуют сила тяжести mg, сила тяги сила сопротивления , и сила реакции опоры со стороны шоссе (рис. 50). Автомобиль станет двигаться равномерно и прямолинейно, если все силы окажутся уравновешенными другими силами, т.е. если модули противоположно направленных сил равны между собой:

Другой пример:

Тело соскальзывает с наклонной плоскости с углом при основании а (рис. 51). Оно будет двигаться равномерно и прямолинейно, если станут выполняться равенства

Еще пример:

Тело перемещается к вершине наклонной плоскости под действием силы тяги (рис. 52). В этом случае сила трения будет направлена к основанию наклонной плоскости. Движение тела будет равномерным и прямолинейным, если будут выполняться равенства:

Если тело движется равномерно и прямолинейно по вертикали — вверх или вниз — и на него действуют, например, сила тяжести mg и сила натяжения у каната или веревки (рис. 53), то должно выполняться равенство: .

Если силы не уравновешивают друг друга, то тело будет двигаться с ускорением — в соответствии со вторым законом Ньютона.

Второй закон Ньютона

Второй закон Ньютона: произведение массы тела на его ускорение равно векторной сумме всех приложенных к нему сил.

Векторная сумма всех действующих на тело сил называется их равнодействующей силой, а сами силы — составляющими силами.

Если на тело действует только одна сила, как на рис. 54, то оно всегда движется с ускорением. Произведение массы этого тела на его ускорение будет равно этой силе:

Если силы действуют на тело в одном направлении, как на рис. 55, то произведение массы тела на его ускорение равно их сумме:

Если силы направлены в противоположные стороны, как на рис. 56, то произведение массы тела на его ускорение равно разности между большей и меньшей силой:

Если тело движется равномерно по окружности под действием только одной силы, как на рис. 57, то она всегда направлена по радиусу к центру окружности и произведение массы тела на его центростремительное ускорение равно этой силе:

Если конькобежец движется по кругу в отсутствие силы трения между коньками и льдом, то он вынужден наклониться под углом к поверхности льда (рис. 58), иначе его центростремительное ускорение станет равно нулю, и он поедет по касательной к окружности равномерно и прямолинейно в соответствии с первым законом Ньютона. Чтобы удержаться на круге, он наклоняется к его центру. В этом случае произведение массы конькобежца и его центростремительного ускорения равно векторной сумме сил тяжести и реакции опоры, а по модулю соотношение этих сил можно выразить из прямоугольных треугольников на рис 58:

или

Если тело удерживается силой трения на горизонтальном диске, вращающемся вокруг вертикальной оси, как на рис. 59, то произведение его массы и центростремительного ускорения равно этой силе, потому что силы тяжести и реакции опоры уравновешены:

Если автомобиль едет по вогнутому мосту, который является частью дуги окружности, как на рис. 60, то в нижней точке моста сила реакции опоры больше силы тяжести, поэтому вогнутый мост быстрее изнашивается, чем горизонтальный или выпуклый. В этом случае произведение массы автомобиля и его центростремительного ускорения равно разности между силой реакции моста ,

которая по модулю равна силе давления автомобиля на мост , и силой тяжести:

А если мост выпуклый, как на рис. 61, то сила тяжести

больше силы давления, и тогда

Когда летчик в самолете делает мертвую петлю, то в высшей точке петли (рис. 62) сила тяжести и сила давления на него сверху кресла направлены вниз, поэтому произведение массы летчика и его центростремительного ускорения равно их сумме:

В этом случае, чтобы летчик не провисал на ремнях, удерживающих его в кресле, при минимальной скорости самолета должно выполняться равенство:

Это же условие должно выполняться, чтобы мотоциклист не свалился в высшей точке траектории с вертикального трека или чтобы вода не выливалась при вращении ведерка с водой в вертикальной плоскости и т. п.

В нижней точке мертвой петли (рис. 62) сила давления кресла на летчика снизу больше силы тяжести. В этом случае произведение массы летчика и его центростремительного ускорения равно разности между силой давления и силой тяжести:

Если тело на канате движется по образующей конуса (конический маятник), как на рис. 63, то произведение его массы на центростремительное ускорение равно

векторной сумме силы тяжести и силы натяжения каната, а по модулю соотношение между этими силами можно определить из прямоугольных треугольников:

Утверждение о том, что сила реакции, с которой опора действует на тело на ней, равна силе давления тела на опору, вытекает из третьего закона Ньютона.

Третий закон Ньютона

Третий закон Ньютона: силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению. Несмотря на то, что эти силы равны и противоположны, они друг друга не уравновешивают, т. к. приложены к разным телам. Уравновешивать друг друга могут только силы, приложенные к одному и тому же телу, если они равны по модулю и противоположны по направлению.

Четвертым законом Ньютона иногда называют открытый им закон всемирного тяготения.

Закон всемирного тяготения

Закон всемирного тяготения: две материальные точки притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Из-за малости гравитационной постоянной действие сил тяготения заметно только в мегамире — мире небесных тел и огромных масс.

Основное свойство сил тяготения состоит в том, что от них нельзя загородиться никаким экраном, а также в том, что они всем телам независимо от их массы сообщают одинаковое ускорение.

Земной шар сплюснут у полюсов, поэтому на полюсе тело ближе всего к земному ядру и там сила его тяготения к земному шару наибольшая. На полюсе сила тяжести равна силе тяготения:

Здесь m — масса тела, М — масса земного шара, R — его радиус.

На экваторе сила тяжести меньше силы тяготения и может быть определена по формуле:

где , угловая скорость суточного вращения земного

шара, Т = 24 ч — период его вращения и R — радиус земного шара.

Если тело поднято на высоту Н над землей, сравнимую с радиусом Земли (не менее 40 км), то там сила тяжести и сила тяготения меньше, чем на земной поверхности. В этом случае следует применять формулу

Эта теория со страницы подробного решения задач по физике, там расположена теория и подробное решения задач по всем темам физики:

Задачи по физике с решением

Возможно вам будут полезны эти страницы:

Три основные закона механики, которые были сформулированы Исааком Ньютоном

Предлагаем подробно разобраться с основными законами механики, которые были сформулированы Исааком Ньютоном.

Ньютон — великий ученый, которого по праву считают «отцом» современной физики. В 17 веке был опубликован его труд, который произвел фурор в науке. «Математические начала натуральной философии» содержит описание трех законов классической механики: инерции, движения и взаимодействия тел. Сегодня они считаются аксиомой, которая основывается на результатах множественных исследований.

Первый закон Ньютона

Ученый писал, что существуют инерционные системы отсчета, в которых происходит равномерное или прямолинейное движение тел при условии отсутствия воздействия на них других сил или если их действие скомпенсировано.

Другими словами, суть первого закона механики можно объяснить так: допустим, у нас есть мяч и ровная, без изъянов, поверхность (дорога). Если пренебречь силой трения и сопротивлением воздуха и толкнуть шар, то он может двигаться вечно с одинаковой скоростью. Причина — инерция: способность тела сохранять скорость по направлению и по величине в случае отсутствия воздействия на него других сил. В реальной жизни, конечно, это невозможно, так как шар будет тереться о поверхность. Кроме этого ему придется преодолевать сопротивление воздушных сил.

Итак, первый закон классической механики — закон инерции. Ньютон не первый ученый, который его сформулировал. До этого в более абстрактной форме закон изложил Галилео Галилей. Инерцию он определял как «неистребимо запечатленное движение». Правило, сформулированное Галилеем, гласит: если воздействие внешних сил на тело исключено, оно либо находится в состоянии покоя, либо движется с одинаковой скоростью. Например, если оставить мяч в космосе, он и будет находиться там в состоянии покоя. Если его толкнуть — будет двигаться с одинаковой скоростью бесконечно, так как там нет воздействующих на него сил.

На Земле всё и все находятся в поле силы тяжести. Передвигаясь, человек преодолевает ее, а также силу скольжения, ветра, трения и другие.

Источник: infourok.ru

Второй закон Ньютона

Давайте вспомним пример с шаром, который был описан выше. В этот момент к нему была применена сила. Но все интуитивно понимают, что он будет катиться сначала быстрее, а затем остановится. Это значит, что скорость тела изменяется. В реальной жизни скорость тела без внешнего воздействия на него не может оставаться постоянной. Когда нарастание или убывание скорости происходит равномерно, то говорят, что такое движение равноускоренное. Если предмет падает, на него действует ускорение свободного падения, поэтому любой предмет, выброшенный из окна, будь то рояль или кружка, будет двигаться равноускоренно.

Второй закон Ньютона констатирует связь между массой предмета, ускорением и силой, которые действуют на тело. Например, возьмем двух лыжников, которые хотят спуститься со склона горы. На обоих действует две силы. Чтобы придать ускорение, толкаем обоих одинаково. Человек, масса которого выше, будет спускаться с горы медленнее. Если мы хотим, чтобы они двигались с одинаковой скоростью, более тяжелого надо подтолкнуть сильнее.

Источник: bourabai. kz

Если сил несколько, в формуле они отражаются как векторная величина F.

Второй закон Ньютона гласит: ускорение тела (материальной точки) в инерциальной системе отсчета прямо пропорционально приложенной к нему силе и обратно пропорционально массе.

В таком варианте закон применим только к ситуациям, где движение происходит с много меньшей скоростью по отношению к скорости света.

Существует дифференциальный вид закона, другими словами, более универсальная формулировка. Она гласит: в любой бесконечно малый промежуток времени сила, действующая на тело, равна производной импульса тела по времени.

Третий закон Ньютона

Третий закон Ньютона описывает взаимодействие тел. Именно он объясняет, что на любое действие существует противодействие. То есть, когда на определенный объект воздействует сила, то имеется еще одна материальная точка, на которую воздействует объект с равной по значению, но противоположной по направлению силой. Эту закономерность называют законом равенства действия и противодействия.

Формула для третьего закона Ньютона:

 

Задачи на законы Ньютона

Приведем пример задачи на применение законов Ньютона.

Задача: Парашютист массой 100 килограмм опускается вниз, его скорость постоянна. Какова сила сопротивления воздуха?

Решение: Движение человека — равнонаправленное и прямолинейное, поэтому, согласно первому закону Ньютона, действие сил на него скомпенсировано.
На парашютиста действуют силы сопротивления воздуха и тяжести. Причем они направлены в противоположные стороны. Второй закон Ньютона гласит, что сила тяжести будет равна ускорению свободного падения, умноженному на массу человека.

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

Рассмотрим задачу на действие третьего закона Ньютона.

Задача: О лобовое стекло авто ударяется комар. Сравните силы, действующие на автомобиль и комара.

Решение: Третий закон Ньютона гласит, что силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению. Значит, сила комара и автомобиля, с которой они действуют один на одного, равны. Но действие их значительно отличаются из-за несоответствия масс и ускорения.

Исаак Ньютон: как было на самом деле

Источник: dayofru.com

Свой основной труд Исаак Ньютон опубликовал, когда ему было 45 лет. Его исследования внесли огромный вклад в физическую науку, заложив ее фундамент и определив развитие на будущее.

Личность Ньютона окутали легенды и мифы. Это неудивительно, ведь кроме физики его интересовали оптика, химия и другие науки. Кроме этого ученый неплохо писал стихи и рисовал. Жизнь такова, что даже миф на самом деле мог быть правдой. Приведем некоторые достоверные и сомнительные сведения из жизни ученого.

Факт. Достоверно известно, что Исаак Ньютон был скромен и застенчив. Он всячески избегал славы и никогда к ней не стремился.

Миф. Легенда гласит, что причина озарения Ньютона, упавшее ему на голову яблоко. На самом деле этот факт стал упоминаться в биографии ученого уже после его смерти. Да и данные биографов расходятся во мнениях, действительно ли падение яблока сыграло такую важную для науки роль.

Факт. Ньютон учился в Кембридже, а затем там же много работал, преподавал. Студенты часто просто игнорировали преподавателя и прогуливали лекции. Считается, что это было связано с тем, что ученый был слишком зациклен на собственных исследованиях.

Миф. В Кембридже ученого избрали членом парламента. Легенда гласит, что слово Ньютон взял только единожды. Он попросил закрыть окно, так как в помещении был сквозняк.

Факт. Мать Ньютона мечтала и настоятельно рекомендовала сыну заниматься семейным делом — хозяйствованием на ферме. Но педагоги, а также родной дядя разглядели в юноше научный талант и настояли на том, чтобы он продолжил учебу.

Напоследок, напомним — любая задача имеет решение. Но если проблемы по физике не дают спокойно жить, да еще способствуют появлению «хвостов» по другим предметам, обращайтесь в Fenix.Help. Наш студенческий сервис знает, как решить любые учебные задачи.

Физика гонок Часть 1: Перенос веса

От: Физика гонок доктора Брайана Бекмана

Поймите обоснование

Большинство автокроссеров и гонщиков рано осознают важность балансировки автомобиля. Научиться делать это последовательно и автоматически – одна из важнейших составляющих того, чтобы стать по-настоящему хорошим водителем. В то время как навыки балансировки автомобиля обычно преподаются в школах водителей, их обоснование обычно не объясняется должным образом.Это обоснование исходит из простой физики. Понимание физики вождения не только помогает стать лучше водителем, но и увеличивает удовольствие от вождения. Если вы знаете глубинные причины, по которым вам следует делать определенные вещи, вы лучше запомните их и быстрее продвинетесь к полной усвоению навыков.

Балансировка

Балансировка автомобиля – это управление переносом веса с помощью дроссельной заслонки, тормозов и рулевого управления. В этой статье объясняется физика переноса веса.Вы часто слышите, как тренеры и водители говорят, что при торможении вес переносится на переднюю часть автомобиля и может вызвать чрезмерную поворачиваемость. Точно так же при ускорении вес смещается назад, вызывая недостаточную управляемость, а при прохождении поворотов вес смещается в противоположную сторону, разгружая внутренние шины. Но почему при этих маневрах смещается вес? Как можно сместить вес, если в машине все прикручено и привязано? Вкратце, причина в том, что инерция действует через центр тяжести (CG) автомобиля, который находится над землей, а силы сцепления действуют на уровне земли через пятна контакта шин.Эффект переноса веса пропорционален высоте ЦТ над землей. Более плоский автомобиль с более низким CG управляется лучше и быстрее, потому что перенос веса не такой резкий, как в высоком автомобиле.

Остальная часть этой статьи объясняет, как силы инерции и адгезии вызывают перенос веса по законам Ньютона. Статья начинается с элементов и сводится к некоторым простым уравнениям, которые можно использовать для расчета переноса веса в любом автомобиле, зная только колесную базу, высоту ЦТ, статическое распределение веса и колею или расстояние между шинами в поперечном направлении. машина.Эти цифры приводятся в инструкциях по эксплуатации и в большинстве журналистских обзоров автомобилей.

Законы Ньютона

Большинство людей помнят законы Ньютона из школьной физики. Это фундаментальные законы, которые применимы ко всем большим объектам во Вселенной, например, к автомобилям. В контексте нашего гоночного приложения это:

Первый закон: автомобиль, движущийся по прямой с постоянной скоростью, будет продолжать движение до тех пор, пока на него не будет действовать внешняя сила. Единственная причина, по которой автомобиль на нейтрали не будет двигаться по инерции вечно, заключается в том, что трение, внешняя сила, постепенно замедляет автомобиль.Трение возникает от шин о землю и от воздуха, обтекающего автомобиль. Тенденция автомобиля продолжать движение так же, как он движется, – это инерция автомобиля, и эта тенденция сосредоточена в точке ЦТ.

Второй закон: Когда к автомобилю прилагается сила, изменение движения пропорционально силе, деленной на массу автомобиля. Этот закон выражается знаменитым уравнением F = ma, где F – сила, m – масса автомобиля, а a – ускорение или изменение движения автомобиля.Большая сила вызывает более быстрые изменения в движении, а более тяжелый автомобиль медленнее реагирует на силы. Второй закон Ньютона объясняет, почему быстрые автомобили мощные и легкие. Чем больше F и меньше m у вас есть, тем больше вы можете получить. Третий закон: Каждой силе, действующей на автомобиль со стороны другого объекта, например земли, соответствует равная и противоположная сила, действующая на объект со стороны автомобиля. Когда вы нажимаете на тормоза, вы заставляете колеса толкаться вперед по земле, а земля толкается назад. Пока шины остаются на машине, земля, давящая на них, замедляет машину.

Анализ торможения

Перенос веса при ускорении и прохождении поворотов – всего лишь вариации на тему. Пока не будем рассматривать такие тонкости, как подвеска и прогиб шин. Эти эффекты очень важны, но второстепенны. На рисунке показан автомобиль и силы, действующие на него во время маневра торможения «один g». Один g означает, что общая тормозная сила равна весу автомобиля, скажем, в фунтах.

На этом рисунке черно-белая «круговая тарелка» в центре – это ЦТ.G – это сила тяжести, которая тянет автомобиль к центру Земли. Это вес машины; вес – это просто другое слово для обозначения силы тяжести. Это факт природы, полностью объясненный только Альбертом Эйнштейном, что гравитационные силы действуют через ЦТ объекта, как и инерция. Этот факт можно объяснить на более глубоком уровне, но такое объяснение уведет нас слишком далеко от темы переноса веса.

Lf – это подъемная сила, оказываемая землей на переднюю шину, а Lr – подъемная сила, действующая на заднюю шину.Эти подъемные силы столь же реальны, как и те, которые удерживают самолет в воздухе, и они не дают автомобилю провалиться сквозь землю к центру Земли.

Мы не часто замечаем силы, которые земля оказывает на объекты, потому что они такие обычные, но они лежат в основе динамики автомобиля. Причина в том, что величина этих сил определяет способность шины заедать, а дисбаланс между передней и задней подъемными силами приводит к недостаточной и избыточной поворачиваемости. На рисунке показаны только силы, действующие на автомобиль, но не силы, действующие на землю и ЦТ Земли.Третий закон Ньютона требует, чтобы эти равные и противоположные силы существовали, но нас беспокоит только то, как земля и гравитация Земли влияют на машину.

Если бы автомобиль стоял на месте или двигался по инерции, а его распределение веса было бы 50-50, то Lf было бы таким же, как Lr. Всегда бывает так, что Lf плюс Lr равняется G, весу автомобиля. Почему? Из-за первого закона Ньютона. Автомобиль не меняет своего движения в вертикальном направлении, по крайней мере, до тех пор, пока он не поднимается в воздух, поэтому общая сумма всех сил в вертикальном направлении должна быть равна нулю.G указывает вниз и противодействует сумме Lf и Lr, которые указывают вверх.

Торможение приводит к тому, что Lf становится больше Lr. Буквально «загорается задняя часть», как часто можно услышать от гонщиков. Рассмотрим на диаграмме передние и задние тормозные силы Bf и Br. Они толкают назад шины, которые толкают колеса, которые толкают детали подвески, которые толкают остальную часть автомобиля, замедляя его. Но эти силы действуют на уровне земли, а не на уровне ЦТ. Тормозные силы косвенно замедляют автомобиль, толкая его на уровне земли, в то время как инерция автомобиля «пытается заставить его двигаться вперед как единое целое на уровне CG».

Тормозные силы создают тенденцию к вращению или крутящий момент относительно ЦТ. Представьте, что вы вытаскиваете скатерть из-под очков и канделябров. Эти предметы будут иметь тенденцию опрокидываться или поворачиваться, и эта тенденция тем больше для более высоких предметов, и тем сильнее, чем сильнее вы тянете за ткань. Тенденция вращения автомобиля при торможении обусловлена ​​идентичной физикой.
Тормозной момент действует таким образом, что автомобиль ставится на нос. Поскольку автомобиль на самом деле не едет на носу (мы надеемся), по первому закону Ньютона этой тенденции должны противодействовать другие силы.G не может этого делать, поскольку проходит прямо через центр тяжести. Единственными силами, которые могут противодействовать этой тенденции, являются подъемные силы, и единственный способ, которым они могут это сделать, – это сделать Lf больше, чем Lr. Буквально во время торможения земля сильнее давит на передние колеса, чтобы не допустить опрокидывания автомобиля вперед.

Если у вас есть цифры ускорения в единицах ge, скажем, от G-аналитика или другого устройства, просто умножьте их на вес автомобиля, чтобы получить силы ускорения (второй закон Ньютона!).Перенос веса во время поворота можно проанализировать аналогичным образом, когда колея автомобиля заменяет колесную базу, а d всегда составляет 50% (если вы не учитываете вес водителя). Те из вас, у кого есть научное или инженерное образование, могут получить удовольствие от самостоятельного вывода этих уравнений. Уравнения для автомобиля, выполняющего комбинацию торможения и прохождения поворота, как в маневре торможения по бездорожью, намного сложнее и требуют некоторых математических уловок для получения.

Теперь вы знаете, почему происходит перенос веса.Следующая тема, которая приходит на ум, – это физика сцепления шин, которая объясняет, как перенос веса может привести к недостаточной и избыточной поворачиваемости.

Ссылка:
Д-р Брайан Бекман – Физика гонок

Закон Ньютона – обзор

1.3.1.1 Законы движения Ньютона

Первый закон Частица остается в покое или продолжает движение по прямой линия с постоянной скоростью, если на нее не действует внешняя сила.

Второй закон Сумма всех внешних сил, действующих на частицу, пропорциональна скорости изменения количества движения.

Третий закон Силы действия и реакции между взаимодействующими телами равны по величине и противоположны по направлению.

Закон всемирного тяготения Ньютона , который регулирует взаимодействие между телами, утверждает

F = Gm1m2 / x2

где F – взаимная сила притяжения, G – универсальная постоянная, называемая постоянной гравитации, которая имеет значение 6,673 × 10 ⁻¹¹ m ³ кг ⁻¹ s ⁻² , m ₁ и m ₂ – массы двух тел, а x – расстояние между центрами тел.

Масса (м) – это мера количества вещества, присутствующего в теле.

Скорость – это скорость изменения расстояния ( x ) во времени ( t ):

Ускорение – это скорость изменения скорости ( v ) во времени ( t ):

a = dv / dt или d2x / dt2 или x¨

Импульс – это произведение массы и скорости. Если внешние силы отсутствуют, импульс любой системы остается постоянным.Это известно как сохранение импульса.

Сила равна скорости изменения количества движения ( mv ) во времени ( t ):

F = d (mv) / dt

F = m · dv / dt + v · dm / dt

Если масса остается постоянной, то это упрощается до F = m · dv / dt, т.е. Сила = масса × ускорение, и она измеряется в Ньютонах.

Импульс (I) – произведение силы и времени ее действия. Поскольку I = Ft = mat = m (v ₂ – v ₁ ), импульс также называется изменением количества движения.

Энергия В системе может существовать несколько различных форм энергии. Они могут быть преобразованы из одного типа в другой, но никогда не могут быть уничтожены. Энергия измеряется в Джоулях.

Потенциальная энергия (PE) – это энергия, которой тело обладает в силу своего положения по отношению к другим телам: PE = mgh, где h – расстояние над некоторой фиксированной точкой отсчета, а g – ускорение свободного падения.

Кинетическая энергия (KE) – это энергия, которой тело обладает в силу своего движения:

KE = 12mv2

Работа (W) – это мера количества энергии, производимой при перемещении тела силой. заданное расстояние: W = F · x.

Мощность (P) – это скорость выполнения работы по времени, измеряемая в ваттах.

Момент инерции (I) : Момент инерции – это то свойство во вращательной системе, которое может считаться эквивалентным массе в поступательной системе. Он определяется вокруг оси xx как

IXX = ∑δmx2 = mk2xx

, где x – перпендикулярное расстояние элемента массы δm от оси xx, а k _XX – радиус вращения вокруг оси xx.В таблице 1.1 приведены некоторые данные о моментах инерции для стандартных форм.

Угловая скорость (ω) – это скорость изменения углового расстояния (θ) во времени: =

dθ / dt = θ˙

Угловое ускорение (α) – это скорость изменения угловой скорости ( ω) со временем:

= dω / dt или d2θ / dt2 или θ¨

И угловая скорость, и ускорение связаны с линейным движением уравнениями v = ωx и a = αx (см. рисунок 1.2).

Рисунок 1.2.

Крутящий момент (T) – это момент силы вокруг оси вращения:

T = I ₀ α

Крутящий момент также может быть равен паре , что представляет собой две силы, равные по величине, действующие на некотором расстоянии друг от друга в противоположных направлениях.

Теорема о параллельной оси: , если I _GG – это момент инерции тела массы m относительно его центра тяжести, то момент инерции ( I ) относительно некоторой другой оси, параллельной исходной оси, равен дается формулой I = I _GG + mr ² , где r – расстояние по перпендикуляру между параллельными осями.

Теорема о перпендикулярной оси. Если I _XX , I _YY и I _ZZ представляют моменты инерции относительно трех взаимно перпендикулярных осей x, y и z для плоской фигуры в плоскости xy (см. Рисунок 1.3), то I _ZZ = I _ХХ + Я _ГГ .

Рисунок 1.3.

Угловой момент (HO) тела вокруг точки O – это момент количества движения относительно этой точки, равный ωI _OO . Угловой момент системы остается постоянным, если только на нее не действует внешний крутящий момент.

Угловой импульс – это произведение крутящего момента во времени, то есть угловой импульс = Tt = Iα · t = I (ω ₂ – ω ₁ ), изменение углового момента.

Угловая кинетическая энергия вокруг оси O определяется выражением

12IOω2

.

Работа, выполненная из-за крутящего момента , является произведением крутящего момента на угловое расстояние и определяется как Tθ.

Мощность из-за крутящего момента – это скорость угловой работы по отношению ко времени, которая выражается как Tdθ / dt = Tω).

Трение : Когда две поверхности, которые остаются в контакте, перемещаются одна относительно другой, возникает сила, которая действует по касательной к поверхностям, чтобы противодействовать движению. Это известно как сила трения. Величина этой силы равна μR, где R – нормальная реакция, а μ – постоянная величина, известная как коэффициент трения. Коэффициент трения зависит от характера контактирующих поверхностей.

Законы Ньютона и их приложения в реальной жизни

Законы движения Ньютона: Это фундаментальные законы физики, которые используются в нашей реальной жизни изо дня в день.Закон движения Ньютона – это три закона, которые касаются взаимосвязи между движением объекта и силой, действующей на него. В этих трех законах Ньютона он объяснил, что происходит, когда тело находится в состоянии покоя или в движении, или когда внешняя сила заставляет тело двигаться своими реакциями. В этой статье вы узнаете больше о законах движения Ньютона и их применении в реальной жизни.

Исаак Ньютон, великий ученый, объясняет эти законы движения.Ньютон использовал эти законы для объяснения и исследования движения тела, объектов и систем, которые легли в основу многих важных вопросов физики. Здесь вы узнаете о трех важных законах движения Ньютона, определениях, формулах и приложениях, используемых в реальной жизни.

Закон движения Ньютона и его приложения в реальной жизни

Здесь выучите три закона движения Ньютона, которые хорошо объяснены. Пожалуйста, прочтите все три закона и поймите, как они используются в нашей повседневной жизни.Эти законы действительно помогают нам в повседневной жизни, а также помогают нам в изучении многих тем физики и механики, которые вытекают из этих законов движения Ньютона.

Первый закон движения Ньютона: закон инерции

Первый закон движения Ньютона гласит, что объект не может запускаться, останавливаться или изменять направление самостоятельно. Требуется некоторая внешняя сила, чтобы вызвать изменение движения. Это свойство массивных тел сопротивляться изменениям в их состоянии движения называется инерцией. Первый закон Ньютона также известен как закон инерции.

Выписка: Тело остается в покое или движется по прямой (с постоянной скоростью), если на него не действует внешняя сила.

Реальное применение: Встряхните бутылку кетчупа! Когда вы встряхиваете бутылку, вы опускаете дно, а затем внезапно останавливаетесь. Кетчуп выходит из бутылки по инерции.

Второй закон движения Ньютона

Второй закон движения обсуждает, что происходит с объектом, когда на него действует внешняя сила.Второй закон движения Ньютона гласит, что сила, приложенная к телу, равна произведению его массы и ускорения.

Заявление: 2-й закон движения Ньютона гласит, что ускорение объекта, создаваемое чистой силой, прямо пропорционально величине чистой силы в том же направлении, что и результирующая сила, и обратно пропорционально масса объекта.

Формула закона движения Ньютона: F = ma

Применение в реальной жизни – Ваш друг весит меньше вас, но вы оба ходите, прилагая одинаковое усилие.Ваш друг поедет намного быстрее вас, потому что используемое им ускорение, несомненно, будет выше.

Одна из основных причин, по которой люди постоянно пытаются уменьшить массу объектов, – это увеличение их скорости и ускорения. Все факторы влияют друг на друга. Если что-то имеет гораздо большую массу, то приложение большей силы заставит его двигаться быстрее.

Третий закон движения Ньютона

В третьем законе движения Ньютона мы обсуждаем действие и противодействие с их использованием в повседневной жизни.

Заявление: Для каждого действия существует равная и противоположная реакция. Если одно тело оказывает силу на второе тело, то второе тело оказывает такое же усилие на первое тело.

Приложение из реальной жизни – Удар кулаком в стену! Есть две силы, ваша сила, а другая – равная и противоположная сила, приложенная стеной к кулаку. Следовательно, чем сильнее вы ударяетесь о стену, тем большее усилие воздействует на ваш кулак у стены; вот почему тебе больнее.Так что не ударяйтесь об стену, потому что вы получите травму.

Законы движения Ньютона: вопросы и ответы

Вопрос 1: Ящик массой 2 кг и силой 20 Н, действующей на него в положительном направлении оси x, и силой 30 Н в отрицательном направлении оси x, затем найти его ускорение?

Ответ: Чтобы найти ускорение, нам нужно вычислить чистую силу.

Fnet = 20 Н – 30 Н = -10 Н

Масса = 2 кг

Как мы знаем, F = ma , поэтому, чтобы найти ускорение, мы должны разделить силу на массу по формуле a = F / m

∴ Ускорение = −10 Н / 2 кг = −5 м / с ²

Вопрос 2: По дороге на работу Рам всегда держит сумочку на пассажирском сиденье.К тому времени, как он добрался до офиса, сумочка упала перед пассажирским сиденьем. Так почему это происходит?

Ответ: Мы можем объяснить это в терминах первого закона движения Ньютона. Кошелек по инерции движется вперед вместе с автомобилем, пока на него не действует внешняя сила. В этом случае сила пола автомобиля заставляет сумочку упасть с сиденья.

Вопрос 2: Рассчитайте полезную силу, необходимую для придания автомобилю массой 1500 кг ускорения 5 м / с ²

Ответ: Силу рассчитываем по следующей формуле F = ma

Данные детали: m = 1500 кг и a = 5 м / с ²
F = ma, Итак, F = 1500 * 5 = 7500N
Таким образом, требуемое усилие составляет 7500N

Часто задаваемые вопросы, связанные с законом Ньютона и его практическими применениями

Q.Каковы законы движения Ньютона?

А. Законы движения Ньютона связывают движение объекта с силами, действующими на него. В первом законе объект не изменит своего движения, если на него не действует сила. Во втором законе сила, действующая на объект, равна его массе, умноженной на его ускорение. Наконец, когда два тела взаимодействуют по третьему закону, они прикладывают силы одинаковой величины и противоположного направления.

В. Почему законы движения Ньютона важны?

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

В. Кто открыл три закона движения?

A. Великий ученый сэр Исаак Ньютон открыл три закона движения. Он также открыл закон всемирного тяготения Ньютона.

В. Каковы некоторые примеры повседневной жизни 1-го и 3-го законов движения Ньютона?

A. Движение шара, падающего в атмосфере, или модели ракеты, запущенной в атмосферу, – прекрасные примеры 1-го закона движения Ньютона.
Вы ударяетесь о стену с определенной силой, и стена возвращает такое же количество силы, что является примером 3-го закона Ньютона.

В. Каковы три закона движения?

A. Согласно законам:
(1) Каждый объект движется по прямой линии, если на него не действует сила.
(2) Ускорение объекта прямо пропорционально приложенной чистой силе и обратно пропорционально массе объекта.
(3) Для каждого действия существует равная и противоположная реакция.

Итак, теперь, когда вы знаете о законе Ньютона, почему бы вам не попытаться рассказать о нем, присоединившись к embibe? Зарегистрируйтесь на Embibe, чтобы получать практические вопросы и серии тестов. Это совершенно бесплатно, где вы получите ярлыки, подсказки, подсказки и решения для быстрого и легкого решения вопросов. Так что попробуйте сегодня.

961 Просмотры

Закон движения Ньютона

Сэр Исаак Ньютон, пожалуй, наиболее известен своими тремя законами движения.Эти три закона движения являются частью области физики, типа науки, о которой люди не часто задумываются в повседневной жизни. Но законы Ньютона очень важны, особенно когда речь идет о создании и безопасности новых автомобилей. Законы движения Ньютона касаются того, как объекты движутся, когда к ним применяется какая-то сила. Каждый из этих законов необходимо учитывать, чтобы гарантировать, что автомобили сделаны таким образом, чтобы они могли эффективно двигаться по дороге (первый закон), могли должным образом ускоряться (используя формулу из Второго закона Ньютона) и могли останавливаться. быстро при использовании тормозов (третий закон).Без понимания этих законов движения было бы очень сложно создавать и поддерживать транспортные средства.

Первый закон движения

• Первый закон Ньютона (видео): посмотрите это видео, чтобы узнать основы Первого закона Ньютона.
• Первый закон Ньютона: инерция. Посетите эту страницу, чтобы узнать больше об инерции и о том, как она работает.
• Первый закон движения Ньютона и Галилей. Хотя сэр Исаак Ньютон чаще всего ассоциируется с законами движения, на самом деле именно Галилей первым придумал идею инерции.Этот факт обсуждается здесь.
• Первый закон: Здесь подробно описывается Первый закон Ньютона и предлагается видео, чтобы помочь читателям понять основы закона.
• Законы движения. Эксперты НАСА создали эту полезную экскурсию, в которой объясняется Первый закон Ньютона применительно к ракетам и самолетам.
• Первый закон движения: Национальный музей авиации и космонавтики предоставляет информацию о Первом законе движения Ньютона здесь.
• Первый закон движения Ньютона (PDF): посмотрите на этот рабочий лист, чтобы узнать больше о том, как силы заставляют вещи двигаться или нейтрализуют друг друга.

Второй закон движения

Третий закон движения

• Третий закон Ньютона: Это руководство отвечает на многие вопросы, касающиеся Третьего закона движения Ньютона.
• Упрощенные законы Ньютона: здесь Третий закон Ньютона (наряду с первым и вторым) объясняется простыми словами, которые легко понять людям.
• Третий закон: На ​​этом веб-сайте дается краткое определение Третьего закона Ньютона вместе с изображением, демонстрирующим этот конкретный закон движения.
• Действие и реакция: на этой странице объясняется, почему существует реакция на каждое действие, как указано в третьем законе движения Ньютона.
• Третий закон Ньютона (PDF): В этом документе Третий закон Ньютона объясняется с помощью изображений и простых диаграмм.
• Третий закон и импульс Ньютона (PDF): Этот рабочий лист дает подробную информацию о Третьем законе Ньютона и импульсе.
• Масса и закон движения Ньютона: Университет Миллерсвилля предоставляет информацию о третьем законе движения Ньютона, а также инструкции по проведению эксперимента с третьим законом.

Дополнительное обучение

• Законы движения: прочтите простую разборку законов движения Ньютона на этой странице.
• Физика цирка: законы Ньютона. Видео на этом веб-сайте в увлекательной игровой форме демонстрирует законы движения Ньютона.
• Законы движения Ньютона Интерактивный: Посетите эту страницу, чтобы узнать о законах Ньютона.
• Упражнение по третьему закону Ньютона: Упражнение, представленное здесь, представляет собой простой способ продемонстрировать принципы третьего закона Ньютона.
• Эксперимент с законом Ньютона: Этот эксперимент позволяет тем, кто его выполняет или наблюдает, понять Второй закон Ньютона.
• Newton’s Laws Project (PDF): В этом документе представлены инструкции по созданию проекта, основанного на законах движения Ньютона.
• Virtual Lab: Здесь представлена ​​виртуальная лаборатория, которая позволяет пользователям экспериментировать со вторым законом движения Ньютона.
• Закон Ньютона и ракеты (PDF): В этом документе представлены занятия и уроки для учащихся средних школ по законам движения Ньютона и ракетам.
• Physics Experiment (PDF): Здесь представлен подробный эксперимент с использованием нескольких законов Ньютона.
• Законы движения: на этом веб-сайте есть большая коллекция действий и информации для учителей, касающихся законов движения.

Практическое введение в 3 закона движения Ньютона

Каждый закон движения, разработанный Ньютоном, имеет важные математические и физические интерпретации, необходимые для понимания движения в нашей Вселенной. Применение этих законов движения поистине безгранично.

По сути, законы Ньютона определяют средства, с помощью которых изменяется движение, в частности, как эти изменения в движении связаны с силой и массой.

Происхождение и цель законов движения Ньютона

Сэр Исаак Ньютон (1642-1727) был британским физиком, которого во многих отношениях можно считать величайшим физиком всех времен. Хотя были некоторые известные предшественники, такие как Архимед, Коперник и Галилей, именно Ньютон действительно продемонстрировал метод научного исследования, который будет принят на протяжении веков.

В течение почти столетия описание физической вселенной Аристотелем оказалось неадекватным для описания природы движения (или движения природы, если хотите). Ньютон решил эту проблему и сформулировал три общих правила движения объектов, которые были названы «тремя законами движения Ньютона».

В 1687 году Ньютон представил три закона в своей книге «Philosophiae Naturalis Principia Mathematica» (Математические принципы естественной философии), которую обычно называют «Принципами».«Здесь он также представил свою теорию всемирного тяготения, заложив, таким образом, все основы классической механики в одном томе.

Три закона движения Ньютона

• Первый закон Ньютона гласит, что для изменения движения объекта на него должна действовать сила. Это понятие обычно называют инерцией.
• Второй закон движения Ньютона определяет взаимосвязь между ускорением, силой и массой.
• Третий закон движения Ньютона гласит, что всякий раз, когда сила действует от одного объекта к другому, на исходный объект действует равная сила.Таким образом, если вы тянете за веревку, веревка тянет и вас обратно.

Работа с законами движения Ньютона

• Диаграммы свободного тела – это средство, с помощью которого вы можете отслеживать различные силы, действующие на объект, и, следовательно, определять окончательное ускорение.
• Векторная математика используется для отслеживания направлений и величин задействованных сил и ускорений.
• Уравнения с переменными используются в сложных физических задачах.

Первый закон движения Ньютона

Каждое тело продолжает находиться в состоянии покоя или равномерного движения по прямой линии, если только оно не вынуждено изменить это состояние под действием приложенных к нему сил.
– Первый закон Ньютона в переводе с «Начала»

Иногда это называют законом инерции или просто инерцией. По сути, это делает следующие два момента:

• Неподвижный объект не будет двигаться, пока на него не подействует сила.
• Движущийся объект не изменит скорость (или не остановится), пока на него не действует сила.

Первый пункт кажется большинству людей относительно очевидным, но второй может потребовать некоторого размышления. Всем известно, что вещи не вечны. Если я провожу хоккейную шайбу по столу, она замедляется и в конце концов останавливается. Но согласно законам Ньютона это происходит потому, что на хоккейную шайбу действует сила, и, конечно же, между столом и шайбой существует сила трения.Эта сила трения действует в направлении, противоположном движению шайбы. Именно эта сила заставляет объект замедляться до остановки. При отсутствии (или фактическом отсутствии) такой силы, как на столе для аэрохоккея или на катке, движение шайбы не так затруднено.

Вот еще один способ сформулировать Первый закон Ньютона:

Тело, на которое не действует чистая сила, движется с постоянной скоростью (которая может быть нулевой) и нулевым ускорением.

Таким образом, без чистой силы объект просто продолжает делать то, что делает.Важно отметить слова чистая сила . Это означает, что суммарные силы, действующие на объект, должны в сумме равняться нулю. У объекта, сидящего на моем полу, есть сила тяжести, тянущая его вниз, но есть также нормальная сила , толкающая вверх от пола, так что результирующая сила равна нулю. Следовательно, он не двигается.

Чтобы вернуться к примеру с хоккейной шайбой, представьте, что два человека бьют по хоккейной шайбе ровно противоположных сторон на ровно одновременно и с точно с одинаковой силой.В этом редком случае шайба не двигалась.

Поскольку и скорость, и сила являются векторными величинами, для этого процесса важны направления. Если на объект действует сила (например, сила тяжести), а восходящая сила отсутствует, объект получит вертикальное ускорение вниз. Однако горизонтальная скорость не изменится.

Если я брошу мяч с балкона с горизонтальной скоростью 3 метра в секунду, он ударится о землю с горизонтальной скоростью 3 м / с (без учета силы сопротивления воздуха), даже если сила тяжести оказывалась (и, следовательно, ускорение) в вертикальном направлении.Если бы не сила тяжести, мяч продолжал бы лететь по прямой … по крайней мере, пока не попал в дом моего соседа.

Второй закон движения Ньютона

Ускорение, создаваемое определенной силой, действующей на тело, прямо пропорционально величине силы и обратно пропорционально массе тела.
(в переводе с «Принципа»)

Математическая формулировка второго закона показана ниже, где F представляет силу, м, представляет массу объекта, а a представляет собой ускорение объекта.

∑ F = ma

Эта формула чрезвычайно полезна в классической механике, поскольку она обеспечивает средство прямого преобразования между ускорением и силой, действующей на данную массу. Большая часть классической механики в конечном итоге сводится к применению этой формулы в разных контекстах.

Символ сигмы слева от силы указывает, что это чистая сила или сумма всех сил. В качестве векторных величин направление результирующей силы также будет в том же направлении, что и ускорение.Вы также можете разбить уравнение на координаты x и y (и даже z ), что может сделать многие сложные задачи более управляемыми, особенно если вы правильно сориентируете свою систему координат.

Вы заметите, что когда суммарные силы, действующие на объект, равны нулю, мы достигаем состояния, определенного в Первом законе Ньютона: чистое ускорение должно быть нулевым. Мы знаем это, потому что все объекты имеют массу (по крайней мере, в классической механике). Если объект уже движется, он будет продолжать двигаться с постоянной скоростью, но эта скорость не изменится, пока не будет введена результирующая сила.Очевидно, что покоящийся объект вообще не будет двигаться без чистой силы.

Второй закон в действии

Ящик массой 40 кг покоится на плиточном полу без трения. Ногой вы прикладываете силу 20 Н в горизонтальном направлении. Какое ускорение коробки?

Объект находится в состоянии покоя, поэтому нет чистой силы, за исключением силы, которую прикладывает ваша ступня. Исключается трение. Кроме того, есть только одно направление силы, о котором стоит беспокоиться. Итак, эта проблема очень проста.

Вы начинаете задачу с определения вашей системы координат. Математика также проста:

F = м * a

F / м = a

20 Н / 40 кг = a = 0,5 м / с2

Проблемы, основанные на этом законе, буквально бесконечны, используя формулу для определения любого из трех значений, когда вам даны два других.По мере того, как системы становятся более сложными, вы научитесь применять силы трения, гравитацию, электромагнитные силы и другие применимые силы к одним и тем же основным формулам.

Третий закон движения Ньютона

Каждому действию всегда противостоит равная реакция; или, взаимные действия двух тел друг на друга всегда равны и направлены в противоположные части.

(В переводе с “Начала”)

Мы представляем Третий Закон, глядя на два тела, A, и B, , которые взаимодействуют друг с другом.Мы определяем FA как силу, приложенную к корпусу A со стороны корпуса B, и FA как силу, приложенную к корпусу B со стороны корпуса A . Эти силы будут равны по величине и противоположны по направлению. Математически это выражается как:

FB = – FA

или

FA + FB = 0

Однако это не то же самое, что иметь нулевую чистую силу.Если вы приложите силу к пустой обувной коробке, стоящей на столе, обувная коробка применит к вам такую ​​же силу. Поначалу это звучит не совсем правильно – очевидно, что вы нажимаете на коробку, и она явно не давит на вас. Помните, что согласно второму закону сила и ускорение связаны, но не идентичны!

Поскольку ваша масса намного больше, чем масса обувной коробки, сила, которую вы прикладываете, заставляет ее ускоряться от вас. Сила, которую он оказывает на вас, вообще не вызовет большого ускорения.

И не только это, но пока он давит на кончик вашего пальца, ваш палец, в свою очередь, толкается обратно в ваше тело, а остальная часть вашего тела отталкивается от пальца, и ваше тело толкается на стул или пол (или оба), все это удерживает ваше тело от движения и позволяет держать палец в движении, чтобы продолжить силу. Ничто не отталкивает коробку из-под обуви, чтобы остановить ее движение.

Однако, если обувная коробка стоит рядом со стеной, и вы толкаете ее к стене, обувная коробка будет давить на стену, и стена оттолкнется.В этот момент обувная коробка перестанет двигаться. Вы можете попытаться толкнуть его сильнее, но ящик сломается, прежде чем он пройдет сквозь стену, потому что он недостаточно силен, чтобы выдержать такую ​​большую силу.

Законы Ньютона в действии

Большинство людей в какой-то момент играли в перетягивание каната. Человек или группа людей хватаются за концы веревки и пытаются натянуть человека или группу на другом конце, обычно мимо какого-то маркера (иногда в яму с грязью в действительно забавных версиях), тем самым доказывая, что одна из групп сильнее другого.Все три закона Ньютона можно увидеть в перетягивании каната.

В перетягивании каната часто наступает момент, когда ни одна из сторон не движется. Обе стороны тянут с одинаковой силой. Следовательно, веревка не ускоряется ни в одном направлении. Это классический пример Первого закона Ньютона.

После приложения чистой силы, например, когда одна группа начинает тянуть немного сильнее, чем другая, начинается ускорение. Это следует второму закону. Группа, теряющая позиции, должна затем попытаться приложить силы больше .Когда результирующая сила начинает действовать в их направлении, ускорение идет в их направлении. Движение веревки замедляется до тех пор, пока она не останавливается, и, если они сохраняют более высокую чистую силу, она начинает двигаться обратно в их направлении.

Третий закон менее заметен, но он все еще присутствует. Когда вы тянете за веревку, вы чувствуете, что веревка тоже тянет вас за собой, пытаясь переместить вас к другому концу. Вы твердо упираетесь ногами в землю, и земля фактически отталкивает вас, помогая сопротивляться натяжению веревки.

В следующий раз, когда вы будете играть или смотреть игру в перетягивание каната – или любой другой вид спорта, если на то пошло – подумайте обо всех силах и ускорениях в действии. Поистине впечатляет осознание того, что вы можете понять физические законы, которые действуют в вашем любимом виде спорта.

Этот план урока особенно эффективен f

Законы Ньютона

---

ПОДТОП: Демонстрация Ньютона Три закона движения и закон тяготения

ЗАДАЧИ:

Студенты:

1) приведите примеры каждого из Три закона Ньютона в повседневной жизни

2) визуализировать и различать разницу между прямой и обратной пропорцией по формуле F = ma

3) понять, как гравитационный закон влияет на приливы земли

4) вычислить фактическую гравитационную сила между солнцем и землей и луной и землей, чтобы заключить, что имеет более сильное влияние

---

Справочная информация

Исаак Ньютон сформулировал движение в трех законах.Сегодня По мере взросления мы принимаем эти законы как должное, полагая, что они верны. Мы не осознают, через какие трудности пришлось пройти ученым, пытаясь понять мир вокруг них. Следующие упражнения используют мозговой штурм, обсуждение, и простые лаборатории, чтобы проиллюстрировать законы.

Три закона Ньютона:

1) Объект, который движется с постоянной скорость или в состоянии покоя не изменяет свое состояние, если только сила действует на него.

2) Ускорение объекта увеличивается по мере увеличения силы, вызывающей ускорение, увеличивается, когда масса постоянна.

3) Для каждой силы существует равная и противоположная сила.

---

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ № 1:

Первый закон Ньютона 20 мин.

МАТЕРИАЛЫ: МЕЛ И ДСП

ПРОЦЕДУРА:

1) Мозговой штурм повседневных примеров первого закона.

2) Представьте студентам лекцию, включая следующие необходимая справочная информация:

Незадолго до времен Ньютона Галилей работал с идея ускорения.Галилей мог только догадываться о времени, поскольку точный часы не были изобретены. Вот почему он гладко катал металлические шары пандусы. Поскольку он заметил, как мяч замедляется, катясь по полу, он пришел к выводу, что причиной было трение. Таким образом, трение было ответственным за идею о том, что движущиеся объекты естественным образом останавливаются. Но отдых это всего лишь один из видов постоянной скорости. Понятие инерции и Ньютона Из этого понимания возник 1-й закон.

3) Используйте некоторые из следующих примеров, чтобы объяснить студенты, как первый закон Ньютона проявляется в повседневных событиях:

а) автомобиль внезапно останавливается, и вы напрягаетесь ремень безопасности

б) при езде на лошади лошадь внезапно останавливается и вы летите над его головой

в) маг вытаскивает скатерть из-под стол, полный блюд

г) сложность толкания мертвой машины

e) боулинг на стриженной и свернутой лужайке стихи и необрезанный газон

f) автомобиль поворачивает налево, и кажется, что вы скользите направо

---

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ № 2:

Отношения в Ньютоне Второй закон 20 минут

МАТЕРИАЛЫ: МЕТРОВЫЕ ПАЛКИ, УКАЗАТЕЛЬ КАРТОЧКИ, ЛЕНТА, МАРКЕРЫ

ПРОЦЕДУРА:

1) Второй закон Ньютона имеет дело с F = MA.Когда написано A = F / M on видит, что ускорение будет напрямую зависеть от силы применяется и обратно пропорционально массе тела. Поскольку у студентов проблемы с этими терминами им может помочь простое наглядное пособие.

2) Возьмите три учетные карточки и напишите A, F и M на них, а затем прикрепите карточку F к метке на отметке 50 см, чтобы что он свисает. Затем прикрепите карту A на 0 см и карту M к Отметка 100 см.

3) Объясните ученикам, что если сила постоянна (либо переверните карту вверх, либо накройте ее рукой), при разгоне увеличивается (поднимите конец измерителя на 0 см под углом 30), масса должна снижаться.

4) Обратите внимание, что конец 100 см теперь наклонен вниз. Этот показывает обратную пропорциональную зависимость.

5) Теперь накройте рукой карту ускорения. Когда сила или масса увеличиваются или уменьшаются, другая переменная будет делать тем же. Это показывает прямую пропорциональную зависимость.

6) Наконец, проделайте то же самое с картой M.

7) Вставьте числа и проработайте несколько простых F = MA проблемы.

8) Используйте измерительную ручку, чтобы визуализировать, что ответ будет (больше или меньше).Наконец, проведите мозговой штурм по повседневным приложениям, некоторые примеры перечислены ниже.

а) при ударе по бейсбольному мячу удар сильнее, чем быстрее летит мяч

б) ускорение или замедление автомобиля

в) Позиционирование футболистов – массовых игроков на линии с более легкими (быстрее разгоняются) игроками на заднем поле

г) груженый по сравнению с незагруженным грузовиком

---

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ № 3:

Постоянное увеличение силы Скорость 25 минут

МАТЕРИАЛЫ: СКЕЙТБОРД И ПРУЖИНА ШКАЛА

ПРОЦЕДУРА:

1) Попросите ученика принести скейтборд.

2) Попросите одного ученика встать на скейтборд на перед классом и держитесь за один конец пружинной шкалы.

3) Другой ученик должен вытащить первого ученика на постоянная сила 10 ньютонов.

4) Наблюдайте за скоростью учеников, пока они силовая постоянная.

5) Объясните, что это показывает прямую связь между силой и ускорением.

---

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ № 4:

Третий закон Ньютона 10 минут

МАТЕРИАЛЫ: МЕЛ И ДСП

ПРОЦЕДУРА:

1) Проведите мозговой штурм повседневных примеров третьего закона с класс.Ниже приведены некоторые примеры:

а) ракеты покидают Землю – многие физики из девятнадцати сотен (время Годдарда) сказали, что ракеты никогда не могут покинуть землю. Обсудите, как космический корабль летает в космосе.

б) стреляют из оружия – обсудите, почему они стреляют пропорционально к размеру пули. Почему приклад у винтовки такой большой? Какие произойдет ли, если ложа ружья вернется к острой форме?

в) две машины ударились головой

г) космонавты в космосе

д) пул или бильярд

е) выпрыгивание из лодки на причал

г) оросители вращающиеся

---

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ № 5:

Полеты на воздушном шаре 50 минут

МАТЕРИАЛЫ: 3 ДЛИННЫХ ШАРА, 1 ПЛАСТИКОВАЯ СОЛОМА, 60 СМ (ИЛИ БОЛЕЕ) ИЗ ТОНКОЙ ПРОВОЛОКИ ИЛИ ЛЕСКИ, ЛЕНТА, МОДЕЛЬ САМОЛЕТ (BALSA WOOD), МАРКЕР

ПРОЦЕДУРА:

1) Попросите учащихся следовать перечисленным процедурам. ниже:

а) Воздушные шары надуть, закрепить резиной. полосы и обозначьте их A, B и C.

b) Прикрепите соломинку продольно к баллону B и запустите проволока через соломинку.

c) Приклейте баллон C к верхней части фюзеляжа модель самолета, поместив отверстие воздушного шара в сторону хвостовой части самолета.

d) Очень медленно ослабьте резиновую ленту на баллоне A. и запишите скорость и направление движения.

e) Теперь, на воздушном шаре B, пусть партнер держится за каждый конец. протяните проволоку через соломинку и держите ее плотно.

Быстро разрежьте резиновую ленту и наблюдайте за воздушным шаром.Запишите наблюдения.

е) Нарисуйте эскиз, показывающий направление воздуха в воздушный шар двинулся. Также на этом же эскизе нарисуйте схему того, как воздушный шар двигался по проволоке.

г) Чтобы проверить воздушный шар C, попросите партнера держать самолет. слабо. Обрежьте резиновую ленту, когда ваш партнер выпустит самолет. Записывать полет. Вы можете проводить соревнования олимпийского типа между лабораториями. партнеры.

Совет: попробуйте воздушные шары разной формы. Удлиненный должен работать лучше всех. Также могла быть спроектирована ракета туда и обратно.

2) Попросите учащихся ответить на следующие вопросы:

а) Опишите реакцию резиновой ленты когда его разрезали.

б) Опишите полет воздушного шара Б.

c) Какая сила двигала воздушный шар B?

d) Почему воздушный шар B двигался иначе, чем воздушный шар А?

e) Почему шары B и C двигались быстрее чем воздушный шар А?

е) Сформулируйте третий закон Ньютона и объясните, как это действие иллюстрирует это.

---

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ № 6:

Обратный мир 20-30 минут

МАТЕРИАЛЫ: КАРАНДАШ И БУМАГА

ПРОЦЕДУРА:

1) Попросите учащихся написать статью на 2–3 страницы. художественная история, описывающая, какие различия мы наблюдали бы, если бы из трех законов Ньютона были верны на Земле.Например, пистолеты не иметь отдачу, и масса пушки не должна быть больше пушки мяч. Вас также не оттолкнет на сиденье при ускорении. в машине.

2) В качестве альтернативы вы можете сделать устное мозговой штурм о том, как все было бы на земле, если бы мы жили в обратное законам Ньютона.

---

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ № 7:

Что на самом деле вызывает приливы 35 минут

МАТЕРИАЛЫ: МЕЛ И ДСП

Справочная информация о деятельности

Гравитационная сила Луны и Солнца важная роль в приливах.Когда солнце, земля и луна находятся на прямой линия, их объединенное гравитационное притяжение вызывает очень высокие и низкие приливы и отливы. известные как весенние приливы. Это происходит всякий раз, когда есть полнолуние или новолуние. Приливные приливы образуются, когда Солнце, Земля и Луна образуют прямую угол, вызывающий полумесяц. Вопрос в том, что, солнце или луна, имеет более сильное гравитационное притяжение?

ПРОЦЕДУРА:

1) Используя гравитационную формулу Ньютона, получим студенты изучают (домашнее задание) необходимые данные и выполняют классный проект в доска делает расчеты.

2) В зависимости от способностей студентов каждый студент может делать свои собственные расчеты.
Масса Земли 5,98 x 10 ²⁴ кг

Масса Солнца 1,98 x 10 ³⁰ кг

Масса Луны 7,36 x 10 ²² кг

Расстояние от Земли до Солнца 1,50 x 10 ¹¹ м

Расстояние от Земли до Луны 3,84 x 10 ⁸ м

F = G м ₁ м ₂ где G = 6,67 x 10 ^-11 м ³

d ² кг сек ₂

1) Солнце к Земле

F = 6.67 x 10 ^-11 м ³ x 1,98 x 10 ³⁰ кг x5,98 x 10 ²⁴ кг

кг · сек ² (1,55 x 10 ¹¹ м) ²

F = 3,51 x 10 ²² м / с ²

2) Луна к Земле

F = 6,67 x 10 ^-11 м ³ x 7,36 x 10 ²² кг x 5,98 x 10 ²⁴ кг

кг / сек ² (3.84 x 10 ⁸ м) ²

F = 1,99 x 10 ¹⁹ м / с ²

2) Объясните студентам, что солнце, следовательно, должно имеют большую тяговую силу. Приливная выпуклость, создаваемая Солнцем, составляет 46%. из того, что произведено Луной. Приливы в первую очередь вызваны гравитационным притяжение луны. Помимо океанских приливов, Луна также вызывает приливы и отливы. твердое тело земли целых 25 см. Эти земные приливы очень трудно наблюдать или обнаруживать.Вода на краю земли рядом с Луна тянется к Луне с большей силой, чем средняя, ​​вода на противоположной стороне тянется с силой меньше средней. Кроме того, вращение земли помогает поднять приливную выпуклость сбоку от Луна. Таким образом, в воде появляются две выпуклости по разные стороны от берега. Земля. Приливные выпуклости возникают на 3 перед линией, проходящей между центрами. Земли и Луны.

Тяга между Солнцем и Землей около 180 раз сильнее, чем притяжение между луной и землей.Итак, наши расчеты верны, но почему солнце не вызывает приливов в 180 раз больше? Потому что на большом расстоянии солнца от земли, нет большой разницы на расстояниях от Солнца до ближней и дальней стороны Земли. Это означает что нет большой разницы в гравитационном притяжении солнца на ближайшем к нему океане и на самом дальнем от него. Относительно небольшая разница в тягах на противоположных сторонах земли незначительно удлиняет форму земли. Таким образом, Солнце производит приливные выпуклости меньше, чем те из луны.

Наклон земли также влияет на приливы и отливы. Наклон приводит к тому, что 2 ежедневных прилива, наблюдаемых в большей части океана, быть неравной по высоте.

---

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ № 8:

Дополнительный расчет силы тяжести для отличников 5 минут

ПРОЦЕДУРА:

1) Поскольку Юпитер находится на расстоянии 7,8 x 10 ¹¹ м от sun и имеет массу 1,8 x 10 ²⁷ кг. Попросите учащихся рассчитать Гравитационная сила Юпитера и определить, производит ли Солнце приливы. на Юпитере.

F = 6,67 x 10 ^-11 м ³ x 1,98 x 10 ³⁰ кг x 1,8 x 10 ²⁷ кг

кг · сек ² (7,8 x 10 ¹¹ м) ²

F = 3,9 x 10 ²³ м / с ²

---

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ № 9:

Форма Земли 15 минут

МАТЕРИАЛЫ: ВОДА, МАЛЫЙ КРУГЛЫЙ ШАРЫ И СТРУНЫ

ПРОЦЕДУРА:

1) Продемонстрируйте форму земли путем первого заполнения воздушный шар с водой.Возможно, лучше подумать о том, чтобы выполнить это снаружи, в случае, если воздушный шар лопнет.

2) Затем завяжите его и надежно закрепите шнурком.

3) Покачивайте шар над головой и наблюдайте форма воздушного шара. Он должен выглядеть удлиненным.

4) Объясните, что это тот же процесс, который происходит на Земле, пока он вращается вокруг Солнца. Вода, покрывающая землю искажается и будет выпирать, как воздушный шар.

5) Прочтите о спорах о форме Земли. между последователями Ньютона и последователями Декарта в Томе Б.Джонс, г. Рисунок Земли , 1967 год.

---

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ № 10:

Почему Барби пристегивается ремнем безопасности 30 минут

МАТЕРИАЛЫ: 2 тележки, 2 шкива, 2 КРЮЧКА ДЛЯ МАССОВЫХ ДЕРЖАТЕЛЕЙ, 2 БАРБИ, СТРУНКА, 2 ДЕРЕВЯННЫХ БЛОКА (2X4X8 “)

ПРОЦЕДУРА:

1) Поместите куклу Барби на каждую тележку. На одном из тележки используйте резиновую ленту, чтобы надежно закрепить Барби (ремень безопасности).

2) Прикрепите 2 метра веревки к каждой тележке.Прикреплять 200 г. к держателю крюковой массы. Присоедините шкивы к краю стола.

3) Поместите деревянный брусок перед шкивом и наденьте шнур на шкив.

4) Теперь прикрепите держатель массы к струне, пока кто-то держит тележку на месте.

5) Оттяните тележки назад и дайте весу ускориться. тележки.

---

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ № 11:

Inertia is Nuts 30 минут

МАТЕРИАЛЫ: КОЛБА 500 МЛ, 8 ДЮЙМОВ ПИЛЬЕ ДЛЯ ВЫШИВАНИЯ, ГАЙКИ 10-1 / 8ДЮЙМОВ

ПРОЦЕДУРА:

1) Поставьте пяльцы вертикально на колбу. рот.

2) Установите гайки на верхнюю часть пялец. Одной рукой быстро оторвите обруч, чтобы орехи упали в колбу.

3) Попросите учащихся выполнить задание и создать соревнование, чтобы увидеть, кто может положить больше орехов во фляжку.

4) Соотнесите это с первым законом Ньютона и знаменитым действие фокусника по вытаскиванию скатерти из-под посуды.

---

Библиография

Хьюитт, Пол Г. Концептуальная физика .
Джонс, Том Б. Фигура Земля . 1967 г.
Джонс и Чайлдерс. Современный Колледж физики .
Росс, Дэвид А. Введение в океанографию .

Законы движения Ньютона

В 1687 году Исаак Ньютон представил три закона о движении частица. Именно эти законы в своей лекции в Королевском институте Эрик Лэйтуэйт утверждал, что это применимо только к движению по прямым линиям и там, где там нет чистого ускорения.

Законы движения Ньютона можно сформулировать как:

Первый закон: А частица на отдых или движение по прямой останутся в этом состоянии при условии на частицу не действует неуравновешенная сила.

Второй закон: Частица, на которую действует неуравновешенная сила F, испытывает ускорение который имеет то же направление, что и сила, и величина, которая напрямую пропорциональна силе (это можно интерпретировать как ‘F = ma’, где m – масса частицы).

Третий закон: Взаимные силы действия и реакции между двумя частицами равны равные, противоположные и коллинеарные.

Законы движения Ньютона применяется к кузову

Законы Ньютона связаны с движением частицы, однако в контексте гироскопических движение, подобное тому, которое продемонстрировало в лекции Лейтуэйта движение обрабатываются целые тела. Любое «тело» – это совокупность частиц, следовательно, суммируя все частицы в теле, мы можем увидеть, как законы Ньютона относятся к телам.

Ключевой результат этого анализ состоит в том, что ‘F = ma’ справедливо для любого твердого тела
при условии прикладывается к центру масс

Ньютона законы движения применимы к круговым движение

Гироскоп – это, по сути, масса, которая с высокой скоростью вращается вокруг своей оси.