Раздел динамики. Три закона Ньютона. Закон всемирного тяготения – StudyWay
В настоящее время ЕГЭ по физике проходит в виде решения задач. Задание, содержащиеся в КИМах определяются согласно кодификатору элементов содержания и требований к подготовке выпускников к проведению ЕГЭ.
Для успешной подготовки к ЕГЭ, в этой статье рассмотрена физика, а именно раздел динамики, включая формулы для подготовки к ЕГЭ, статья охватывает следующие темы:
– Первый закон И. Ньютона;
– Второй закон И. Ньютона;
– Третий закон И. Ньютона;
– Закон всемирного тяготения;
– Сила упругости. Закон Гука.
Приступим к изучению тем и примеров решения задач.
В динамике выделяют три закона открытых И. Ньютоном, они позволяют определить движение для любой системы.
Первый закон Ньютона
Первый закон открыт в конце 17 века. Закон звучит следующим образом: существуют инерциальные системы отсчёта, в которых тела движутся равномерно и прямо по линии, если на них не оказывают влияние другие силы.
Закон инерции: в случае, когда на тело не оказывают влияния внешние воздействий, то у данного тела сохраняется состояние покоя. Это значит, что все тела могут оставаться в первоначальном состоянии, то есть если тело находится в движении, то оно будет в таком же состоянии. Если оно неподвижно, то продолжает стоять без изменений, пока не появится сила, заставляющая его двигаться.
Инерциальной системой отсчёта называют систему, находящуюся в состоянии движении или покое.
Неинерциальной системой называют движущуюся с ускорением систему.
Инерциальными считаются системы, находящиеся в состоянии покоя или движения, при этом, движение должно быть равномерным и прямолинейным.
Неинерциальными считаются системы, имеющие ускорение.
Существует также гелиоцентрическая модель отсчёта, в ней начало координат совмещено с солнцем.
Первый закон Ньютона не содержит формул, поэтому рассмотрим примеры:
– Наиболее популярным объяснением является резкое торможение. Тело движется в направлении автомобиля, поэтому при резком торможении автомобиль сильно дёргается. Если же автомобиль плавно затормозит, соответственно, его движение будет нерезким;
– Движение наверх и вниз. Американские горки поднимаются наверх за счёт накопленной потенциальной энергии при крутом спуске.
Второй закон Ньютона
Второй закон открыт около 1666 года, он гласит: В инерциальных системах отсчёта ускорение, приобретаемое материальной точкой, является пропорциональным вызывающим его силам. Силы для ускорения предмета зависят от его массы.
Ньютон нашёл общее между ускорением и силой, F– сила, действующая на тело, масса – m, ускорение –a.
Важно помнить о том, что:
– Этот закон называют основополагающим в разделе динамики;
– Тело подразумевает точку, её движение находят в инерциальной системе отсчёта.
Формула второго закона: ma = F, F = ma.
Пример. При попытке пнуть мяч, мы выбираем направление, в котором он должен полететь. Чем больше силы мы вкладываем в пинок, тем дальше он будет лететь.
Рассмотрим ещё один пример – толкать автомобиль. 2
m = 50 кг.
Помним формулу второго закона: F = mа. Далее подставляет известные значения.
F = 50 кг * 0,6 = 30 H.
Ответ: F = 30 H.
Третий закон Ньютона
Третий закон открыли в 1725 году: действию F всегда есть противодействие, то есть взаимодействия двух дел равны и направлены по прямой в противоположные стороны. Формула: F12 = -F21.
Пример. Для строительства моста нужно высчитать нагрузку. Данную нагрузку можно узнать с помощью третьего закона. При этом, на мост давят держащие опоры, поэтому строительство ведётся по определённой схеме, которая рассчитывает большую выносливость.
Рассмотрим пример решения задачи: на стуле стоит портфель. На него действуют силы равные 500 H. Согласно третьему закону сверху на него действует та же сила, равная 500 H.
Следует, что F1 = F2. То есть, чем больше масса тела, тем меньше его ускорение.
Следует помнить о том, что третий закон применяется исключительно в инерциальных системах отсчёта.
Закон всемирного тяготения
В школьной программе изучение закона всемирного тяготения при подготовке к ЕГЭ является важной темой. Издавна люди смотрели на звёзды и понимали, что ими что-то движет. Но люди не догадывались, что притяжением управляет один закон. В 1687 году И. Ньютон открыл закон всемирного тяготения.
Согласно известной всем версии, Ньютон увидел падающее с дерева яблоко. Он стал размышлять о том, что на все тела действует некая определённая сила, которая позволяет им притягиваться к Земле.
Формула данного закона выглядит таким образом: F=G*(m1*m2)/r2. При этом, G – постоянная гравитации, равная 6,67408(31)•10−11. Это величина, которая воздействует на любой объект нашей планеты.
Позднее закон всемирного тяготения стали применять в астрономии и механике, так как с его помощью объясняется процесс движения различных тел. Любой объект будет находиться в невесомости, объясняется это тем, что объект находится в космосе и сила притяжения на него не действует.
Примером закона всемирного тяготения является запуск в космос спутника (это произошло в 1957 году). При этом, спутник постоянно находился в равном расстоянии над Землёй, это обусловлено тем, что наша планета притягивает одинаково в различных направлениях. 2 = 2,4 H
Ответ: 2,4 H.
Сила упругости. Закон Гука
Закон Гука является основным в теории упругости. Немаловажное значение в процессе подготовки к сдаче ЕГЭ по физике имеет тема о силе упругости, открытая Робертом Гуком – английский учёный, данный закон открыл в 1660 году в возрасте двадцати пяти лет.
Закон гласит: сила упругости, которая возникает при растяжении или сжатии тела является пропорциональной значению по изменению длины тела.
Сила упругости – это сила, которая возникает при деформации тела, данная сила возвращает тело в его первоначальное состояние.
При деформации тело пытается вернуться в первоначальное состояние, это объясняется электромагнитным воздействием на молекулярном уровне.
Формула закона: пусть х – упругость тела, тогда Fx = -kx, k – жёсткость тела.
Жёсткость зависит от материала и размера тела, она составляет ньютон на метр (1Н / м). Чем больше жёсткость, тем меньше оно подвержено деформации под воздействием сил. Стоит помнить о том, что закон Гука достоверно применяют при упругой деформации, т. е. деформация должна быть малой. При большой деформации тела длина перестаёт быть прямо пропорциональной силе, а при сильной деформации тело разрушается.
Рассмотрим пример задачи: проволоку разрезали ровно пополам, её жёсткость составляет 90 H/m. Нужно найти жёсткость обеих проволок.
Решение: k = F/x.
Согласно условию задачи, жёсткость пропорциональна длине проволоки.
k1 = 2k = 180 H/m.
Ответ: 180 H/m.
Таким образом, мы рассмотрели одни из важных тем раздела динамики: три закона Исаака Ньютона, закон всемирного тяготения и силу упругости, закон Роберта Гука. Изучив данные материалы по теме и просмотрев примеры решения задач, вы сможете решить схожие задание на ЕГЭ по физике.
13-в. Второй закон Ньютона
- Главная
- Справочник
- Физика
- Книги, лекции и конспекты по физике
- Физика 9 класс
- Введение в динамику
- 13-в. Второй закон Ньютона
§ 13-в. Второй закон Ньютона
В 7 классе мы узнали, что если на тело действует неуравновешенная сила, то такое тело меняет быстроту и/или направление движения (см. § 3-в). После изучения кинематики мы скажем, что действие неуравновешенной силы приводит к изменению вектора скорости тела, то есть появлению ускорения. Можно ли связь силы и ускорения выразить формулой?
Ответ на этот вопрос нам даёт второй закон Ньютона: в инерциальной системе отсчёта вектор равнодействующей силы, приложенной к телу, равен произведению массы тела и вектора его ускорения.
Второй закон Ньютона справедлив для любых движений: прямолинейных или криволинейных.
Возьмём легко вращающийся диск (1) на подставке. На нём есть указатель частоты вращения (2) и толстая линейка (3), служащая рельсом для ролика со скобой (4). Она привязана к динамометру (5) нитью, которая прикреплена к крючку динамометра через шарнир (6). Начнём вращать диск. Если бы нити не было, ролик скатывался бы по рельсу и падал на стол. Однако нить натягивается, удерживая ролик на линейке, поэтому он вращается вместе с диском. В этом опыте
Для проверки второго закона Ньютона проведём опыт с различными условиями. Например, с роликами с массами 250 г и 500 г при периоде вращения диска один оборот за 1 секунду и один оборот за 2 секунды. Занесём массы роликов и периоды обращения диска в таблицу:
Ролик массой 0,5 кг | ||||
Период, T | 1 с | 2 с | 1 с | 2 с |
Поднимая или опуская динамометр, будем следить, чтобы нить удерживала оба ролика на одной и той же отметке на шкале линейки, например, 20 см (см. правый рисунок). Тогда динамометр покажет такие силы:
Сила, F | 2 Н | 4 Н | 1 Н |
При равномерном движении по окружности центростремительное ускорение a = 4p2R/T2, где R – радиус окружности, а T – период обращения тела. Учитывая, что радиус в этом опыте составлял 20 см = 0,2 м, вычислим:
Ускорение, а | 8 м/с2 | 2 м/с2 | 8 м/с2 | 2 м/с2 |
Рассмотрим сначала те клетки таблицы, которые выделены жёлтым цветом. При периоде обращения диска 1 секунда (и радиусе обращения 0,2 м)
0,25 кг · 8 м/с2 = 2 Н и 0,5 кг · 8 м/с2 = 4 Н
Полученные значения 2 Н и 4 Н те же, что и в средней строке таблицы. Следовательно, теперь опыт подтвердил скалярное равенство F = ma. Рассмотрение других клеток таблицы тоже подтверждает это равенство.
Опыты с измерением сил и ускорений при прямолинейных движениях тоже подтверждают справедливость второго закона Ньютона.
Чтобы произвести расчеты, необходимо разрешить элементы ActiveX!
Введение в динамику Формулы Физика Теория 9 класс 841
Источник
Если материал понравился Вам и оказался для Вас полезным, поделитесь им со своими друзьями!
Применение трех законов Ньютона: термины и формулы
Условия
Сила
Сила определяется как толчок или тяга.
Инерция
Тенденция объекта сохранять постоянную скорость.
Инерциальная система отсчета
Любая система отсчета, в которой действуют законы Ньютона.
масса
Количество вещества в данном теле.
Ньютон
Название, данное единице силы. Одного ньютона достаточно, чтобы вызвать 1 кг тело ускоряется со скоростью один метр в секунду за секунду.
Три закона Ньютона
Первый закон: Если F = 0, то a = 0 и v = константа
Второй закон: F = ma
Третий закон: F AB = – F BA
Масса
Сила гравитации, действующая на данную массу.
Бесплатная диаграмма тела
Диаграмма всех сил, действующих на данный объект.
Нормальная сила
Сила, создаваемая двумя телами, находящимися в прямом контакте, перпендикулярная плоскость контакта.
Сила трения
Сила, вызванная электрическим взаимодействием двух тел при прямом
контакт, который параллелен плоскости контакта и в противоположном направлении
движения одного объекта относительно другого.
сила натяжения
Сила, ощущаемая веревкой или кабелем, передающим другую силу.
Статическая сила трения
Сила трения двух покоящихся тел.
Коэффициент статического трения
Определяет пропорциональность между F N и F s для двух заданных материалов.
Кинетическая сила трения
Сила трения двух тел, движущихся относительно друг друга.
Коэффициент кинетического трения
Определяет пропорциональность между F N и F k для двух заданных материалов.
Центростремительное ускорение
Ускорение, направленное к центру окружности, вызывающее равномерное круговое движение.
Центростремительная сила
Сила, направленная к центру окружности, вызывающая
равномерное круговое движение.
Формулы
Второй закон Ньютона | F = мА |
Третий закон Ньютона | F AB = – F BA |
Формула максимальной статической силы трения. | F s max = μ s F N |
Формула кинетической силы трения. | F k = μ k F N |
Уравнение для центростремительного ускорения. | и = |
Уравнение для центростремительной силы.![]() | Ф = |
Закон всемирного тяготения Ньютона
Закон всемирного тяготения Ньютона Закон Вселенной Ньютона
Гравитация
нажмите здесь, чтобы
скачать в удобном для печати формате
Исаак Ньютон — один из величайших ученых всех времен. жил. Среди прочего, он сформулировал Закон Всеобщего Гравитация, которая позволяет рассчитать гравитационное притяжение между двумя объектами. С немного подумав, вы можете понять, почему определенные переменные появляются в Закон Ньютона и почему они появляются либо в числителе (прямая пропорциональность), либо в знаменатель (обратная пропорциональность).
Вы, наверное, интуитивно понимаете, что гравитационное Привлечение между двумя объекты (М и м

Если мы думаем о М как о масса планеты и m массы его луны, мы можем видеть, что притяжение между двумя зависит от массы планеты. Юпитер оказывает более сильное гравитационное притяжение на своих спутниках, чем на Земле. М принадлежит в числителе уравнения Ньютона.
На рисунке ниже мы рассматриваем два объекта разной массы m на поверхности планеты. Человек с большей массой (правый рисунок ниже) весит больше, чем внизу человек с меньшей массой (левый рисунок). Так что нам нужно включить m в уравнение.
Полная формула приведена внизу страницы. выше. грамм является константой. На поверхности земли Г, М, а не сдача. Ускорение свободного падения g равно количество [г раз М земля разделить на ( R земля ) 2 ]. К обозначить вес (на земной поверхности) предмета с массой m вы просто умножаете m х г. Кстати, g имеет значения 9,8 м/с 2 (метрические единицы) или 32 фута/сек 2 (английские единицы).
На рисунке ниже показаны метрические и английские единицы
масса
и вес. Вы, наверное, слышали о фунтах, граммах и
килограммы. Возможно, вы не слышали о динах и ньютонах.
Если вы не посещали курс физики, вы, вероятно, никогда не слышали о
слизни.
Вы, наверное, слышали о теории Ньютона. 2-й закон движения: сила = масса x ускорение (часто сокращенно F = m а). Если к объекту приложить силу, он начнет двигаться (в направлении действия силы). Скорость объекта будет увеличиваться (ускоряться) до тех пор, пока действует сила. Ньютона Закон позволяет определить ускорение, вы просто делите Сила от массы объекта (среднее уравнение выше).
Гравитация заставляет предметы падать и ускоряться, когда они падение. Вы можете использовать 2-й закон Ньютона и уравнение веса, чтобы определить ускорение движения вниз под действием силы тяжести.
