Главная
Ньютон первый закон: Что такое первый закон Ньютона? (статья)

Ньютон первый закон: Что такое первый закон Ньютона? (статья)

Содержание

Первый закон ньютона. Масса.Сила

При движении тела его скорость  может изменяться по модулю и направлению. Это означает, что тело двигается с некоторым ускорением . В кинематике не ставится вопрос о физической причине, вызвавшей ускорение движения тела. Как показывает опыт, любое изменение скорости тела возникает под влиянием других тел. Динамика рассматривает действие одних тел на другие как причину, определяющую характер движения тел.

Взаимодействием тел принято называть взаимное влияние тел на движение каждого из них.

Раздел механики, изучающий законы взаимодействия тел, называется динамикой.

Законы динамики были открыты в 1687 г. великим ученым Исааком Ньютоном. Сформулированные им закона динамики лежат в основе так называемой классической механики. Законы Ньютона следует рассматривать как обобщение опытных фактов. Выводы классической механики справедливы только при движении тел с малыми скоростями, значительно меньшими скорости света c.

Самой простой механической системой является изолированное тело, на которое не действуют никакие тела. Так как движение и покой относительны, в различных системах отсчета движение изолированного тела будет разным. В одной системе отсчета тело может находиться в покое или двигаться с постоянной скоростью, в другой системе это же тело может двигаться с ускорением.

Первый закон Ньютона (или закон инерции) из всего многообразия систем отсчета выделяет класс так называемых инерциальных систем.

В инерциальной системе отсчета тело движется равномерно и прямолинейно при отсутствии действующих на него сил.

Существуют такие системы отсчета, относительно которых изолированные поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость неизменной по модулю и направлению.

Свойство тел сохранять свою скорость при отсутствии действия на него других тел называется инерцией. Поэтому первый закон Ньютона называют законом инерции.

Впервые закон инерции был сформулирован Галилео Галилеем (1632 г.). Ньютон обобщил выводы Галилея и включил их в число основных законов движения.

В механике Ньютона законы взаимодействия тел формулируются для класса инерциальных систем отсчета.

При описании движения тел вблизи поверхности Земли системы отсчета, связанные с Землей, приближенно можно считать инерциальными. Однако, при повышении точности экспериментов, обнаруживаются отклонения от закона инерции, обусловленные вращением Земли вокруг своей оси.

Примером тонкого механического эксперимента, в котором проявляется неинерциальность системы, связанной с Землей, служит поведение маятника Фуко. Так называется массивный шар, подвешенный на достаточно длинной нити и совершающий малые колебания около положения равновесия. Если бы система, связанная с Землей, была инерциальной, плоскость качаний маятника Фуко относительно Земли оставалась бы неизменной. На самом деле плоскость качаний маятника вследствие вращения Земли поворачивается, и проекция траектории маятника на поверхность Земли имеет вид розетки (рис. 1.7.1).

 

 

Рисунок 1.7.1.

Поворот плоскости качаний маятника Фуко

С высокой степенью точности инерциальной является гелиоцентрическая система отсчета (или система Коперника), начало которой помещено в центр Солнца, а оси направлены на далекие звезды. Эту систему использовал Ньютон при формулировании закона всемирного тяготения (1682 г.).

Инерциальных систем существует бесконечное множество. Система отсчета, связанная с поездом, идущим с постоянной скоростью по прямолинейному участку пути, – тоже инерциальная система (приближенно), как и система, связанная с Землей. Все инерциальные системы отсчета образуют класс систем, которые движутся друг относительно друга равномерно и прямолинейно. Ускорения какого-либо тела в разных инерциальных системах одинаковы (см 1.2).

Итак, причиной изменения скорости движения тела в инерциальной системе отсчета всегда является его взаимодействие с другими телами. Для количественного описания движения тела под воздействием других тел необходимо ввести две новые физические величины – инертную массу тела и силу.

Масса – это свойство тела, характеризующее его инертность. При одинаковом воздействии со стороны окружающих тел одно тело может быстро изменять свою скорость, а другое в тех же условиях – значительно медленнее. Принято говорить, что второе из этих двух тел обладает большей инертностью, или, другими словами, второе тело обладает большей массой.

Если два тела взаимодействуют друг с другом, то в результате изменяется скорость обоих тел, т. е. в процессе взаимодействия оба тела приобретают ускорения. Отношение ускорений двух данных тел оказывается постоянным при любых воздействиях. В физике принято, что массы взаимодействующих тел обратно пропорциональны ускорениям, приобретаемым телами в результате их взаимодействия.

В этом соотношении величины  и  следует рассматривать как проекции векторов  и  на ось OX (рис. 1.7.2). Знак «минус» в правой части формулы означает, что ускорения взаимодействующих тел направлены в противоположные стороны.

В Международной системе единиц (СИ) масса тела измеряется в килограммах (кг).

Масса любого тела может быть определена на опыте путем сравнения с массой эталона (mэт = 1 кг). Пусть m1 = mэт = 1 кг. Тогда

Масса тела – скалярная величина. Опыт показывает, что если два тела с массами m1 и m2 соединить в одно, то масса m составного тела оказывается равной сумме масс m1 и m2 этих тел:

M=m1+m2

Это свойство масс называют аддитивностью.

Рисунок 1.7.2.

Сравнение масс двух тел.

Сила – это количественная мера взаимодействия тел. Сила является причиной изменения скорости тела. В механике Ньютона силы могут иметь различную физическую природу: сила трения, сила тяжести, упругая сила и т. д. Сила является векторной величиной, имеет модуль, направление и точку приложения.

Векторная сумма всех сил, действующих на тело, называется равнодействующей силой.

Для измерения сил необходимо установить эталон силы и способ сравнения других сил с этим эталоном.

В качестве эталона силы можно взять пружину, растянутую до некоторой заданной длины. Модуль силы F0, с которой эта пружина при фиксированном растяжении действует на прикрепленное к ней тело, называют эталоном силы. Способ сравнения других сил с эталоном состоит в следующем: если тело под действием измеряемой силы  и эталонной силы  остается в покое (или движется равномерно и прямолинейно), то силы равны по модулю F = F0 (рис. 1.7.3).

Рисунок 1.7.3.

Сравнение силы  с эталоном.

Если измеряемая сила F больше (по модулю) эталонной силы, то можно соединить две эталонные пружины параллельно (рис. 1.7.4). В этом случае измеряемая сила равна 2F0. Аналогично могут быть измерены силы 3F0, 4F0 и т. д.

Рисунок 1.7.4.

Сравнение силы  с эталоном.

Измерение сил, меньших 2F0, может быть выполнено по схеме, показанной на рис.  1.7.5.

Рисунок 1.7.5.

Сравнение силы   с эталоном.

Эталонная сила в Международной системе единиц называется Ньютон(Н).

Сила в 1 Н сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с2

Размерность [Н]

На практике нет необходимости все измеряемые силы сравнивать с эталоном. Для измерения сил используют пружины, откалиброванные описанным выше способом. Такие откалиброванные пружины называются динамометрами. Сила измеряется по растяжению динамометра (рис. 1.7.6).

Рисунок 1.7.6.

Измерение силы по растяжению пружины. При равновесии

Опубликовано в разделах: Механика, Основы динамики
Еще статьи в этой категории:
  • Третий закон Ньютона
  • Второй закон Ньютона

ИСО.

первый закон Ньютона

Не знаю, чем я могу казаться миру, но сам себе я кажусь только мальчиком, играющим на берегу, развлекающимся тем, что от поры до времени отыскиваю камушек более цветистый, чем обыкновенно, или красивую раковину, в то время как великий океан истины расстилается передо мною неисследованным.

Исаак Ньютон.

До сих пор говорилось о законах кинематики, которые помогают нам рассчитать, где находиться изучаемое тело, с какой скоростью и по какой траектории оно движется.

Как известно, кинематика отвечает на вопросы «Что? Где? Когда? и Как?». Например, рассмотрим, с точки зрения кинематики, строки из поэмы А.С. Пушкина «Руслан и Людмила» и попытаемся ответить на ее главные вопросы:

У лукоморья дуб зеленый,

Златая цепь на дубе том:

И днем и ночью кот ученый

Всё ходит по цепи кругом…

И так, что или какое тело движется?

— Кот-ученый.

Где тело находится?

— На цепи.

Когда движется?

— И днем и ночью.

Как движется?

— По цепи кругом.

Но кинематика не отвечает еще на один главный вопрос — «Почему?» (почему тело движется именно так, а не иначе).

Для полного описания механического движения тел необходимо изучить взаимодействие тел, являющееся причиной изменения их механического состояния.

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

Основная задача динамики состоит в определении положения тела в произвольный момент времени по известному начальному положению, начальной скорости и силам, действующим на тело.

Вопрос о причинах движения возник в сознании человека более двух десятков столетий назад.

Исследуя природные явления, Аристотель пришел к выводу, что для создания постоянной скорости движения необходимо воздействие других тел. Отсюда следует, что при отсутствии взаимодействия тела должны оставаться неподвижными (т. е. движется движимое). Эта идея помогает понять огромное количество наблюдаемых явлений, но она не объясняет все движения

, которые происходят в природе. Аристотелю казалось, что существует несколько причин, вызывающих то или иное движение, и, следовательно, несколько разных видов движения: движение тел, находящихся под непосредственным воздействием других тел (например, лошадь тянет телегу), движение тел, падающих на земную поверхность и движение небесных тел.

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

закон инерции.

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

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

.

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

Однако со временем выяснилось, что и закон Ньютона выполняется не во всех системах отсчета. В этом можно убедиться с помощью опыта. Сначала тележка движется прямолинейно и равномерно относительно земли.

На ней находится шарик.

Шарик будет находиться в покое относительно тележки при любой скорости ее движения относительно земли — главное, чтобы эта скорость была постоянна.

Но когда тележка попадает в песочную насыпь, ее скорость быстро уменьшается, в результате чего тележка останавливается. Во время торможения тележки шарик приходит в движение, т.е. изменяет свою скорость относительно тележки, хотя нет никаких сил, которые толкали бы его. Значит, в системе отсчета, связанной с тележкой, тормозящей относительно земли, закон инерции не выполняется.

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

Поэтому с точки зрения современных представлений закон Ньютона формулируется так:

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

Это утверждение в физике называют первым законом Ньютона, в соответствии с которым состояние покоя или равномерного прямолинейного движения тел не требует для своего поддержания каких-либо внешних воздействий. В этом проявляется особое динамическое

свойство физических тел, называемое их инертностью и характеризующее «отзывчивость» тел на воздействие других тел.

Из опыта следует, что груженый автомобиль (более инертный) труднее разогнать или остановить при движении, чем такой же не гружёный автомобиль (менее инертный).

Явление сохранения состояния покоя или равномерного прямолинейного движения тел при отсутствии воздействия со стороны других тел называют инерцией.

Теперь, зная эти два понятия — инерция и инертность— вы легко сможете сами ответить на вопрос, почему человек споткнувшись падает лицом вперед, а поскользнувшись — назад.

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

Следует отметить, что всякое движение имеет смысл, если указана система отсчета. Системы отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона называют инерциальными

.

Инерциальная система отсчета — это система отсчета, относительно которой тело при компенсации внешних воздействий движется прямолинейно и равномерно.

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

Если найдена одна инерциальная система отсчета, то любая система отсчета, движущаяся относительно этой системы равномерно и прямолинейно, является инерциальной.

В условиях, при которых можно не учитывать вращение Земли и ее движение вокруг Солнца, любая система отсчета с неподвижным относительно Земли телом отсчета является инерциальной.

Если же необходимо учитывать движение Земли, то инерциальной считают систему, связанную с Солнцем.

Основные выводы:

– Первый закон Ньютона гласит, что существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет скорость неизменной, если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано.

– Инертность — это свойство тел приобретать определенное ускорение при данном воздействии.

– Инерция — это явление сохранения состояния покоя или равномерного прямолинейного движения тела при отсутствии воздействия со стороны других тел.

– Инерциальная система отсчета — это система отсчета, относительно которой тело при компенсации внешних воздействий движется прямолинейно и равномерно.

Законы движения Ньютона – frwiki.wiki

«Законы Ньютона» перенаправляются сюда. Чтобы узнать о других значениях, см . Закон Ньютона .

Первые два закона Ньютона на латыни в оригинальном издании Principia Mathematica в 1687 году .

В законы движения Ньютона были изложены в его книге Philosophiae Naturalis Principia Mathematica в 1687. Это на самом деле

принципы на основе великой теории Ньютона о движении тела, теория называется aujourd ‘хуэй механики Ньютона или классическая механика . К этим общим законам движения, основанным, в частности, на принципе относительности движения, Ньютон добавил закон всемирного тяготения , что позволило интерпретировать как падение тел, так и движение Луны вокруг Земли .

Резюме

  • 1 Первый закон Ньютона или принцип инерции
    • 1.1 Заявление
    • 1.2 Проблема галилеевой системы отсчета
  • 2 Второй закон Ньютона или фундаментальный принцип поступательной динамики
    • 2.1 Заявление
    • 2.2 Возвращение к принципу инерции
  • 3 Третий закон Ньютона или принцип действия-противодействия
  • 4 различные законы Ньютона
    • 4. 1 Закон гравитационного взаимодействия
    • 4.2 «Четвертое следствие» Ньютона: принцип относительности
  • 5 История и эпистемология
    • 5.1 Историческая справка
    • 5.2 Эпистемология
    • 5.3 подход Лапласа и Нётер
  • 6 Проблемы и ограничения
    • 6.1 Абсолютная вселенная
    • 6.2 Релятивистские пределы
    • 6.3 Квантовые пределы
      • 6.3.1 Непрерывность
      • 6.3.2 Принцип неопределенности, неравенства Гейзенберга
  • 7 Примечания и ссылки
    • 7.1 Примечания
    • 7.2 Ссылки
  • 8 См. Также
    • 8.1 Статьи по теме

Первый закон Ньютона или принцип инерции

состояния

Первоначальная формулировка первого закона движения выглядит следующим образом:

«Каждое тело пребывает в состоянии покоя или равномерного движения по прямой линии, на которой оно находится, если только на него не действует какая-то сила и заставляет его изменить состояние. ”

В современной формулировке закона мы говорим о равномерном прямолинейном движении и заменяем понятие (единой) силы более общим понятием равнодействующей сил, приложенных к телу. Другими словами, если на тело (изолированное тело) не действует сила или если сумма сил (или результирующая сила), действующая на него, равна изолированному нулевому вектору (псевдотело)), направление и норма ее скорости постоянна или, что то же самое, его ускорение равно нулю. Этот первый закон аннулирует унаследованную от Аристотеля концепцию , согласно которой для поддержания скорости подвижной постоянной необходимо было приложить к ней непрерывную силу (что на практике верно, но объясняется необходимостью « отменить »силы из-за трения, которые не равны нулю, за исключением вакуума и любого гравитационного воздействия) .

Движение, рассматриваемое Ньютоном, происходит в абстрактном математическом пространстве, которое он считает абсолютным. Его первый закон также применяется в системе отсчета в единообразном переводе по отношению к этому абсолютному пространству, что дает начало понятию системы отсчета Галилея . В XIX – м  века , понятие абсолютного пространства постепенно отказались в пользу только галилеев кадров. Поэтому первый закон Ньютона сегодня переформулирован в следующей форме:

В системе отсчета Галилея вектор скорости центра инерции системы постоянен тогда и только тогда, когда сумма векторов силы, действующей на систему, является нулевым вектором.

Проблема галилеевской системы отсчета

Определение галилеевой системы отсчета кажется фундаментальным и часто формулируется следующим образом:

Система отсчета Галилея – это система отсчета, в которой проверяется первый закон Ньютона.

Таким образом, первый закон Ньютона применим только в системе отсчета Галилея, а система отсчета Галилея – это система отсчета, в которой применяется первый закон Ньютона … который выглядит как круговое определение. Чтобы избежать этой проблемы, перепишем принцип инерции в следующей аксиоматической форме :

Существует семейство систем отсчета, называемых галилеями или инерциальными системами отсчета, такое, что относительно одной из этих систем отсчета любая псевдоизолированная материальная точка (которая подвергается воздействию внешних сил, сумма которых равна нулю) либо находится в состоянии покоя, либо одушевлен равномерным прямолинейным движением.

Определение хорошей системы отсчета Галилея является на самом деле экспериментальным, и, как часто в физике, только согласованность между теорией (здесь первый закон Ньютона) и измерением (равномерное прямолинейное движение) подтверждает выбор апостериори .

Второй закон Ньютона или фундаментальный принцип поступательной динамики

состояния

Первоначальная формулировка второго закона Ньютона выглядит следующим образом:

«Изменения, происходящие в движении, пропорциональны движущей силе; и выполнены по прямой линии, в которой была запечатлена эта сила. ”

В своей современной версии он называется Фундаментальным принципом динамики (PFD), иногда называемым фундаментальным соотношением динамики (RFD), и читается следующим образом:

В системе отсчета Галилея производная импульса равна сумме внешних сил, действующих на твердое тело.
dп→dтзнак равно∑яF→я{\ displaystyle {\ frac {\ mathrm {d} {\ vec {p}}} {\ mathrm {d} t}} = \ sum _ {i} {\ vec {\ mathrm {F}}} _ {я }}.

Это выражение второго закона Ньютона справедливо только для системы постоянной массы, поэтому его можно эквивалентным образом переформулировать следующим образом:

Рассмотрим тело массы m (константа): ускорение, которому это тело подвергается в системе отсчета Галилея, пропорционально равнодействующей сил, которым оно подвергается, и обратно пропорционально его массе m .

Это часто выражается в уравнении:

в→знак равно1м∑яF→я{\ displaystyle {\ vec {a}} = {\ frac {1} {m}} \ sum _ {i} {{\ vec {\ mathrm {F}}} _ {i}}}
или же :
∑яF→язнак равномв→{\ Displaystyle \ сумма _ {я} {{\ vec {\ mathrm {F}}} _ {я}} = м {\ vec {a}}}

или же :

  • F→я{\ Displaystyle {\ vec {\ mathrm {F}}} _ {я}} обозначает внешние силы, действующие на объект;
  • m – его масса;
  • в→{\ displaystyle {\ vec {a}}}соответствует ускорению его центра инерции G.

Вернемся к принципу инерции

Для тела, подверженного действию равнодействующей нулевых сил, мы находим первый закон Ньютона, то есть равномерное прямолинейное движение. При первом анализе можно задаться вопросом, в чем польза первого закона, если он, кажется, является следствием второго. В действительности, в утверждении Ньютона, это не так, потому что первый закон представлен не как частный случай второго, а как достаточное условие для применения последнего.

Действительно, заявить о первом законе – это прежде всего подтвердить существование галилейских ссылок. Это представляет собой чрезвычайно сильный постулат, который позволяет в современных представлениях классической механики определять ориентиры Галилея, которые являются единственными ориентирами, в которых действует второй закон. В отсутствие первого закона второй закон неприменим, так как нельзя определить область его действия. Следовательно, логический порядок, в котором формулируются законы, не является результатом случайности, а является последовательным интеллектуальным построением.

Затем этот первый закон устанавливает принцип изоляции твердого тела: каждый учитывает внешние силы, которые действуют на него, и не принимает во внимание то, что происходит внутри.

Третий закон Ньютона или принцип действия-противодействия

Иллюстрация закона  Ньютона 3 Е : взаимные действия двух фигуристов.

Иллюстрация 3 E  закона Ньютона в пространстве: два космонавта отталкиваются.

Исходное заявление выглядит следующим образом:

«Действие всегда равно реакции; то есть действия двух тел друг на друга всегда равны и в противоположных направлениях. ”

– Исаак Ньютон

На современный лад мы выражаем это:

Любое тело A, оказывающее силу на тело B, испытывает силу равной интенсивности в том же направлении, но в противоположном направлении, действующую со стороны тела B.

A и B являются двумя взаимодействующими телами , сила (приложенная A к B) и сила (действующая B к A), которые описывают взаимодействие, прямо противоположны и переносятся линией : F→В/B{\ Displaystyle {\ vec {\ mathrm {F}}} _ {\ mathrm {A / B}}}F→B/В{\ Displaystyle {\ vec {\ mathrm {F}}} _ {\ mathrm {B / A}}}(ВB){\ displaystyle (AB)}

F→В/Bзнак равно-F→B/В{\ displaystyle {\ vec {\ mathrm {F}}} _ {\ mathrm {A / B}} = – {\ vec {\ mathrm {F}}} _ {\ mathrm {B / A}}}а также F→В/B∧ВB→знак равно0→{\ Displaystyle {\ vec {F}} _ {A / B} \ клин {\ vec {AB}} = {\ vec {0}}}

Эти силы имеют одинаковое право действия, противоположные значения и одинаковые стандарты. Эти две силы всегда прямо противоположны, независимо от того, находятся ли А и В в движении.
Эти изображения иллюстрируют это вопреки  закону 3 е : два фигуриста, отталкивающиеся (от остановки), взаимно проецируются пропорционально своей массе (если пренебречь очень низким трением колодок). Тот же опыт возможен в космосе: если два космонавта отталкиваются друг от друга, они удаляются друг от друга пропорционально своей массе. Большая сложность этого эксперимента состоит в том, что космонавтов действительно можно спроецировать на бесконечность .

Для этого 3- го  закона снова необходимо вернуться к моделированию, то есть к переходу от реальности к векторному описанию. В случае контактного действия это довольно просто: если Альберт нажимает 100  Н на Беатрис, то Беатрис также нажимает 100  Н на Альберта; Альбер и Беатрис могут стоять на твердой земле или льду, неподвижно или кататься на коньках. Часто бывает труднее понять, что если Альберт опирается на стену, то стена также давит на Альберта; стена не имеет «движущей силы», она изгибается под действием Альберта, но это изгибание не обнаруживается, за исключением гибкой стены, и поэтому Альберт испытывает «эффект пружины». То же самое и с понятием почвы, которое поддерживает Альберта; в частности, в случае прыжка трудно представить, что именно земля толкает Альберта, всегда за счет эффекта пружины.

Случай с дистанционными действиями также сложно осмыслять, особенно тот факт, что Альберт также привлекает Землю …

Этот закон иногда называют законом действия-противодействия по отношению к исходному утверждению; формулировка в лучшем случае неточная, в худшем – приводит к большой путанице. В частности, эта старая формулировка передает идею о том, что всегда существует сила, которая является «причиной» (действием), а другая – лишь своего рода следствием (реакцией).

Еще одна трудность , с которыми сталкиваются студенты забывают , что эти две силы и действуя на двух различных органов. Следовательно, они не могут «нейтрализовать друг друга». Эффект отмены возникает только тогда, когда мы рассматриваем систему, состоящую из разных тел, и нас интересует равнодействующая сил: в этом случае внутренние силы компенсируют друг друга и учитывается только сумма внешних сил ( который с удовольствием исследует движение твердого тела, состоящего из более чем 10 23 элементов). F→В/B{\ Displaystyle {\ vec {\ mathrm {F}}} _ {\ mathrm {A / B}}}F→B/В{\ Displaystyle {\ vec {\ mathrm {F}}} _ {\ mathrm {B / A}}}

Недостаток закона взаимных действий состоит в том, что он предполагает мгновенное приложение сил (от которого отказались в специальной теории относительности ). В случае сил на расстоянии в некоторых случаях необходимо выполнять преобразования, чтобы учесть задержку распространения.

Эта поправка не относится к теории относительности. Поскольку электромагнитные силы действуют на расстоянии, было продемонстрировано, что эти силы распространяются со скоростью света, а не с бесконечной скоростью, и этот нюанс был включен в уравнения до революции специальной теории относительности.

Различные законы Ньютона

Закон гравитационного взаимодействия

Некоторые авторы (меньшинство) называют четвертый закон Ньютона его универсальным законом всемирного тяготения . Это имя очень сомнительно, но оно упоминается здесь из-за исторической взаимосвязи законов: если этот закон не является частью принципов механики так же, как три других и принцип относительности, первый успех Ньютона должен был использовать свои законы механики плюс закон гравитационного взаимодействия, чтобы продемонстрировать эмпирические законы Кеплера . Именно эти первые успехи на долгое время установили господство законов Ньютона в науке.

Обратите внимание, что, комбинируя этот закон и фундаментальный принцип динамики, мы доказываем предсказание Галилея о том, что в вакууме все объекты падают с одинаковой скоростью (неявно признавая, что инерционная масса и гравитационная масса равны).

«Четвертое следствие» Ньютона: принцип относительности

Ньютон в своих « Началах» выделил понятие относительности движения в определениях, предшествующих первой книге. Он вводит в Схолии II и IV понятие абсолютного пространства и указывает в следствии V законов, которые:

«Движение тел, заключенных в любом пространстве, одинаково между ними, либо это пространство находится в состоянии покоя, либо оно движется равномерно по прямой линии без кругового движения»

что предвосхищает понятие галилеевской референции, как оно определяется сегодня. Однако Ньютон не ссылается на случай, когда система отсчета не находится в равномерном прямолинейном движении относительно того, что он называет абсолютным пространством , и в Принципах не дается отрицания действительности ее законов в ускоренных системах отсчета . Он будет принимать работу Гаспара Кориолиса и Фуко в XIX – го  века , что понятие инерциальной системы , как известно , сегодня возникает и что изменение опорных формул (или) не-хранилища галилеянина установлены.

Принцип относительности сформулирован следующим образом:

Две системы отсчета пространства при равномерном прямолинейном переносе одна относительно другой эквивалентны для законов механики.

(В смысле Ньютона было бы необходимо ограничиться системами отсчета в равномерном прямолинейном движении по отношению к абсолютному пространству, помня, что если система отсчета находится в равномерном прямолинейном движении относительно секунды, сама она находится в равномерном прямолинейном движении относительно в абсолютное пространство, то первая система отсчета находится в равномерном прямолинейном движении по отношению к абсолютному пространству.)

Мы можем проверить это, допустив первые три закона – инвариантность времени, массы и сил (подразумеваемая в доэйнштейновской физике). Вот почему этот принцип назван здесь следствием.

Этот принцип называется принципом относительности Галилея, потому что мы находим его след в знаменитом Диалоге Галилея , хотя Галилей предполагал, что это было то же самое для равномерного вращения .

Более современная формулировка утверждает, что все законы физики одинаковы для двух систем отсчета пространства при равномерном прямолинейном переносе одна относительно другой. Именно эта сильная формулировка лежит в основе специальной теории относительности .

Примечание
Гелиоцентрическая система отсчета (обычно считается) галилеевой, и именно в этой системе отсчета изучаются движения планет и космических зондов. Рассмотрение геоцентрической системы координат как галилеевой, в то время как центр Земли ускоряется вокруг Солнца, равносильно пренебрежению приливными силами . Рассматривать земную систему отсчета как галилееву – значит пренебрегать центробежной составляющей в «  гравитации  » и силой Кориолиса, если материальная точка находится в движении. С практической точки зрения, знание того, как найти, с какой степенью приближения система отсчета может считаться (считаться) галилеевой, – это поиск, который постоянно отвергается.

История и эпистемология

Исторический контекст

Исаак Ньютон изложил свои законы в первом томе своей Philosophiae Naturalis Principia Mathematica в 1687 году и, используя новые математические инструменты, которые он разработал, он доказал многие результаты о движении идеализированных частиц.

Некоторые критики Ньютона говорят что он был вдохновлен работой Галилея на написание своего первого принципа (почти принимая утверждение Галилея: «Каждое тело будет продолжать движение по прямой линии ad eternam, если на него не будет воздействовать никакая сила». равномерности движения).

Желательно оговориться: если Ньютон был осведомлен о работах Галилея, его роль заключалась в формализации идей Галилея и проведении следствий, которые позволили построить механику. Когда Ньютон утверждает: «Если я видел дальше других, то это потому, что меня несли на плечах гигантов. ». Предполагается, что осведомленный читатель понимает, что эта работа является продолжением работы Галилея. Фактически, можно даже сказать, что Ньютон не уточнил, что принцип инерции и принцип относительности, на которых он строил всю механику, были введены в действие Галилеем просто потому, что он думает, что читатель должен знать!

Первые два тома – математические. В третьем томе объясняется натурфилософия (старое название физики природных явлений): он показал, как его законы движения в сочетании с его универсальным законом всемирного тяготения объясняют движение планет и позволяют вывести законы Кеплера .

Эпистемология

Вышеупомянутые законы были отформатированы и приняты Ньютоном. Но основы взяты из предыдущих работ: Галилео , Торричелли , Декарт , Гюйгенс , Гук : «Меня несли на плечах гигантов . Сам Ньютон признал.

С другой стороны, как заметил Эрнст Мах  :

«Легко понять, что Законы I и II содержатся в ранее данных определениях силы. Согласно им, фактически, при отсутствии всякой силы может быть только покой или равномерное прямолинейное движение. Совершенно бесполезная тавтология повторять, что изменение движения пропорционально силе после того, как было установлено, что ускорение является мерой этого движения. Достаточно было бы сказать, что данные определения не были произвольными и математическими определениями, а отвечали экспериментальным свойствам тел. ”

В этом обзоре Мах ссылается на определение IV Основ , которое вводит понятие силы, фундаментальное в физике:

«Сила воздействия (vis Impressa) – это действие, посредством которого изменяется состояние тела, независимо от того, является ли это состояние покоем или равномерным движением по прямой линии. ”

Но мы можем пойти еще дальше: сохранение импульса системы может быть установлено как первый принцип механики. Преимущество этого подхода в том, что он основан на концепции количества движения и позволяет решать проблемы релятивистского движения.

Более того, третий закон позволяет ввести понятие взаимодействия, которое является нетривиальным, но, в то же время, фундаментальным в физике. В то время этот закон является абсурдом, если сослаться, например, на точку зрения Аристотеля, согласно которому магия и другие действия на расстоянии не существуют в рамках физики. Напомним, что магнетизм интерпретируется из книги Гильберта де Магнете «спектральными линиями» или вихрями. Точно так же причина гравитации интерпретируется Декартом через (ложную) теорию вихрей, настолько противоречивую, что даже Гюйгенс больше не верит в нее . С другой стороны, Ньютон заявит в предложении, которое осталось известным: гипотезы non fingo , я не буду искать конечную причину гравитации. Гравитация «выражает себя» через центростремительный закон, который она заявляет, она не делает никаких предположений о природе этой силы.

Поэтому Ньютон смело отошел от рамок, установленных физикой того времени, отсюда яростная критика, мгновенное действие на расстоянии будучи оспариваемым (это беспокоит сам Ньютон), так как умалишенные ( Рёмер только показал конечность из быстроты света ). В 1906 году Пуанкаре выдвинул менее шокирующую гипотезу: гравитация распространяется с предельной скоростью c.

Подход Лапласа и Нётер

Законы Ньютона можно построить из более абстрактных тезисов.

Законы Ньютона подверглись критическому анализу Лапласом , затем Эрнстом Махом , затем Пуанкаре , затем Колмогоровым .

Согласно их анализу, фундаментальный принцип динамики можно свести к следствию детерминизма, сформулированному Лапласом в его трактате о вероятностях:

если мы знаем начальное положение x 0 и начальную скорость v 0 , то уравнение фундаментального принципа динамики (PFD) говорит, что при силе F ( x, v, t  ) достаточно решить это дифференциальное уравнение, для определения будущего и прошлого частицы, x ( t  ) и v ( t  ).

Таким образом, гамильтонова орбита электрона на фазовой плоскости [ x ( t  ), p ( t  )] определяется PFD. Это все, что утверждает этот принцип, поскольку, кроме того, мы должны экспериментально найти закон F ( x, v, t  ).

Даже если детерминизм, как он определен Лапласом, страдает ограничениями, все же можно показать, что теорема об импульсе основана на самих принципах физики: это действительно следствие теоремы Нётер .

Проблемы и ограничения

Абсолютная вселенная

Ньютон постулировал: есть абсолютное пространство и время.

Фактически, понятие абсолютного пространства может быть расширено до целого класса так называемых «инерциальных» систем отсчета в соответствии с точкой зрения Галилея, который защищал эквивалентность между системой отсчета и другой системой отсчета, развивающейся с постоянной скоростью относительно к первому.

С другой стороны, Ньютон опасался абсолютного времени: он знал, что изменение шкалы времени изменяет выражение его PFD. {2}}}}.

Это абсолютное время общепринято до тех пор, пока не используется специальная теория относительности . Но это, тем не менее, представляет собой сильную философскую гипотезу, которая регулярно обсуждалась Лейбницем, в частности, который сказал:

«Я не раз указывал, что я считал Пространство чем-то чисто относительным, как Время; для порядка сосуществования, поскольку время – это порядок преемственности … »

Релятивистские пределы

Одна из самых больших трудностей теории Ньютона, обновление с XVII – го  века , является понятием действия момента пульта дистанционного управления. Сам Ньютон был смущен этим предположением, присутствующим в его теории гравитации так же хорошо, как и в его третьем законе.
Позже в течение XVII E  века , определенное количество трудностей, касающихся электромагнетизм в частности, также отметил , что принципы Ньютона не может объяснить в состоянии всех механических или кинематических задач.

Специальная теория относительности показывает, что никакое взаимодействие не распространяется быстрее скорости света в вакууме, и поэтому определенно ставит под сомнение мгновенные взаимодействия. Кроме того, это показывает, что для объектов, скорость которых близка к скорости света, законы Ньютона больше не соответствуют наблюдениям.

Однако формулы специальной теории относительности позволяют рассматривать физику Ньютона как приближение, предполагающее, что скорость света бесконечна. Таким образом, относительность позволяет обосновать уравнения Ньютона в случае малых скоростей, делая их доказуемыми из более общей теории, которая их охватывает. Следовательно, законы Ньютона применимы к большинству повседневных применений механики, которые мы затем квалифицируем как «классические» (падающие тела, движение транспортных средств, двигателей и т. Д.).

С другой стороны, бывают ситуации, когда результаты радикально изменяются, например, те, которые создаются в ускорителях частиц (например, в ЦЕРНе ). Кинетическая энергия, передаваемая частице с зарядом q под действием напряжения V, равна q  V. Кинетическая энергия, используемая в ускорителях частиц, в настоящее время может возрастать до порядка теравольта (1000 миллиардов вольт). Например, можно рассчитать, согласно уравнениям Ньютона, для электрона, получившего такую ​​кинетическую энергию, скорость в 2 000 000 раз больше скорости света. Реальная скорость, рассчитанная в рамках релятивистской теории, составляет долю скорости света, немного меньшую единицы. Поэтому важно четко различать ситуации, в которых законы Ньютона остаются очень хорошими приближениями, от тех, в которых они теряют всякую актуальность.

В специальной теории относительности силы всегда соблюдают теорему об импульсе, но адаптированы, показывая фактор Лоренца . Следовательно, теорема об импульсе является очень мощной теоремой, поскольку она позволяет вывести законы Ньютона в том случае, когда это позволяют низкие скорости. В противном случае это часть результатов специальной теории относительности.

Квантовые пределы

Прерывность

Механика Ньютона в основном изучает макрофизические системы. В этом контексте пространство и энергия неявно считаются непрерывными. Однако мир квантовой механики – это мир микрофизических систем, для которых эти концепции определены количественно . Механика Ньютона основана, в частности, на концепции силы, зная, что сила проистекает из потенциала (для изолированной механической системы). Однако для микрофизических систем (относящихся к квантовой механике) понятие силы не может быть определено, поскольку потенциальная энергия как координаты пространства квантованы. Действительно, в математике производная разрывной функции не определяется. Таким образом, механика Ньютона находит свои пределы для изучения микрофизических систем, поскольку неявное предположение, основанное на непрерывном пространстве и энергии, для этих систем опровергается.

Принцип неопределенности, неравенства Гейзенберга

Если мы знаем траекторию движения тела, мы знаем ее в любой момент . {t} {\ vec {v}} (t) \ mathrm {d} t + {\ vec {r}} (0 )}

В этих двух случаях, например, если нас интересует одна ось, мы видим, что можно знать одновременно положение и скорость с бесконечной точностью, что противоречит принципу неопределенности квантовой физики. . Икс{\ displaystyle x}Икс(т){\ Displaystyle х (т)}vИкс(т){\ Displaystyle v_ {х} (т)}

Примечания и ссылки

Заметки

  1. ↑ Это число примерно представляет собой число Авогадро, которое дает порядок величины количества частиц, содержащихся в макроскопическом теле.
  2. ↑ Тем не менее, существование абсолютной скорости света (независимо от системы отсчета исследования) несовместимо с законом аддитивности скоростей механики Ньютона и составляет фундаментальную причину отказа от последней в пользу теории относительности.

Рекомендации

  1. ↑ и б математических принципов естественной философии в соответствии с переводом с латинского на французский по EMILIE Шатл ( +1756 ), р.  17  ; оригинальная латинская версия: Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus Impressis cogitur statum illum mutare.
  2. ↑ (in) Холлидей и Резник, Физика , т.  1 ( ISBN  978-0-471-03710-1 ) , стр.  199

    «Важно отметить, что мы не можем вывести общее выражение для второго закона Ньютона для систем с переменной массой, рассматривая массу в F = d P / dt = d ( M v ) как переменную . […] Мы можем использовать F = d P / dt для анализа систем с переменной массой, только если мы применим его ко всей системе постоянной массы, состоящей из частей, между которыми происходит обмен масс. Математические принципы натуральной философии Согласно переводе с латинского на французский язык по Эмилии дю Шатле ( 1756 ), стр.8.

  3. ↑ Готфрид Вильгельм Фрейхер фон Лейбниц , Бог. Гиль. Leibnitii Opera Философская как exstant latina, gallica, germanica omnia , sumtibus G. Eichleri,( читать онлайн )

Смотрите также

Статьи по Теме

  • Законы движения в Мальбранше

<img src=”https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1×1″ alt=”” title=””>

4.2 Первый закон движения Ньютона: инерция

Цели обученияMass

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

  • Определение массы и инерции
  • Понять первый закон движения Ньютона

Опыт показывает, что объект в состоянии покоя останется в покое, если его оставить в покое, и что объект в движении имеет тенденцию замедляться и останавливаться, если не предпринимать никаких усилий для поддержания его движения. Что такое первый закон движения Ньютона , однако, является следующим:

Первый закон движения Ньютона

Существует такая инерциальная система отсчета, что покоящееся тело остается в покое или, если оно движется, остается в движении с постоянной скоростью, если на него не воздействуют на чистой внешней силы.

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

Первый закон движения постулирует существование по крайней мере одной системы отсчета , которую мы называем инерциальной системой отсчета, относительно которой движение объекта, не подверженного силам, представляет собой прямую линию с постоянной скоростью. Инерциальная система отсчета — это любая система отсчета, которая сама не ускоряется. Автомобиль, движущийся с постоянной скоростью, является инерциальной системой отсчета. Автомобиль, замедляющийся перед светофором или ускоряющийся после того, как загорается зеленый свет, будет ускоряться и не будет инерциальной системой отсчета. Наконец, когда автомобиль проходит поворот из-за ускорения, изменяющего направление вектора скорости, это не инерциальная система отсчета. Обратите внимание, что законы движения Ньютона справедливы только для инерциальных систем отсчета.

Вместо того, чтобы противоречить нашему опыту, первый закон Ньютона утверждает, что должна существовать причина, являющаяся чистой внешней силой, для любого изменения скорости — будь то изменение величины или направления — в инерциальная система отсчета. Мы определим чистую внешнюю силу в следующем разделе. Объект, скользящий по столу или полу, замедляется из-за суммарной силы трения, действующей на объект. Если трение исчезнет, ​​будет ли объект по-прежнему замедляться?

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

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

Масса

Свойство тела оставаться в покое или двигаться с постоянной скоростью называется инерцией. Первый закон Ньютона часто называют законом инерции. Как мы знаем из опыта, одни объекты обладают большей инерцией, чем другие. Очевидно, что изменить движение большого валуна сложнее, чем, например, баскетбольного мяча. Инерция объекта измеряется его массой.

Объект с небольшой массой будет демонстрировать меньшую инерцию и больше подвергаться влиянию других объектов. Объект с большой массой будет демонстрировать большую инерцию и меньше подвергаться влиянию других объектов. Эта инерционная масса объекта является мерой того, насколько трудно изменить равномерное движение объекта внешней силой.

Грубо говоря, масса — это мера количества вещества или материи в чем-то. Количество или количество материи в объекте определяется количеством содержащихся в нем атомов и молекул различных типов. В отличие от веса, масса не зависит от местоположения. Масса объекта одинакова на Земле, на орбите или на поверхности Луны. На практике очень сложно сосчитать и идентифицировать все атомы и молекулы в объекте, поэтому массы не часто определяются таким образом. Оперативно массы предметов определяются путем сравнения с эталонным килограммом.

Проверьте свое понимание

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

Решение

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

  • Печать
  • Поделиться

Почему важен первый закон Ньютона?

Сопротивление воздуха, гравитация и трение — все это необходимо учитывать при объяснении того, почему что-то замедляется. Эти силы влияют на скорость объекта.
  • Первый закон Ньютона объясняет, как движутся предметы и как на их движение действуют силы, что делает его чрезвычайно важным открытием.
  • Если бы мы поместили объект в космос, мы могли бы наблюдать, как он ведет себя без каких-либо внешних воздействий.
  • Сила, действующая на объект, может быть внешней или внутренней.

До того, как законы Ньютона объяснили нам, как работает большинство вещей в мире, люди не знали, почему объекты замедляются. Они считали, что сделали это сами по себе, потому что склонны к этому. Однако люди тогда не понимали, какие силы действуют в природе и как они работают.

Сопротивление воздуха, сила тяжести и трение должны быть приняты во внимание, когда мы пытаемся объяснить, почему что-то замедляется. Все эти силы влияют на скорость объекта. Они заставляют его двигаться, а также тормозить. Все это объясняет первый закон Ньютона.

Первый закон Ньютона

Первый закон Ньютона гласит, что объект, находящийся в состоянии покоя, продолжает оставаться в покое, а объект, который движется, продолжает двигаться с постоянной скоростью до тех пор, пока на него не подействует внешняя сила. Этот закон объясняет, как сохраняется постоянный статус-кво движения. Это также заставило людей понять, как внешние силы могут влиять на ход событий. Это было поистине революционным открытием.

Согласно этому закону, должна быть причина для того, чтобы что-то изменило свою скорость. Эта причина чаще всего является внешней силой. Например, если что-то скользит по полу, оно будет замедляться из-за силы трения. Однако, если мы посмотрим, например, на аэрохоккей, воздух не позволяет шайбе коснуться стола. Эта шайба будет двигаться с той же постоянной скоростью, пока на нее не подействует другая сила. Например, он может удариться о край стола, что в некоторых случаях может замедлить или ускорить его движение.

Первый закон Ньютона гласит, что объект, находящийся в состоянии покоя, продолжает оставаться в покое, а объект, который движется, продолжает двигаться с постоянной скоростью, пока на него не подействует внешняя сила.

Что такое сила?

Чтобы лучше понять этот закон, мы должны узнать, что такое сила. Сила определяется как толчок или притяжение, которое объект оказывает на другой объект. Мы называем единицы силы Ньютоном и обозначаем их буквой N.

Сила может быть внешней, то есть она исходит извне объекта. Хорошим примером этого может быть гравитация, которую Земля оказывает на Луну. Этот тип гравитации является внешней силой, с которой наша планета действует на Луну. Однако у Луны также есть собственная внутренняя гравитация, которая воздействует на внешнюю кору. Это считается внутренней силой. Наша планета также имеет этот тип гравитации. Внутренние силы, находящиеся внутри конкретного объекта, не могут вызвать каких-либо изменений в движении этого объекта.

Важность

Помимо внешних и внутренних сил, у нас также есть результирующая сила. Чистая сила – это общая сила, действующая на объект. Если на объект действуют несколько сил, результирующая сила рассчитывается как сумма всех этих сил. Изучив все это, вы поймете, почему этот закон чрезвычайно важен для нас. Она объясняет все, что происходит вокруг нас в нашей повседневной жизни.

Это придает смысл силам, которые нас окружают, и, что более важно, дает им научное объяснение. У людей не было этих знаний до того, как Ньютон установил свои законы. Сегодня мы знаем, как работают автомобили, почему здания не рушатся, как течет вода, и все это благодаря первому закону Ньютона. Им объясняется движение всего вокруг нас, и именно поэтому оно так важно.

Antonia Čirjak в науке

Первый закон Ньютона

Первый закон Ньютона и понятие инерции

Ньютон вывел три закона, определяющих связь между силой и движение. Первый из них называется «Законом инерции». быть сформулировано следующим образом:

Каждый объект будет продолжать находиться в состоянии равномерного движения по прямой линии (или оставаться в покое), если не вынужден изменить свое состояние движения действующей на него внешней силой.

Этот закон указывает на то, что объект имеет естественное нежелание изменяться его текущее состояние движения. Если он движется прямолинейно, то имеют естественную тенденцию продолжать движение по прямой с постоянной скорость. Если он неподвижен, он будет иметь естественную тенденцию оставаться на месте. отдыхать. Это нежелание изменить свое состояние движения, которое упоминается как объект ИНЕРЦИЯ .

Необходимо сделать несколько пунктов:

а) поскольку это нежелание изменять атрибут , который описывает инерция, объект не теряет, не приобретает и не преодолевает инерцию. Единственный способ что объект может изменить свою инерцию, если он теряет или приобретает некоторую массу. Отсюда видно, что именно масса определяет инерционную характеристики объекта в контексте линейного движения. Если масса объекта остается такой же, как и его инерция. Один из значительных значение для спортсменов заключается в том, что любая избыточная масса даст им большую инерцию и, следовательно, препятствуют быстрым изменениям скорости и/или направления.

б) закон разъясняет, что естественное поведение объектов должно двигаться прямолинейно с постоянной скоростью. Это означает, что если объект увеличивает скорость, уменьшает скорость и/или меняет направление тогда должно быть действующей чистой внешней силой.

в) до Ньютона считалось, что если есть движение, то есть должна быть действующая сила. Однако первый закон Ньютона указывает, что это это не обязательно так. Если объект движется прямолинейно с постоянной скоростью, то по первому закону не испытывает чистая сила. Субъективный опыт наблюдения за ежедневными событиями движения может показаться, что это противоречит. Например, если по мячу ударить ногой, не продолжать катиться вечно. Однако поведение мяча при приближении покоя не противоречит закону Ньютона, так как на самом деле испытывает результирующая сила (трение). Люди, не обученные механике, не всегда могут осознавать все силы, которые присутствуют.

При наблюдении за движением в реальном мире всегда есть число действующих сил (хотя в некоторых случаях они могут быть очень малы), и это может затруднить понимание принципа Первого Ньютона. Закон.

Следующие примеры иллюстрируют применение первого закона Ньютона. в контексте спорта. Читая примеры, помните, что Закон инерции подразумевает следующее.

Если объект ускоряется, замедляется и/или меняет направление тогда он должен испытывать результирующую силу.

Рассмотрим пример с хоккейной шайбой.

Фаза 1 – Представьте себе хоккейную шайбу, покоящуюся на поверхности лед. Хотя, возможно, невозможно определить все силы, действующие на шайбе в этот момент должно быть ясно, что чистый эффект любого действующие силы должны быть равны нулю, так как движение шайб не меняется.

Фаза 2 — Теперь при ударе к шайбе прилагается сила. хоккейной клюшкой. В течение периода времени, в течение которого палка находится в контакта с шайбой, шайба меняет свое состояние движения с одного из в покое к поступательному движению.

Этап 3 – Как только контакт между клюшкой и шайбой сломанной силы больше нет, и шайба будет продолжать двигаться по прямой с постоянной скоростью. (Неизбежно быть небольшие силы трения между шайбой и льдом, а также между шайба и окружающий воздух, что немного замедлит шайбу, но эти эффекты пока будут игнорироваться).

Оставить комментарий