Первый закон Ньютона | Динамика | Физика
В течение многих столетий люди считали, что для движения какого-либо тела необходимо постоянно воздействовать на это тело с некоторой силой.
Это, вроде бы, полностью подтверждается нашим повседневным опытом. Например, у меня на столе сейчас стоит стакан с чаем, и что-то мне подсказывает, что пока я не дотронусь до него и не начну толкать, он с места не сдвинется.
Еще Аристотель, живший более двух тысяч лет назад, сделал предположение, что тела не будут двигаться, пока кто-то не подействует на них с силой. Он полагал, что у предметов есть естественная склонность останавливаться: если прекратится внешнее воздействие, заставляющее что-либо перемещаться, прекратится и само движение.
Это воззрение господствовало в науке до тех пор, пока человек по имени Галилео Галилей не сформулировал закон инерции. Затем другой человек по имени Исаак Ньютон смог обобщить результаты своих предшественников, в числе которых был и Галилей, в своем фундаментальном труде «Математические начала натуральной философии».
Отдавая дань уважения Ньютону, мы иногда называем закон инерции – первым законом Ньютона.
Давайте взглянем на историческую формулировку этого закона:
Первый закон Ньютона
Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.
Мы разберемся с этим законом, разбив его на две части: 1) всякое тело будет удерживаться в состоянии покоя, пока какие-либо внешние воздействия не заставят его начать движение; 2) всякое тело будет удерживаться в состоянии равномерного и прямолинейного движения, пока какие-либо силы не заставят его изменить это состояние.
Итак, представьте, что на льду лежит какое-то тело, скажем хоккейная шайба.
Я думаю, что с первой частью закона инерции все понятно: тело будет покоиться, пока кто-то не подействует на него с силой. Причем это должна быть неуравновешенная сила, потому что, если я буду действовать на шайбу с одной стороны, а вы будете воздействовать на нее с той же силой с другой стороны, шайба будет продолжать покоиться.
Теперь разберемся со второй частью первого закона Ньютона.
Если слегка ударить клюшкой по шайбе, она пройдет небольшое расстояние и остановится. Но она остановится, не потому что у нее есть естественная склонность останавливаться, а потому что есть неуравновешенные силы, препятствующие ее движению: сила трения и сила сопротивления воздуха.
Когда мы смотрим невооруженным глазом, нам кажется, что лед абсолютно гладкий. Но если мы рассмотрим срез льда под микроскопом, то мы увидим мельчайшие зазубрины и углубления. Чем сильнее мы будем приближать изображение, тем сильнее поверхности взаимодействующих тел будут казаться нам шероховатыми и неровными. Между шайбой и льдом есть трение, и это мешает шайбе двигаться.
Кроме того, когда шайба скользит по льду, она постоянно сталкивается с молекулами и атомами газов, из которых состоит воздух. Конечно, сопротивление воздуха будет очень маленьким, в задачах им обычно пренебрегают, но все-таки оно есть.
А теперь представьте, что на движущуюся шайбу перестали действовать какие-либо неуравновешенные силы.
Что бы тогда произошло? Она двигалась бы по прямой с постоянной скоростью. То же самое произошло бы, если бы мы все время действовали на шайбу так, чтобы сбалансировать трение и сопротивление воздуха.
Эти простые мысли прямо противоречат тому, что говорил Аристотель. У тел нет естественной склонности останавливаться. У них, наоборот, есть склонность сохранять свою скорость постоянной (покой – это фактически движение с нулевой скоростью). Вот эту способность тел сопротивляться изменению собственной скорости и называют инерцией.
Физика Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета
Материалы к уроку
Конспект урока
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.
Законы кинематики помогают нам рассчитать, где находиться изучаемое тело, с какой скоростью и по какой траектории оно движется.
Кинематика отвечает на вопросы: Что? Где? Когда? и Как?
Но кинематика не отвечает на 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.
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.
Это утверждение в физике называют первым законом Ньютона, в соответствии с которым состояние покоя или равномерного прямолинейного движения тел не требует для своего поддержания каких-либо внешних воздействий. В этом проявляется особое динамическое свойство физических тел, называемое их инертностью и характеризующее «отзывчивость» тел на воздействие других тел.
Первый закон Ньютона 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, также 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.
Остались вопросы по теме? Наши репетиторы готовы помочь!
Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам
Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки
Повысим успеваемость по школьным предметам
Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ
Выбрать репетитора
Британника
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- Этот день в истории
- Викторины
- Подкасты
- Словарь
- Биографии
- Резюме
- Обзор недели
- Инфографика
- Демистификация
- Списки
- #WTFact
- Товарищи
- Галереи изображений
- Прожектор
- Форум
- Один хороший факт
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- Britannica Classics
Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
- Demystified Videos
В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы. - #WTFact Видео
В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти. - На этот раз в истории
В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории. - Britannica объясняет
В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
- Студенческий портал
Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д. - Портал COVID-19
Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня. - 100 женщин
Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю. - Britannica Beyond
Мы создали новое место, где вопросы находятся в центре обучения. Вперед, продолжать. Спросить. Мы не будем возражать. - Спасение Земли
Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать! - SpaceNext50
Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы исследуем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!
Страница не найдена
Приносим свои извинения! Этот контент недоступен. Посетите домашнюю страницу Britannica или воспользуйтесь полем поиска ниже.
Все об Эйнштейне
10 изобретений, которые изменили ваш мир
Вот что я рассказываю учителям о том, как рассказывать учащимся о рабстве
Простые научные эксперименты: первый закон движения Ньютона
Время чтения: 3 минуты
Много лет назад сэр Исаак Ньютон дал несколько прекрасных описаний движения.
Его первый закон движения гласит: «Объект в состоянии покоя остается в покое, а объект в движении остается в движении, если на него не действует внешняя сила». Довольно много. Это означает, что что-то, что сидит там, будет продолжать сидеть там, пока его не переместят. И то, что движется, будет продолжать двигаться, пока что-то не остановит его.
Еще глоток. Только подумайте об этом: когда вы стоите на светофоре в своей машине и начинаете быстро двигаться, вы чувствуете, что откидываетесь на спинку стула. Верно и обратное, если вы внезапно останавливаетесь и продолжаете двигаться вперед, и только ваш ремень безопасности не дает вам рухнуть вперед.
Вот несколько экспериментов, демонстрирующих этот очень классный закон движения; одним словом «инерция».
Эксперимент с отскоком мяча
Материалы для эксперимента с отскоком мяча:
- Баскетбольный или футбольный мяч или аналогичный надувной мяч
- меньший надувной мяч (например, теннисный или ракеточный).
- Имейте под рукой набор других мячей для дальнейших экспериментов.
Процедура:
- Проведите этот эксперимент за пределами
- Сначала подбросьте баскетбольный и теннисный мячи рядом, чтобы сравнить их отскоки. Начните их с высоты груди
- Выскажите гипотезу (догадку) о том, что произойдет, если вы поставите маленький мячик поверх большого, а затем бросите его
- Попробуйте! Может потребоваться пара попыток, чтобы правильно их выстроить, но результаты просто потрясающие
Пояснение:
Энергия движения от большего шара передается меньшему. Большая часть вашего внимания сосредоточена на летящем ввысь меньшем мяче, но если вы посмотрите на баскетбольный мяч, то увидите, что он совсем не сильно отскакивает!
Экспериментируйте дальше:
Надеюсь, это заставит вас задуматься о других вещах. Например, что, если вы поменяете местами два мяча и бросите меньший на дно? Что, если бы вы использовали два мяча одинакового размера? Мяч для гольфа сверху? Думай о других вещах!
Эксперимент “Пенни на карточке”
Материалы для эксперимента “Пенни на карточке”:
- маленький пластиковый стаканчик,
- игральная карта
- монета.
Процедура :
- Положите игральную карту на пластиковый стаканчик
- Положите монету поверх карты
- Резким движением вытолкните карту из-под монеты! Или очень быстро потяните его на себя.
- Монета упадет в чашку.
Пояснение:
У монеты инерция, то есть она действительно хочет оставаться на одном месте. Если вы двигаете карту медленно, ее скорости недостаточно, чтобы преодолеть эту силу. Если вы быстро щелкнете по ней, монета останется на одном месте, а затем упадет в чашку. Объект в состоянии покоя останется в покое. Если вы смелы, наденьте карту на палец, а монету сверху… попробуйте выбросить карту, пока монета не останется на пальце. Это можно сделать!
Поэкспериментируйте дальше:
Используйте лист бумаги для принтера с несколькими более тяжелыми (небьющимися) предметами на нем. Посмотрите, сможете ли вы быстро вытащить бумагу из-под предметов.