Первый закон ньютона сформулировать: Что такое первый закон Ньютона? (статья)

Содержание

формула и определение / Блог / Справочник :: Бингоскул

Кратко о 1 законе Ньютона: формула, определение и формулировка

Помни!!!

  • В основе динамики материальной точки лежат три закона Ньютона.
  • Первый закон Ньютона – закон инерции
  • Под телом подразумевают материальную точку, движение которой рассматривают в инерциальной системе отсчета.

1. Формулировка

«Существуют такие инерциальные системы отсчёта, относительно которых тело, если на него не действуют другие силы (либо действие других сил компенсируется), находится в покое либо движется равномерно и прямолинейно».

2. Определение

Первый закон Ньютона — всякая материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит её изменить это состояние.

Первый закон Ньютона — закон инерции (Галилей вывел закон инерции)

Закон инерции: Если на тело нет внешних воздействий, то данное тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения относительно Земли.

Инерциальная система отсчёта (ИСО) – система, которая либо покоится, либо движется равномерно и прямолинейно относительно какой-то другой инерциальной системы. Т.е. система отсчета, в которой выполняется 1-й закон Ньютона.

  • Масса тела – количественная мера его инертности. В СИ она измеряется в килограммах.
  • Сила – количественная мера взаимодействия тел. Сила – векторная величина и измеряется в ньютонах (Н). Сила, которая производит на тело такое же действие, как несколько одновременно действующих сил, называется равнодействующей этих сил.

3. Формула

Формулы нет. Формула первого закона Ньютона не существует.

Первый закон Ньютона содержится 2 важных утверждения:
  1. все тела обладают свойством инерции;
  2. инерциальные системы отсчета существуют.

Это интересно:

(PDF) О первом законе Ньютона

65

О первом законе Ньютона

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

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

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

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

существующем разнообразии учебников это особенно наглядно проявляется. В учебнике

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

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

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

слова, соответствующие ньютоновской формулировке, выделены жирным шрифтом.

При последующей переработке этого учебника [10] вернулись к классическому

варианту. В некоторых учебниках избран компромиссный путь и приводятся обе

формулировки закона [11].

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

классической формулировке [1215].

1й закон Ньютона и относительность движения

В настоящее время в учебной литературе при изложении первого закона обычно

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

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

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

Странно, что критики Ньютона, апеллирующие к относительности движения,

сами забывают про нее и рассматривают содержание закона в отрыве от

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

самим Ньютоном.

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

«Причины происхождения, которыми различаются истинные и кажущиеся

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

произвести эти движения. Истинное абсолютное движение не может ни

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

непосредственно к самому движущемуся телу, тогда как относительное

движение тела может быть и произведено и изменено без приложения сил

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

отношению к которым это движение определяется.

»

Нельзя рассматривать закон в отрыве от основного свойства движения,

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

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

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

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.

Главы | Законы Ньютона

Совместно с издательством «Питер» мы публикуем отрывок из книги астрофизиков Нила Деграсса Тайсона, Майкла Стросса и Ричарда Готта «Большое космическое путешествие», посвященной жизни и смерти звезд, теории относительности Эйнштейна и поискам жизни в Галактике. Перевод с английского выполнен Олегом Сивченко.

Коперник совершил революционное открытие, объяснив движения планет в контексте гелиоцентрической Вселенной и поместив Солнце в центре Солнечной системы. Различные планеты, и Земля в том числе, движутся по околосолнечным орбитам. Мы сидим на движущейся платформе. Чтобы определить, как быстро движется Земля, мы должны определить, какое расстояние она проходит за конкретный интервал времени. В таком случае скорость будет равна расстоянию, деленному на время. Как было рассказано в главе 2, Кеплер показал, что орбита Земли имеет форму эллипса.

На самом деле орбиты большинства планет в нашей Солнечной системе близки к круговым, так что пока приблизительно условимся, что Земля движется по кругу и один такой круг проходит за год. Радиус этого круга, то есть расстояние от Солнца до Земли, постоянно используется в астрономии. Как было сказано в предыдущей главе, оно официально называется «астрономическая единица», сокращенно а. е. Одна а. е. равна примерно 150 миллионам километров, или 1,5 × 108 км.

Итак, за год Земля описывает окружность с радиусом 150 миллионов километров. Длина окружности равна 2π радиуса. Все знают, что число π примерно равно 3. Примерно такими грубыми приближениями оперируют астрономы. Длину окружности нужно разделить на время, то есть на 1 год. Пересчитаем год в секундах, впоследствии нам это пригодится. Количество секунд в году равно: 60 секунд в минуте умножить на 60 минут в часе, умножить на 24 часа в сутках, умножить на 365 дней в году. Можно посчитать на калькуляторе, но, как вы помните из главы 1, Нил отметил свою миллиардную секунду бутылкой шампанского, а было ему тогда около 31 года. Соответственно в году примерно 1/30 миллиарда, то есть около 30 миллионов секунд. Возьмем приблизительно 3,0 × 107 секунд в году. Резюмируя, можно сказать, что Земля вращается вокруг Солнца со скоростью 2πr/(1 год) = 2 × 3 × (1,5 × 108 км)/(3 × 107 с) = 30 км/с.

Вот с такой скоростью мы движемся вокруг Солнца прямо сейчас. Просто несемся! Но нам кажется, что мы спокойно сидим на месте,— возможно, именно поэтому древним казалось естественным ставить себя в центр Вселенной. Это представлялось столь очевидным. Но на самом деле можно заметить активное движение. За сутки Земля совершает полный оборот вокруг своей оси. За год она обходит полный путь вокруг Солнца со скоростью 30 км/с. Во второй части книги мы расскажем, что Солнце также движется (увлекая за собой Землю и другие планеты).

Коперник говорил, что планеты вращаются вокруг Солнца. Кеплер воспользовался расчетами Тихо Браге, определив с их помощью орбиты разных планет и изучив их свойства. Как упоминалось в главе 2, он вывел из этого три закона. Исаак Ньютон, один из героев нашей истории, смог вывести из третьего закона Кеплера такое следствие: притяжение — это радиальная сила между двумя объектами, обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. Пожалуй, Ньютон был величайшим физиком, возможно, самым великим из когда-либо живших ученых. Он совершил множество фундаментальных открытий. Ньютон хотел понять, как движется все на свете: не только планеты вокруг Солнца, но и мяч, подброшенный в воздух, или камень, катящийся по склону. В науке требуется сделать множество измерений, а потом попытаться вывести из них небольшое количество законов, которые обобщают и объясняют эти наблюдения. Ньютон сформулировал три закона движения.

Первый закон Ньютона — это закон инерции. Что такое инерция? Есть такое выражение «плыть по течению»; оно означает, что вам совершенно не хочется противиться инерции. Лежишь себе на диване и не рыпаешься. Вас кто-то должен подтолкнуть, чтобы вы встали с дивана. Объект в состоянии покоя (например, лежебока) так и останется в покое, пока на него не подействует внешняя сила. Обсудим, что такое сила. Закон Ньютона об инерции состоит из двух частей. Первая часть: «всякое тело сохраняет состояние покоя до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние». Это логично. Допустим, лежит на столе яблоко. На него не действует никакая сила, поэтому оно остается в покое. Вторая часть ньютоновского закона об инерции формулируется не столь очевидно: «объект, равномерно движущийся с определенной скоростью, продолжит двигаться с той же скоростью, пока на него не подействует внешняя сила».

«Равномерно» означает с одной и той же скоростью, в одном и том же направлении. Если запустить мячик по полу, то он не будет двигаться в этом направлении вечно и с постоянной скоростью, а замедлится и остановится. Ведь на него действует третья сила — трение между мячиком и полом.

В обыденной жизни трение встречается повсеместно. Допустим, вы пустили по воздуху лист бумаги; он замедлится, а затем спланирует на пол. В полете на него действуют две силы: 1) сила гравитации, о которой мы вскоре подробно поговорим, и 2) сила сопротивления воздуха. Площадь листа бумаги велика, поэтому и сопротивление воздуха получается значительным. Идея о том, что движущееся тело так и будет двигаться с постоянной скоростью, если на него не действуют внешние силы, не очевидна, так как мы повсюду сталкиваемся с трением. Сложно вообразить обыденную ситуацию, в которой отсутствует всякое трение и, соответственно, нет воздействия внешних сил. Фигуристка почти не испытывает трения между коньками и льдом, поэтому она может сравнительно легко прокатываться по льду на большие расстояния. Когда трение стремится к нулю, объект достаточно подтолкнуть — и он станет двигаться с постоянной скоростью. Галилей это понял.

Открытый космос предлагает самые яркие примеры отсутствия какого-либо трения. В космосе действительно можно запустить объект и не сомневаться, что он так и полетит равномерно с этой скоростью, поскольку ничто не встретится ему на пути. Ньютон сформулировал все эти принципы в виде базового закона. Второй закон движения Ньютона описывает, что происходит с объектом, на который воздействует сила. На объект могут действовать разнообразные силы, но, независимо от конкретных сил, именно их сумма дает отклонение от равномерной скорости. Чтобы количественно выразить такое отклонение, используется термин «ускорение»: ускорение — это изменение скорости за единицу времени.

Следовательно, второй закон соотносит ускорение объекта с силой, действующей на него. Если подтолкнуть объект с некоторой силой, то объект ускорится. Если объект обладает небольшой массой, то ускорение будет велико; с другой стороны, приложив ту же силу к более массивному объекту, мы сообщим ему меньшее ускорение. Данное отношение описывается самым знаменитым уравнением Ньютона F= m*a: сила равна произведению массы на ускорение. Третий закон Ньютона можно «запросто» сформулировать так: «Ты толкаешь меня — я толкаю тебя».

Таким образом, если одно тело с силой воздействует на другое, то второе тело воздействует на первое с равной, но противоположно направленной силой. Если хлопнуть рукой по столешнице, то ощущается отдача: сопротивление стола. Сила действия равна силе противодействия. Допустим, у вас на ладони лежит яблоко. Определенно оно находится в покое. Действуют ли на него какие-либо силы? Да, земная гравитация. Яблоко должно с ускорением лететь вниз, но этого не происходит. Дело в том, что вы удерживаете его рукой, словно подталкиваете вверх (на это затрачивается ваша мышечная сила).

По третьему закону Ньютона, яблоко давит на ладонь — так ощущается вес яблока. Сила притяжения Земли действует на яблоко вниз, а сила вашей руки толкает яблоко вверх. Две эти силы компенсируют друг друга, их сумма равна нулю. Нулевая сила означает нулевое ускорение по второму закону Ньютона. Поэтому яблоко остается в покое и никуда не катится. На самом деле все еще интереснее. Выше мы вычислили, что Земля облетает Солнце по кругу со скоростью 30 км/с, а значит, и яблоко движется с той же скоростью.

Чтобы разобраться с этим, давайте сделаем отступление и поговорим о природе кругового движения. При движении Земли по кругу со скоростью 30 км/с ее скорость является постоянной, но не является равномерной, так как направление движения Земли постоянно изменяется. Если бы направление не менялось, то Земля бы просто улетела по прямой, а не вращалась по кругу. Ускорение, возникающее при движении по кругу, встречается и в повседневной жизни. В развлекательных парках есть разнообразные аттракционы-горки, и на них такое ускорение пробирает вас насквозь.

Чтобы определить ускорение, испытываемое объектом, который движется с постоянной скоростью v по кругу радиусом r, Ньютон воспользовался собственноручно изобретенным дифференциальным исчислением. Такое ускорение равно v2/r, оно направлено к центру круга. Яблоко у вас на ладони, которое кажется неподвижным, на самом деле летит со скоростью 30 км/с по этому колоссальному кругу, причем с ускорением. По второму закону Ньютона на яблоко должна действовать какая-то сила, и эта сила — гравитационное притяжение Солнца. Солнце тащит Землю по орбите со скоростью 30 км/c, а вместе с ней тащит и яблоко. Яблоко испытывает силу солнечной гравитации, точно как вы и я. 46 Глава 3 Мы летим вокруг Солнца со скоростью 30 км/c. Учитывая, как велика эта скорость, кажется, что результирующее ускорение также должно быть огромным, но ускорение на самом деле невелико, поскольку радиус круга огромен. Давайте посчитаем.

Продолжение по ссылке: https://postnauka.ru/longreads/84846

Первый закон Ньютона

Проделаем опыт. Тележку на колесиках скатим с наклонной плоскости на пол, где насыпана горка песка. Доехав до нее, тележка увязнет в песке и остановится. Разровняем песок и вновь позволим тележке съехать с горки. Теперь скорость тележки будет уменьшаться гораздо медленнее. Если же убрать песок, то уменьшение скорости тележки и вовсе будет едва заметно.

На основе этих наблюдений можно сформулировать следующее обобщение: всякое тело, свободное от воздействия других тел, сохраняет свою скорость неизменной. Это утверждение называется первым законом Ньютона и означает следующее. Если тело движется с некоторой скоростью, то оно и будет продолжать двигаться с той же скоростью до тех пор, пока действие другого тела не заставит его изменить либо быстроту, либо направление движения. Если же тело покоится (то есть скорость равна нулю), то оно и будет продолжать покоиться (то есть скорость останется прежней) до тех пор, пока действие другого тела не заставит его прийти в движение.

Однако тележка, едущая по полу, все же не является «телом, свободным от воздействия других тел», о котором говорится в законе. На тележку действуют Земля (сила тяжести) и пол (сила упругости). Чтобы завершить наш эксперимент, нам нужно «убрать» и эти силы. Для этого поместим тележку в космический корабль и перелетим на поверхность Марса. Там сила тяжести заметно меньше, чем на Земле. Вес тележки, а, значит, и сила ее давления на колеса уменьшится, следовательно, уменьшится сила трения в осях колес. Теперь скорость тележки, съехавшей с горки, будет уменьшаться еще медленнее. Перелетим с Марса на Луну. Сила тяжести, вес тележки и сила трения в осях ее колес станут еще меньше. И если их удалить вообще, то тележка, как и любое другое свободное тело будет вечно сохранять свою скорость постоянной.

Движение свободного тела называют движением по инерции, а сохранение им скорости называют явлением инерции.

Вспомним, однако, что скорость тела – это не свойство самого тела. Скорость может быть разной с точки зрения разных наблюдателей. Другими словами, можно найти такую систему отсчета, в которой свободное тело не будет сохранять свою скорость. Например, если в тот момент, когда тележка едет по полу космического корабля, включить его двигатели и начать взлетать, то тележка с невероятной скоростью покатится к хвостовой его части. Таким образом, во взлетающем корабле первый закон Ньютона не выполняется. Забегая вперед, скажем, что в этом случае не выполняются и второй, и третий законы Ньютона. Именно для того и нужен первый его закон, чтобы определить, можно ли в данной системе отсчета пользоваться остальными законами Ньютона.

Системы отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона, называют инерциальными системами отсчета.

Для изучения движения людей, автомобилей, самолетов систему отсчета «наблюдатель на Земле» вполне можно считать инерциальной системой. Расчеты, сделанные в ней на основе второго закона Ньютона, довольно точно описывают движения этих тел.

Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчёта. Сила. Второй закон Ньютона. Масса. Третий закон Ньютона. | Поурочные планы по физике 9 класс

Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчёта. Сила. Второй закон Ньютона. Масса. Третий закон Ньютона.