Примеры 3 закона ньютона в жизни: Что такое третий закон Ньютона? (статья)

Первый, Второй и третий законы Ньютона

I закон Ньютона

Первый постулат состоит в следующем. Если на тело не действуют никакие внешние силы, то оно либо находится в покое, либо движется равномерно и прямолинейно. Это означает, что для начала движения или изменения скорости необходимо применение к объекту внешнего воздействия.

В современной физической теории это утверждение называют законом инерции. Под термином инерция понимают способность материальной точки двигаться с постоянной скоростью и в неизменном направлении, если нет действия сторонних сил. В то же время, это свойство сопротивления внешнему влиянию на скорость. Таким образом, для изменения скорости объекта требуется применения силы извне.

Инертность у каждого физического тела разная. Количественно она определяется массой. Отсюда система отсчета, в которой работает Первый закон Ньютона, сегодня называется инерциальной. В жизни это подтверждается тем, что воздушный шарик легко сдвинуть с места, а тяжелый большой камень гораздо сложнее. Чем меньше масса, тем меньшую силу необходимо применить для придания телу ускорения.

В качестве источника внешнего воздействия законом рассматривается стороннее тело. Любое действие со стороны является противовесом внутренних сил материальной точки. Т.е. покоящийся предмет может находиться под скомпенсированным воздействием сил. Тогда Первый постулат есть закон сохранения движущегося состояния.

Представим все действующие силы в виде одной результирующей ƩF.

Если ƩF = 0, то ускорение будет тоже равно 0. При нулевом ускорении тело либо стоит на месте, либо не двигается без ускорения, т.е. скорость неизменна.

Задачи на I закон

Закон инерции не имеет графического выражения, поэтому решение задач на данную тему сводится к логическим рассуждениям и нахождению компенсирующей (результирующей) силы.

Классическим примером является задача про лифт, движущийся в шахте на тросе.

II закон Ньютона

Этот постулат показывает связь силы, массы объекта и ускорения его движения. Ускорение находится в прямой пропорциональной зависимости от действующей силы и в обратной – с его массой.

Формулировка: Действующая на тело сила есть произведение его массы на ускорение.

Математически зависимость выглядит так:

где

      m – масса объекта, кг;

      a – вектор ускорения м/с².

Формула F = m∙a составляет основу раздела «динамика».

Направление вектора ускорения совпадает с направлением вектора силы.

В реальных условиях на тело одновременно действуют различные силы. Для решения задач прежде всего необходимо найти суммарную силу.

Движение лыжника с горы – характерный пример комплексного воздействия.

 

Как показано на рисунке, результирующая сила складывается из силы тяжести ->Ft , давления ->Fn и силы ->F , которая дает ускорение:

Отсюда видно, что в отсутствии ускорения ->F=0, что означает покой либо равномерное движение. Первый закон есть частный случай Второго.

Динамика оперирует также понятием импульса. Импульс является количественной мерой движения и находится как произведение вектора скорости на массу:

Тогда для инерциальной системы отсчета результирующая сила равна производной импульса тела по времени t:

Примеры задач

В большинстве задач понятия ускорения и сил представляются в виде проекций векторов a_x, F_x. В примерах по умолчанию будем подразумевать именно проекции.

Простейшие задачи на применение второго закона сводятся к подстановке значений величин в формулу.

1. Найдите ускорение тела массой 600 г под действием внешней силы, равной 0,3Н.

Решение.

Зная, что a_x = , подставим значения массы в килограммах и силы в ньютонах.

Получаем: a_x =  = 0,5 м/с².

2. Сила тяги двигателя машины составляет 1200 Н. Масса автомобиля 700 кг. За какое время автомобиль разгонится из состояния покоя до 72 км/ч?

Решение.

Для использования формулы Второго закона необходимо представить ускорение в виде отношения скорости ко времени. Машина была в покое, т.е. имела начальную скорость

v₀, равную 0 м/с; конечная скорость v₁72 км/ч или 20 м/с.

Тогда:

F = m∙a = m∙(v₁ – v₀)/t, откуда время разгона t = m∙( v₁ – v₀)/F.

Подставив числовые значения, получим: t = 700∙(20 – 0)/1200 ≈ 11,7 с.

Т.е. для разгона автомобиля массой 700 кг до 72 км/ч при тяге двигателя 1,2 кН необходимо 11,7 секунды.

Исаак Ньютон в труде «Математические начала натуральной философии» дал формулировки трех законов, положивших основу классической теории механики. Первый закон детерминирует понятие движения. Во втором постулате обозначена взаимосвязь силы, массы и ускорения. Третий закон Ньютона касается взаимодействия двух тел между собой.

Формулировка

Если тело №1 воздействует с некоторой силой на тело №2, то тело №2 воздействует на тело №1 с силой, равной по модулю и противоположной по направлению.

При взаимодействии материальных точек силы всегда имеют общее происхождение и должны компенсировать друг друга, но этого не происходит, поскольку объекты их приложения разные.

Математическая запись постулата такова:

Принимая во внимание Второй закон Ньютона, получим выражение:

Т.е. массы взаимодействующих объектов обратно пропорциональны их ускорениям.

В физике Третий закон Ньютона называют также законом действия и противодействия.

Современные ученые трактуют закон следующим образом. Две материальные точки взаимодействуют между собой с силами, которые равны по модулю, направлены противоположно и действуют по прямой, проходящей через эти точки.

Третий закон в реальных условиях

1. По дороге едет автомобиль. Дорожное покрытие подталкивает колёса вперед, сами колеса при этом толкают дорогу назад. Это приводит в движение всю машину.
2. При взлете вертолет толкает воздух вниз, тогда как воздушная масса толкает вертолет наверх, заставляя подниматься.
3. В бассейне пловец под водой ускоряется от борта, совершая ногами толчок назад, но движение пловца направлено вперед.

Пример задачи на Третий закон

Кабина лифта имеет ускорение a

= 3 м/с². На полу лежит груз, имеющий массу 15 кг. Найти силу, с которой груз действует на пол при движении лифта вверх.

Решение.

Милы, действующие на груз:

• реакция опоры ->N;
• сила тяжести ->Ft

По условию вектор ускорения направлен вертикально. Тогда:

m∙a = F_т∙+ N;

m∙a = m∙g + N;

N = m∙ (a +g) = 15∙(3+9,8) = 192 Н.

Согласно III закону, сила реакции опоры по модулю равна силе, действующей на пол со стороны груза, а значит, равна также 192 Н.

Тема урока. Третий закон Ньютона (19 слайдов)

Слайд 1

тема урока. Третий закон Ньютона

Знакомство с третьим законом Ньютона, Посмотреть на примерах проявление закона в природе,

Слайд 2

Актуализация знаний
Вопросы: Что вы можете сказать о характере движения первого тела? Как движется второе тело? Что является причиной возникновения ускорения Какая существующая связь между физическими величинами: силой, массой и ускорением? Как направлены вектор силы и ускорения?
Инерция – это… Причиной ускорения тела является … Масса тела – это… Первый закон Ньютона читается так: … Что такое сила? Чем характеризуется сила? Второй закон Ньютона читается так: … Второй закон Ньютона записывается в виде:… Между какими величинами устанавливает связь второй закон Ньютона? Каков физический смысл единицы силы?

Слайд 3

Решение качественных задач
1. Как объяснить, что бегущий человек, споткнувшись, падает в направлении своего движения, а поскользнувшись, падает в направлении, противоположном направлению своего движения? Решение: Объясняется на основании 1закона Ньютона. Бегущий человек споткнувшись, падает в направлении своего движения. Потому что при этом ноги человека замедляют движение, а туловище сохраняет по инерции прежнее состояние движения. В то время как у подскользнувшего ноги начинают скользить вперед быстрее, потому человек падает назад. 2.Парашютист падает с постоянной по модулю скоростью. Чему равен модуль силы сопротивления воздуха при этом движении? Решение: Движение парашютиста равномерное и прямолинейное, на основании 1 закона Ньютона, все силы, действующие на парашютиста, компенсируются т. к. парашютист движется под действием силы тяжести, то сила сопротивления воздуха по модулю равна силе тяжести парашютиста и противоположно направлена.

Слайд 4

Взаимодействие тел
Не бывает одностороннего действия тела, тела всегда взаимодействуют

Слайд 5

Третий закон Ньютона
Сравните силы по величине и направлению
Силы не могут быть одна больше другой.

Они равны по модулю и направлены в противоположные стороны.

Слайд 6

Третий закон Ньютона
Силы, с которыми тела взаимодействуют друг с другом, равны по модулю и направлены вдоль одной прямой в противоположные стороны
Особенности 3 закона Ньютона силы возникают при взаимодействии; появляются парами; одной природы; не уравновешиваются; приложены к разным телам.

Слайд 7

Силы возникают при взаимодействии появляются парами
между гирей и скамьёй
между человеком и землей при ходьбе
между Землей и Луной

между сгоревшими газами и ракетой

Слайд 8

Силы одной природы
Силы приложены к одному телу
Силы приложены к разным телам
не могут уравновешивать друг друга

Слайд 9

F1=m1a1 F2=m2a2 m1a1 = – m2a2

Слайд 10

Практическое значение закона.
Благодаря взаимодействию тел, человек может ходить по земле, так как сила, с которой человек отталкивает Землю, равна силе, с которой Земля толкает человека вперед. В открытом космическом пространстве космонавт для движения использует баллон со сжатым газом. Закон позволяет рассчитать при выстреле явление отдачи, которые используются в огнестрельном оружии для перезарядки ружья

Слайд 11

Примеры применения третьего закона Ньютона из жизни

Слайд 12

Слайд 13

Решение задач
Первый уровень Какой закон утверждает, что действие одного тела на другое носит взаимный характер? Брусок лежит на столе, изобразите силы действующие на брусок. Два мальчика тянут веревку в разные стороны, прилагая силы 100 Н каждый. Веревка может выдержать, не разрываясь, груз весом 150 Н. Разорвется ли веревка?

Слайд 14

Количественные задачи.
1.Шайба остановилась через 5 с после удара клюшкой на расстоянии 20 м от места удара. Масса шайбы 100 г. Определить силу трения между шайбой и льдом. [0,16 H]

Дано: t = 5 с s = 20м m = 100г.
]

Слайд 15

2. К телу, лежащему на гладкой горизонтальной поверхности, приложена некоторая сила, под действием которой тело, двигаясь из состояния покоя, на пути 1 м приобрело скорость 10 м/с. Какую силу приложили к телу, если его масса 1 кг? [50 H
Дано: s = 1 м υ = 10 м/с m = 1 кг.
F = ?

Слайд 16

Обобщающая таблица
.Первый закон Ньютона.Второй закон Ньютона.Третий закон Ньютона
Физическая система.Макроскопическое тело.Макроскопическое тело.Система двух тел
Модель.Материальная точка.Материальная точка.Система двух материальных точек

Описываемое явление.Состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.Движение с ускорением.Взаимодействие тел
Суть закона.Существование инерциальной СО.Взаимодействие определяет изменение скорости, т.е. ускорение.Силы действия и противодействия равны по модулю и противоположны по направлению.

Слайд 17

Формулировка.Существуют такие системы отсчета, относительно которых тела сохраняют свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела или действие других тел компенсировано.Ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей сил, приложенных к телу, и обратно пропорционально его массе.

Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению
Математическая запись.Σ F=0.a=F/m.F=-F
Примеры проявления.Движение космического корабля вдали от поверхности Земли..Движение планет, падение тел; разгон и торможение автомобиля.Взаимодействие тел: Солнца и планет; автомобиля по поверхности земли
Границы применимости.ИСО. Макро – и мегамир. Движение со скоростями, много меньшими  скорости света.

Слайд 18

Домашнее задание
§ 10, 11, 12 прочитать, ответить на вопросы, Упр. 12 (1, 2),   сборник Лукашика №318,319,321

Слайд 19

Литература
Мокрова И.И. «Поурочные планы» Пёрышкин А.В., Гутник Е.М. Физика. 9 класс. Тарг С.М. Ньютона законы механики// Физическая энциклопедия. Кудрявцев П. С. Курс истории физики. — М.: Просвещение, 1974.

Три закона движения Ньютона в спорте | Криш и Мэтью

Сэр Исаак Ньютон разработал три важных принципа, связанных с динамикой. Мы видим применение трех законов движения Ньютона в нашей повседневной жизни и деятельности. Будь то ходьба в школу или сидение на стуле, эти законы действуют везде. Спорт лучше понять, если мы твердо знаем эти три закона, и чем лучше мы их понимаем, тем больше становится понятно, почему определенные действия и движения ведут себя определенным образом.

Первый закон движения Ньютона: тело останется в покое или продолжит двигаться с постоянной скоростью, если на него не действует сила (закон инерции).

Закон инерции легко заметен и применим в самых разных ситуациях, в том числе и в спорте. Инерция удерживает объект в движении по прямой линии с постоянной скоростью или неподвижный объект в состоянии покоя. Эта концепция применима к большинству видов спорта и имеет решающее значение для понимания спортивных движений и техники.

Примеры из спорта

Метание мяча

Когда мяч брошен и находится в воздухе, на него действует только сила тяжести. Если бы силы тяжести не существовало, мяч продолжал бы двигаться с постоянной скоростью до тех пор, пока на него не повлиял какой-либо объект или пока его не коснулся другой человек. Если этот мяч бросить вверх, он улетит в космос!

Человек, бросающий мяч прямо вперед

Движение шайбы в хоккее

Хоккейная шайба будет скользить по льду почти без трения во время движения. Несмотря на то, что существует некоторая сила трения, она минимальна, поэтому шайба останавливается только тогда, когда она сталкивается с другим объектом, включая игрока и его клюшку, сетку или борта. Как только шайба попадает в один из этих объектов, к ней прикладывается другая сила, изменяющая ее направление и скорость.

Хоккейная шайба, скользящая по льду

Второй закон движения Ньютона: если внешняя результирующая сила, действующая на объект, отлична от нуля, объект ускоряется в направлении результирующей силы. Ускорение прямо пропорционально чистой силе, обратно пропорционально чистой силе и обратно пропорционально массе объекта.

Что именно это означает? В основном никакого ускорения не будет, если результирующая сила, действующая на объект, равна нулю. В форме уравнения

Часто на объект действует несколько сил, поэтому при определении массы и ускорения рассматриваемого объекта необходимо учитывать все силы. Диаграммы свободного тела позволяют нам определить, какие силы действуют на объект в любой момент времени, и дают наглядное представление о том, как эти силы влияют на движение объекта. Этот закон помогает нам математически определить ускорение объектов, например ускорение хоккейной шайбы после передачи или броска. Кроме того, это помогает нам определять другие величины в кинематике, такие как скорость, перемещение и время.

Примеры из спорта

Теннис

В теннисе ускорение ракетки игрока позволяет приложить максимальное усилие к мячу, который, в свою очередь, будет двигаться со скоростью до 160 миль в час!

Теннисная ракетка в контакте с мячом

Бросание мяча

Второй закон Ньютона применим к броскам футбольного, бейсбольного и баскетбольного мячей. Если к каждому мячу приложить одинаковую силу, бейсбольный мяч будет иметь гораздо большее ускорение, чем футбольный, при прочих равных условиях. Это связано с тем, что масса футбольного мяча более чем в три раза больше (397–425 г), чем бейсбольный мяч (142–149 г). Однако, если бы баскетбольный мяч был брошен с такой же силой, мяч пролетел бы дальше, чем баскетбольный мяч, поскольку баскетбольный мяч весит больше (624 г), чем футбольный мяч. Хотя размер и форма мяча также имеют значение, к баскетбольному и футбольному мячу нужно приложить больше силы, чтобы они имели такое же ускорение, как бейсбольный мяч, и перемещались на такое же расстояние, что и бейсбольный мяч.

Питчер собирается выпустить мяч

Третий закон движения Ньютона: Каждое действие имеет равное и противоположное противодействие.

Третий закон движения Ньютона также известен как закон действия-противодействия. применяется во всевозможных сценариях в спорте, и некоторые виды спорта будут полагаться на эту концепцию больше, чем другие.

Примеры из спорта

Гольф

Этот закон является основой гольфа, поскольку игрок в гольф взмахивает клюшкой, чтобы ударить по неподвижному мячу и отправить его в полет. Во время удара клюшка прикладывает силу к мячу. В то же время мяч отталкивается с равной и противоположной силой. Однако это не очень заметно из-за разницы в массе мяча и клюшки. Хотя клюшка немного замедлится из-за того, что мяч прикладывает силу обратно к клюшке, это минимальное снижение скорости.

Гольфист сразу после удара по мячу

Телесный контакт в спорте

В футболе или хоккее много прямых ударов. Когда более крупный игрок ударяет более мелкого игрока, более крупный игрок чувствует, что к нему прикладывается та же сила, что и к более мелкому игроку, и эта сила замедляет более крупного игрока (вместо того, чтобы проскальзывать сквозь него). Хотя эти примеры различаются с точки зрения спорта и действия, они все же подпадают под действие третьего закона Ньютона.

Один игрок подстрекает ударить другого игрока

Что такое законы движения Ньютона?

Физика не существовала бы в ее нынешнем виде, если бы не открытия Исаака Ньютона. Он не только открыл силу гравитации и описал ее математически, но и разработал законы движения, законы, управляющие движением каждого объекта от яблока до планеты. Ньютон впервые опубликовал законы движения в 1687 году, и они легли в основу классической физики. Всего существует три закона движения: первый закон, второй закон и третий закон.

Первый закон

Наглядная иллюстрация первого закона Ньютона

Первый закон Ньютона гласит, что объект останется в покое или в постоянном движении, если на него не действует сила. Это довольно простое наблюдение, и оно интуитивно понятно. Например, футбольный мяч на поле останется неподвижным, если что-то не придет и не сдвинет его. Как только футбольный мяч начнет двигаться, он будет двигаться с постоянной скоростью, если что-то не остановит его движение. В случае с футбольным мячом начальной силой, которая заставляет его двигаться, может быть кто-то, кто ударит его ногой, а силой, которая заставляет его остановиться, будет трение как о землю, так и о воздух. Первый закон также отличает постоянное движение от ускорения/замедления. Объект может ускоряться только в том случае, если на него постоянно действует сила, в противном случае он либо остановится, либо продолжит движение с постоянной скоростью.

Второй закон

Наглядная иллюстрация второго закона Ньютона

Второй закон известен уравнением: F=MA. Это уравнение является одним из самых важных уравнений в истории физики. По сути, уравнение означает, что сила, действующая на объект, равна его массе, умноженной на его ускорение. Кроме того, уравнение можно изменить так, чтобы оно также означало, что ускорение объекта равно силе, действующей на объект, деленной на его массу.

Третий закон

Наглядная иллюстрация третьего закона Ньютона

Третий закон Ньютона известен утверждением, что каждое действие имеет равное и противоположное противодействие. Таким образом, третий закон Ньютона определяет силу как взаимодействие между объектами. Например, если вы надавите на стену, вы приложите силу к этой поверхности.