Закон ньютона 1 примеры: привести !!5!! примеров на первый закон Ньютона

Содержание

Законы Ньютона и примеры проявления — Студопедия

Первый закон Ньютона постулирует наличие такого явления, как инерция тел. Поэтому он также известен как Закон инерции. Инерция — это явление сохранения телом скорости движения (и по величине, и по направлению), когда на тело не действуют никакие силы. Чтобы изменить скорость движения, на тело необходимо подействовать с некоторой силой. Естественно, результат действия одинаковых по величине сил на различные тела будет различным. Таким образом, говорят, что тела обладают инертностью. Инертность — это свойство тел сопротивляться изменению их текущего состояния. Величина инертности характеризуется массой тела.

Пример. В качестве примера выполнения 1 закона Ньютона можно рассмотреть движение парашютиста (см. рис. 2). Он равномерно приближается к земле, когда действие силы тяжести компенсируется силой натяжения строп парашюта, которая в свою очередь обусловлена сопротивлением воздуха.

Второй закон Ньютона

— дифференциальный закон движения, описывающий взаимосвязь между приложенной к материальной точке силой и получающимся от этого ускорением этой точки. Фактически, второй закон Ньютона вводит массу как меру проявления инертности материальной точки в выбранной инерциальной системе отсчёта (ИСО).


Пример. На рис. 3 показано, как движется мяч после столкновения с битой. Чем больше сила удара, тем с большим ускорением начнет двигаться мяч и, следовательно, тем большую скорость он приобретет за время удара.

 

 

Третий закон Ньютона Этот закон объясняет, что происходит с двумя взаимодействующими телами. Возьмём для примера замкнутую систему, состоящую из двух тел. Первое тело может действовать на второе с некоторой силой , а второе — на первое с силой . Как соотносятся силы? Третий закон Ньютона утверждает: сила действия равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия. Подчеркнём, что эти силы приложены к разным телам, а потому вовсе не компенсируются.

Пример. На рис. 5 показано взаимодействие космонавта и спутника (космонавт пытается придвинуть спутник к себе). Они действуют друг на друга с равными по величине, но противоположными по направлению силами. Отметим, что ускорения, с которыми космонавт и спутник будут перемещаться в космическом пространстве будут разными из-за разницы в массах этих объектов.

 

 

Законы Ньютона позволяют объяснить закономерности движения планет, их естественных и искусственных спутников. Иначе, позволяют предсказывать траектории движения планет, рассчитывать траектории космических кораблей и их координаты в любые заданные моменты времени. В земных условиях они позволяют объяснить течение воды, движение многочисленных и разнообразных транспортных средств (движение автомобилей, кораблей, самолетов, ракет). Для всех этих движений, тел и сил справедливы законы Ньютона.

14 примеров третьего закона Ньютона

Взаимодействие предметов

Здания, мосты, мебель в комнатах, плоды на ветках, деревья, провода на столбах, корабли в море, тучи на небе, самолеты и воздушные шары за облаками — словом, все, что лежит, стоит, висит, плавает, летает,—не проваливается под землю, не тонет, не падает, не скатывается вниз только потому, что находится во

взаимодействии с каким-либо другим предметом. Эти предметы, все равно будь то земля, подставка, подвеска, вода или воздух, являются опорой, и сила тяжести, влекущая все предметы по направлению к центру Земли, встречает со стороны опоры ответное действие. Это ответное действие мешает силе тяжести приводить предметы в движение, противодействует ей — ее уравновешивает, как одна чашка весов, мешая другой чашке опуститься, уравновешивает ее, что лежит в основе третьего закона Ньютона. Точно в таком же положении находится корабль, стоящий на якоре и остающийся на месте даже в том случае, когда ветер и течение стремятся его увлечь. Возникающие при этом силы называются
силами реакции
. Они уравновешивают действующую на тело силу и помогают ему оставаться в покое. Приведем 14 примеров возникновения таких сил, как подтверждение третьего закона Ньютона, это происходит при:

  • строительстве моста,
  • строительстве фундамента зданий,
  • прыжке парашютиста, катании на санках,
  • взаимодействии железного бруска с магнитом,
  • притяжении планет,
  • прыжке из лодки,
  • полете геликоптера,
  • движении в воде,
  • движении в воздухе,
  • движении по дороге,
  • движении тележки по рельсам,
  • вращении белки в колесе,
  • подъеме электромонтера по столбу,
  • взаимодействии с Землей.

Строительство моста

При строительстве моста необходимо предварительно рассчитать, в какой мере мостовые опоры способны оказать противодействие той нагрузке, которая на них будет оказывать давление: смогут ли они ее выдержать, достаточен ли у опор запас противодействия, или, как говорят строители, запас прочности. Расчеты ведутся, используя третий закон Ньютона.  И строители сооружают опоры моста такими, чтобы они могли оказать противодействие любой нагрузке, какая может проявиться на мосту. Они считают, что опоры давят на мост снизу. Действие всегда равно противодействию — они равносильны, равноправны, и потому инженера-строители ведут расчет так, как им удобнее.

Фундамент зданий

Точно так же поступают инженеры, проектирующие фундаменты зданий. Они знают, что обыкновенный грунт способен оказывать противодействие тяжести здания с силой примерно в два—три килограмма на каждый квадратный сантиметр фундамента. При этом условии действие, то есть тяжесть всего здания, и противодействие, сопротивление грунта, сжимают фундамент сверху и снизу. На фундамент действуют две одинаковые, но направленные в противоположные стороны силы, о чем говорит третий закон Ньютона. Такие силы уравновешиваются и не могут сдвинуть фундамент с места, но сдавливают его, и, если запаса прочности этого фундамента не хватит, он разрушится, а здание обвалится.

Парашютист и санки

Парашютист выбросился из самолета и падает вниз в затяжном прыжке. Действие в данном случае очевидно — парашютист падает. Но где же ответное действие, о котором говорит Ньютон?  Его совершенно незаметно. И таких примеров можно найти великое множество. Дети, забравшись на снежную горку, скатываются с нее на санках, лыжник прыгает с трамплина. Лавина, сорвавшаяся с горы, дождевые капли, падающие из тучи, — во всех случаях падения ответное действие невидимо, неощутимо. Но это еще не значит, что его не существует. Парашютист падает, потому что его притягивает Земля

. Но притяжение взаимно: Земля притягивает к себе парашютиста, а парашютист притягивает к себе Землю. Парашютист падает на Землю, а Земля «падает» на парашютиста. Но масса парашютиста по сравнению с массой Земли ничтожна, и потому его движение быстро, а масса Земли огромна, и ее ответное и встречное движение совершенно неуловимо. Все это целиком и полностью относится и к санкам, скатывающимся с горки. Движение санок — тоже падение, но только происходящее по наклонному пути.

Взаимодействие железного бруска с магнитом

Эту мысль поясняет опыт Ньютона с железным брусочком и магнитом, плававшими в лодочках. Тогда Ньютон убедился, что не магнит притягивает к себе железо и не железо притягивается к магниту, а оба тела взаимодействуют — притягиваются друг к другу. В

опытах Ньютона магнит и железо были одинаковы по весу. Но представьте себе, что для этого опыта взяли очень большой и тяжелый магнит и крошечный железный брусочек. В таком случае магнит только чуть-чуть подвинулся бы к железу, а железный брусочек поплыл бы к магниту гораздо быстрее. То же самое случилось бы и в том случае, если бы кусок железа был большим, а магнит маленьким: движение легкого предмета было бы заметным и наглядным, а ответное движение тяжелого предмета — неощутимым.

Кратко и понятно о первом, втором и третьем законах Ньютона: формулировки, примеры и формулы

Три закона Ньютона — это основа классической механики. В 1867 году Ньютон опубликовал работу под названием «Математические начала натуральной философии». Там были все знания, накопленные до него другими учёными, а также новые, открытые самим Ньютоном. Его считают одним из самых первых основоположником современной физики. Благодаря систематизированным знаниям, которые были описаны в вышеуказанном труде, он открыл множество законов механики, Закон всемирного тяготения и многое другое.

Кратко о законах Ньютона

Первый закон Ньютона
  1. Формулировка. В наше время встречаются несколько формулировок, вот одна из самых современных:
    «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»
    . Этот закон иногда называют Законом инерции.
  2. Трактовка. Если описать это утверждение простыми словами, то можно увидеть, что всё достаточно просто: если какое-то тело находится в покое относительно чего-либо, то оно и будет оставаться в покое до тех пор, пока на него не подействует какой-либо предмет. То же самое, если тело движется равномерно прямолинейно, то оно будет продолжать так двигаться, пока на него не подействует какая-либо сила. До Ньютона его открыл Галилео Галилей, но он не совсем точно его описал. Теперь осталось только разобраться, что такое инерциальные системы отсчёта. Проще говоря, это такая система, для которой выполняется Первый закон Ньютона.
  3. Пример действия. Представьте себе парашютиста, который движется прямолинейно равномерно к Земле. Это будет продолжаться до тех пор, пока притяжение к поверхности Земли будет компенсироваться сопротивлением воздуха. Если же сопротивление станет меньше либо больше, то тогда на тело начнёт действовать сила притяжения, и оно станет двигаться прямолинейно равноускоренно.
  4. История открытия. Существует легенда об открытии этого утверждения. Когда-то Ньютон сидел под деревом, и рядом с ним упало яблоко. Это подтолкнуло его на размышления о том, почему яблоко упало перпендикулярно земле, каковы были причины данного явления. По крайней мере, так описывал этот эпизод знаменитый биограф Уильям Стьюкли.
  5. Формулы у него нет.

Это интересно: система отсчета в физике – определение и ее виды.

Второй закон Ньютона

Он описывает поведение тела при действии на него других объектов. Что с ним происходит, как он начинает двигаться и прочее.

  1. Формулировка. «В инерциальных системах отсчёта ускорение тела с постоянной массой прямо пропорционально равнодействующей всех сил и обратно пропорционально его массе».
  2. Формула. Математическое описание этого утверждения такое: а = F/m, где a — это ускорение, F — равнодействующая всех сил, приложенных к телу, m — масса тела.
  3. Трактовка. Из формулы мы видим, что ускорение тела зависит от силы, приложенной к этому телу, и массы. А также можно увидеть, что чем больше равнодействующая всех сил, то тем больше ускорение, и чем больше масса тела, тем ускорение меньше. Говоря простым языком, если равнодействующая всех сил не равна нулю и не меньше нуля, то выполняется данное утверждение. Можно сказать ещё проще, если на тело действует сила, то оно приобретает ускорение.
  4. Пример действия. Возьмём бейсбольную биту и мяч. Если ударить битой по мячу, и удар будет сильнее действия всех других сил, то мяч приобретёт ускорение равное отношению равнодействующей всех сил к массе.

Это интересно: формула всемирного тяготения – определение закона.

Третий закон Ньютона
  1. Формулировка. «Тела взаимодействуют друг на друга с силами одинаковой природы, направленными вдоль прямой, которая соединяет центры масс этих тел, а силы равны по модулю и разнонаправленны».
  2. Трактовка. Это значит, что на каждое действие есть своё противодействие.
  3. Пример действия. Более понятно это можно рассмотреть на таком примере: представьте пушку, из которой стреляют ядром. Ядро будет действовать на пушку с той же силой, с какой пушка вытолкала ядро. Поэтому при выстреле пушка откатится чуть-чуть назад, это происходит из-за того, что размеры пушки и ядра разные. Примерно то же самое происходит и при падении яблока на землю. Земля действует на яблоко с некой силой и яблоко тоже действует на Землю. Только из-за того, что масса Земли в миллионы раз больше яблока этого действия не видно. Еще один пример действия Третьего закона для закрепления усвоенного. Возьмём довольно сложный пример: притяжение планет. Луна вертится вокруг Земли благодаря тому, что она притягивается к Земле, но по Третьему закону Ньютона Луна тоже притягивает Землю к себе. Однако, из-за того, что их массы разные, Луна не может притянуть Землю, но у неё получается вызвать отливы и приливы в морях и океанах.
  4. Формула. Математически это утверждение можно записать так: F1 = -F2, где F1 — это сила, с которой первое тело действует на второе, а F2 — сила, с которой второе тело действует на первое.

obrazovanie.guru

Билет №2 Законы Ньютона. Примеры проявления законов Ньютона в природе и их использование в технике

Билет №2

Законы Ньютона. Примеры проявления законов Ньютона в природе и их
использование в технике.

Рассмотрим пример. Подвесим шарик на шнур. Шарик покоится относительно с.о., связанной с Землей. Вокруг шарика находятся различные тела, понятно, что они не одинаково воздействуют на шарик. Если, например, передвинуть мебель в комнате, шарик останется в покое. Но если перерезать шнур, то шарик будет падать вниз, двигаясь с ускорением. Из опыта видно, что на шарик заметно действуют 2 тела: Земля и шнур. Но их совместное влияние обеспечивало состояние покоя шарику. Если бы удалили шнур, то шарик перестал бы покоиться и начал двигаться с ускорением к земле. Если бы можно было убрать землю, то шарик двигался бы равноускоренно в сторону шнура.

Это приводит к выводу, что действия на шарик двух тел – шнура и земли – компенсируют друг друга. Рассмотренный нами пример и много других примеров позволяют сделать вывод: тело находится в состоянии покоя и равномерно относительно земли, если действия на него сил скомпенсированы. Если тело покоится, его ускорение равно 0 и скорость постоянна или равна 0.

Мы знаем, что движение и покой относительны. Относительно с.о., связанной с Землей шарик покоится. Представим себе, что мимо него движется машина с постоянной скоростью, относительно с.о., связанной с машиной, шарик движется П.Р.Д., а не покоится.

Выходит, что при компенсации действий на тело других дел оно может, не только покоится, но и двигаться П.Р.Д.

Эти примеры и другие приводят нас к одному из основных законов механики – 1ому закону Ньютона:

Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела (или действия других тел уравнивают друг друга)

Само явление сохранения скорости тела постоянной называют инерцией. Поэтому и системы отсчета, относительно которых тела движутся с постоянной скоростью – называются инерциальными (при компенсации внешних воздействий), а первый закон Ньютона – законом инерции.

Надо, однако, иметь в виду, что есть такие с.о., которые инерциальными считать нельзя. Это с.о., которые движутся относительно инерциальной с.о с ускорением. Эти с.о. называют неинерциальными.

Если мы наблюдаем ускоренное движение тела, то всегда можно доказать его причину.

Причина ускорения движения тел – действие на них других тел. Но в действительности каждое тело влияет и подвергается влиянию. Происходит так называемое взаимодействие.

Опыты показывают, что при взаимодействии двух тел оба тела получают ускорения, направленные в противоположные стороны.

Для двух данных взаимодействующих тел отношение модулей их ускорений всегда одно и тоже.

Но если брать различные тела, то и это отношение будет равным. Следовательно, каждое тело обладает некоторым присущим ему свойством, которое и определяет отношение его ускорения к ускорению его «партнера».

Это свойство называется инертностью. Когда тело движется без ускорения, говорят, что оно движется по инерции. Поэтому о теле, которое при взаимодействии изменило свою скорость на меньшее значение, говорят, что оно более инертно, чем другое тело, скорость которого изменилась на большее значение.

Свойство инертности, присущее всем телам, состоит в том, что для изменения скорости тела требуется некоторое время.

В физике свойства изучаемых объектов обычно характеризуются определенными величинами. Свойство инертности характеризуется особой величиной – массой.

То из двух взаимодействующих тел, которое получает меньшее ускорение, т.е. более инертное, имеет большую массу.

Масса – мера инертности, измеряется весами, измеряется в килограммах (кг)

a1/a2 = m2/m1

Принцип относительности Галлея:

Во всех инерциальных с.о. при одинаковых начальных условиях все механические процессы протекают одинаково, т.е. подчиняются одинаковым законам.

t = const

V1 = V + U

S = S + Ut

t1 = t – время не зависит от с.к.

m1 = m – масса не зависит от с.к.

2) S’ = V’t

a’ = V’-V’0/t = V + U – V0 + U/t = V – V0/t =a

3) Ускорение не зависит от выбора С.к.

4) Сила не зависит от выбора С.к., а определяется только взаимодействием тел.

То из тел более инертно, которое имеет большую массу. a1/a2 = m2/m1.

Тела подчиняются не только первому закону Ньютона, но и другим. Мы знаем, что ускорение тела всегда вызывается действием на него другого тела – того, с которым оно взаимодействует.

В физике действие одного тела на другое, которое вызывает ускорение, называют силой. Например, падение камня вызвано силой, приложенной к нему, силой тяжести.

Сила – физическая величина. Она может быть выражена числом.

Проделаем опыт. На пружине подвесим груз. Силы предают телам ускорения. Но тела покоятся, значит a = -g, значит, сила характеризуется не только числом, но и направлением – векторная величина.

Что – же такое сила? Чтобы ответить на этот вопрос обратимся к опыту: к тележке известной массы m прикрепили конец пружины, а другой перекинули через блок. Груз под действием силы тяжести движется вниз и растягивает пружину. Растянутая на определенную длину /l пружина действует на тележку и сообщает ей ускорения. Которое равно a. Повторим опыт с двумя тележками, соединенными вместе так, чтобы их общая масса была равна 2m. Измерим ускорение тележек при том же удлинении пружины /l (для этого придется изменить груз на нити ). Ускорение будет равно a/2. При 3 – х и 4-х тележках ускорение будет равно a/3 и a/4. Это значит, что одной и той же будет величина am.

Второй закон Ньютона:

Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение.

F = ma

Ускорение сонаправлено с силой!

На тело может действовать несколько сил. Ускорение в этом случае оказывается таким, какое ему сообщила бы одна – единственная сила, равная геометрической сумме всех приложенных сил. Сумму эту обычно называют равнодействующей или результирующей силой.

Сила, равная геометрической сумме всех приложенных к телу сил, называется равнодействующей или результирующей силой.

Как и первый закон, второй закон Ньютона справедлив лишь в том случае, если движение рассматривается относительно инерциальных систем отсчета.

За единицу силы принимается сила, сообщающая телу массой 1 кг ускорение 1 м/с. Эта единица называется ньютон.

По тому же опыту, измерив ускорения двух тел, взаимодействующих каким – то образом между собой, мы можем найти отношение их масс согласно формуле. Чтобы найти массу отдельного тела нужно взять тело, масса которого принята за 1 – эталон массы.

Затем провести опыт, в котором тело, масса которого измеряется, взаимодействует с телом, масса которого известна. Тогда оба они, и тело и эталон, получат ускорения, которые можно измерить, затем записать отношение: аэтт = mт/mэт или mт = aэт*mэт/aт

Масса тела определяет отношение модуля ускорения эталона массы к модулю ускорения тела при их взаимодействии.Однако более удобный метод – взвешивание.За единицу массы принят килограмм.

Действия тел друг на друга всегда имеют характер взаимодействия. Каждое из тел действует на другое и сообщает ему ускорение. Отношение модулей ускорений равно обратному отношению их масс. Ускорения двух тел направлены в противоположные стороны.

m1a1 = -m2a2

т.к F = ma, то это можно записать так:

F1 = F2 3й закон Ньютона.

Тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению.
3й закон Ньютона состоит из 5и утверждений:

1) Силы рождаются парами

2) Силы равны по модулю

3) Парные силы направлены в противоположные стороны

4) Возникающие силы лежат на одной прямой

  1. Возникающие силы одной природы

Так – же как первый и второй законы Ньютона, третий закон справедлив, когда движение рассматривается относительно инерциальных систем отсчета.

Опыт: возьмем две тележки, к одной из них прикреплена упругая стальная пластина. Согнем пластину и свяжем ее ниткой, а вторую тележку поставим к первой так, чтобы она плотно соприкасалась с другим концом пластинки. Перережем нить. Пластинка разогнется, и мы увидим, что обе тележки придут в движение. Это значит, что обе получили ускорения. Так как массы тележек одинаковы, то одинаковы по модулю и ускорения. (V1 = V2; S1 = S2)

Если на одну тележку положить какой-нибудь груз, то мы увидим, что перемещения теперь не будут одинаковыми. Это значит, что и их ускорения неодинаковы: ускорение нагруженной тележки меньше, но ее масса больше. Произведение же массы на ускорение, т.е сила, действующая на каждую из тележек, по модулю одинакова.

p.120-bal.ru

Примеры решения задач — ЗФТШ, МФТИ

Пример 1. Какие силы действуют на человека во время ходьбы? Какая сила приводит его в движение?

Рис. 15

Решение: На человека всегда действует сила тяжести (mg→)(m\vec g). Она приложена ко всем частям организма, но принято её изображать приложенной к центру масс (на рис. 15 это не так). Во время ходьбы человек мышечными усилиями толкает ногу назад, относительно центра масс (туловища). На рисунке эта сила обозначна как F→м\vec F_\mathrm{м}. Нога бы начала такое движение, если бы не было сцепления протектора подошвы и поверхности асфальта (пола). Вдоль поверхности возникает сила трения покоя. Нога толкает этой силой асфальт влево (F→тр)(\vec F_\mathrm{тр}), а асфальт толкает ногу вправо (F→тр)(\vec F_\mathrm{тр}), приводя её в движение относительно асфальта. Человек оказывает на поверхность асфальта действие, называемое весом (P→)(\vec P), а на человека действует противоположная сила реакции опоры (N→)(\vec N).\circ к горизонту?










Рис. 16

Решение. Расставим силы. При расстановке сил пользуются, преимущественно, двумя моделями: 1) все силы прикладывают к центру масс тела, который символизирует материальную точку, в качестве которой рассматривается тело; 2) точки приложения сил изображают там, где сила приложена. Во втором случае требуется применять ряд дополнительных правил, которые на первых порах излишне усложняют решение. На данном рисунке 16 применены правила первой модели.

Далее запишем 2-ой закон Ньютона в векторной форме:

mg→+F→тр+N→+F→=ma→m\vec g + \vec F_\mathrm{тр} + \vec N + \vec F = m\vec a.

Теперь пишем проекции этого уравнения на оси OxOx и OyOy. Отметим, что оси удобнее всего выбирать из принципа удобства, что чаще всего соответствует направлению одной из осей вдоль ускорения, а второй оси перпендикулярно первой.2}.

Рассмотрим способ с другими направлениями осей (рис. 18) (неудобными)

Ox:  -Fтр·cosα+N·sinα=ma·cosα,Ox:\quad -F_\mathrm{тр}\cdot\cos\alpha + N\cdot\sin\alpha = ma\cdot\cos\alpha,

Oy:  -mg+N·cosα=-a·sinαOy:\quad -mg+N\cdot\cos\alpha = -a\cdot\sin\alpha.

Добавим формулу Кулона-Амонтона: Fтр=μ·NF_\mathrm{тр} = \mu\cdot N.

Решение этой системы уравнений так же приведёт к тому же ответу (проверьте самостоятельно), но путь достижения цели будет и длиннее, и сложнее.

Пример показывает рациональность предлагаемого принципа удобства.










Рис. 19

Пример 4. Коэффициент трения между резиной и асфальтом 0,70,7. Какой должна быть ширина дороги, чтобы на ней смог развернуться мотоциклист без уменьшения скорости, если его скорость равна 54 км/ч54\ \text{км}/\text{ч}?

Если мотоциклист планирует развернуться, не уменьшая скорости, то движение его будет равномерным по окружности.2}{\mu g};\quad l = 64,3\ \text{м}

Из ответа видим, что для разворота на реальной дороге необходимо сниизить скорость.

Пример 5. Два тела массами m1=2 кг, m2=3 кгm_1 = 2\ \text{кг}, \ m_2 = 3\ \text{кг} связаны нитью. Первое тело тянут вправо с силой F=15 НF = 15\ \text{Н} по поверхности с коэффициентом трения μ=0,1\mu = 0,1. Определите силу натяжения нити, связывающей тела. С каким ускорением движутся тела? Оборвётся ли нить, если поместить тела на поверхность с коэффициентом трения 0,30,3, а максимальная сила натяжения нити  10 Н10\ \text{Н}?

Решение. Расставим силы, действующие на тела (рис. 21):

Рис. 21

Выберем ось OxOx вдоль силы F→\vec F и ось OyOy перпендикулярно ей.

Второй закон Ньютона для двух тел в проекции на ось OxOx:

F-Fтр1-T+T-Fтр2=(m1+m2)aF – F_\mathrm{тр1} – T + T – F_\mathrm{тр2} = (m_1 + m_2)a,

для первого тела на ось OyOy:

N1-m1g=0, тогда Fтр1=μm1gN_1 – m_1g = 0,\ \mathrm{тогда}\ F_\mathrm{тр1} = \mu m_1 g;

для второго тела:

N2-m2g=0⇒ Fтр2=μm2gN_2 – m_2g = 0 \Rightarrow \ F_\mathrm{тр2} = \mu m_2g.\circ укреплён неподвижный блок. Через блок перекинута невесомая и нерастяжимая нить . К нити привязаны два тела: m1=3 кгm_1 = 3\ \text{кг} со стороны плоскости и m2=4 кгm_2 = 4\ \text{кг} с другой. Коэффициент трения при движении тела по поверхности равен 0,20,2. Какова сила натяжения нити и ускорения тел?

Решение. Силы, действующие на тела, представлены на рисунке 22.

 Рис. 22

Запишем 2-ой закон Ньютона для первого тела в проекциях:

Ox:  T1-Fтр-m1gsinα=m1a1Ox:\quad T_1 – F_\mathrm{тр} – m_1 g\sin \alpha = m_1 a_1,

Oy:  N-m1gcosα=0O_y:\quad N-m_1g\cos\alpha = 0.

С учётом, что Fтр=μNF_\mathrm{тр} = \mu N, получим T1-μm1gcosα-m1gsinα=m1a1T_1 – \mu m_1 g\cos\alpha – m_1g\sin\alpha = m_1 a_1.

Для второго тела в проекции на OzOz:

m2g-T2=m2a2m_2g – T_2 = m_2a_2.

Решая совместно два уравнения, получим (учитывая, что a1=a2=aa_1 = a_2 = a и T1=T2=TT_1 = T_2 = T)

a=m2-m1sinα-μm1cosαm1+m2ga = \frac{m_2 – m_1\sin\alpha – \mu m_1\cos\alpha}{m_1 + m_2}g,

a≈2,83 м/с2a \approx 2,83\ \text{м}/\text{с}^2.










Рис. 23

Из этих же уравнения получим силу натяжения нити:

T=gm1m2m1+m2(1+sinα+μcosα)T = g\frac{m_1m_2}{m_1 + m_2}(1 + \sin\alpha + \mu\cos\alpha)

T≈28,7 НT \approx 28,7\ \text{Н}.

Пример 7. Какую горизонтальную силу FF нужно приложить к тележке массой MM, чтобы бруски массой 2m2m и 3m3m (рис. 23) относительно неё не двигались? Трением пренебречь.

Решение. На рисунке 24 изображены силы, действующие на тела.

Рис. 24

Если трения нет и бруски неподвижны относительно тележки, то 2-й закон Ньютона в проекциях для тел примет вид:

1) для тележки:

Ox:  F-P1-T4=Ma0Ox:\quad F – P_1 – T_4 = Ma_0,

Oy:  N1+N2-Mg-P2-T3=0Oy:\quad N_1 + N_2 – Mg – P_2 – T_3 = 0;

2) для бруска 3m3m:

Ox:  T2=3ma2Ox:\quad T_2 = 3ma_2,

Oy:  N3-3mg=0,  N3=P2Oy:\quad N_3 – 3mg = 0,\quad N_3 = P_2;

3) для бруска 2m2m:

Ox:  N4=2ma1Ox:\quad N_4 = 2ma_1,

Oy:  T1-2mg=0,  N4=P1Oy:\quad T_1-2mg = 0, \quad N_4 = P_1;

4) T1=T2=T3=T4  (нить невесома),T_1 = T_2 = T_3 = T_4\quad \text{(нить невесома)},

5) a1=a2=a0  (нить нерастяжима)a_1 = a_2 = a_0\quad \mathrm{(нить}\ \mathrm{нерастяжима)} 

Решая совместно получим:









Рис. 25

F=a0(M+5m)F = a_0 (M+5m).

Рассматривая уравнения двух брусков совместно, получим:

3ma0=2mg или a0=23g.3ma_0 = 2mg\ \text{или}\ a_0 = \frac 23 g.

Тогда F=23g(M+5m)F = \frac 23 g(M+5m).

Пример 8. Горизонтальный диск вращают с угловой скоростью ω=20 рад/с\omega = 20\ \text{рад}/\text{с} вокруг вертикальной оси OO’OO’ (рис. 25). На поверхности диска в гладкой радиальной канавке находятся грузы 11 и 22 массами m1=0,2 кгm_1 = 0,2\ \text{кг} и m2=0,1 кгm_2 = 0,1\ \text{кг}, радиусы их вращения R1=0,1 мR_1 = 0,1\ \text{м}, R2=0,2 мR_2 = 0,2\ \text{м}. Найти силы натяжения н и тей.

Решение. Рассмотрим силы, действующие на тела, и ускорения тел (рис. 26). Уравнение 2-го закона в проекциях имеет вид:










Рис. 26

1) T1-T2=m1ω2R1T_1 – T_2 = m_1\omega^2R_1.2(l_2+l_1\sin\beta + 3l_1\sin\beta)

ω=2gtg βl2+4l1sinβ\omega = \sqrt{\frac{2g\text{tg}\beta}{l_2 + 4l_1\sin\beta}}.










Рис. 29

Пример 10. Найдите ускорения тел системы, изображённой на рисунке 29. Сила FF приложена по направлению нити к одному из тел массы mm. Участки нити по обе стороны от лёгкого блока, прикреплённого к телу массы MM параллельны.

Решение. Силы, действующие на тела, изображены на рисунке 30.

Рис. 30

Для первого тела:

Ox:  F-T=ma1Ox: \quad F – T = m a_1.

Для второго тела:

Ox:  -T=-ma2Ox:\quad -T = -ma_2.

Для третьего тела:

Ox:  2T=Ma3Ox:\quad 2T = Ma_3.

Т. к. нить нерастяжима, то смещение второго тела к блоку (l2)(l_2) равно смещению первого тела от блока (l1)(l_1). Т. к. блок сам смещается с ускорением, то к смещению первого блока добавится смещение 2l32l_3:

a1=a2+2a3a_1 = a_2 + 2a_3.

Из (2) и (3) следует a1=a3M2ma_1 = a_3\frac{M}{2m}.

Тогда, решая совместно (1), (4) и (2), получим:

a3=FM+2ma_3 = \frac{F}{M+2m},

тогда

a2=F(M+2m)·M2m и a1=FM+2mM+4m2ma_2 = \frac{F}{(M+2m)}\cdot\frac{M}{2m}\ и\ a_1 = \left(\frac{F}{M+2m}\right)\left(\frac{M+4m}{2m}\right).

Второй закон Ньютона | Физика

В первом законе Ньютона рассматривалось тело, находящееся бесконечно далеко от всех остальных тел Вселенной. Такое тело не может изменить свою скорость относительно Солнца и удаленных звезд и потому сохраняет относительно них либо свое состояние покоя, либо состояние равномерного и прямолинейного движения.

Мы будем связывать систему отсчета с Землей. Рассматривая движение тел вблизи ее поверхности, можно заметить, что скорость тел относительно Земли изменяется лишь тогда, когда на них начинают действовать другие тела. Проиллюстрируем это несколькими примерами.

Толкая вагонетку, ее приводят в движение (рис. 10). В этом случае скорость вагонетки изменяется под действием руки человека.

Опустим на воду пробку, на которой лежит железная скрепка. Магнит, притягивая скрепку, приводит ее и пробку в движение (рис. 11). В этом случае магнит — то тело, которое изменяет скорость скрепки и пробки.

При действии руки на шар витки пружины начинают двигаться, и пружина сжимается (рис. 12, а). Отпустив ее, мы увидим, как пружина, распрямляясь, приводит в движение шар (рис. 12, б). Сначала действующим телом здесь была рука человека. Затем действующим на шар телом стала пружина.

Во всех приведенных примерах причиной изменения скорости тела (и, следовательно, появления у него ускорения) было действие, оказываемое на него другими телами.

Мерой этого действия является векторная физическая величина, называемая силой.

Если сила к телу не приложена (F=0), то это означает, что никакого действия на него не оказывается, и потому скорость такого тела относительно Земли (а также относительно любой другой инерциальной системы отсчета) будет оставаться неизменной. Если же, наоборот, сила F ≠ 0, то тело испытывает некоторое воздействие и его скорость будет изменяться. Ускорение, которое приобретает при этом тело, зависит как от приложенной силы, так и от массы данного тела. Напомним, что масса m характеризует инертность тела.

Связь между ускорением, силой и массой выражает второй закон Ньютона:

Произведение массы тела на его ускорение равно силе, с которой на него действуют окружающие тела.

Математически второй закон Ньютона записывается в виде следующей формулы:

Если к телу (материальной точке) приложено несколько сил, то под F в формуле (8.1) следует понимать их равнодействующую. Когда равнодействующая F приложенных к телу сил равна нулю, скорость тела относительно Земли остается неизменной. Если же эта равнодействующая отлична от нуля, то у тела появляется ускорение, направление которого совпадает с направлением равнодействующей силы.

Выразим из второго закона Ньютона ускорение. Получаем:

Отсюда можно вывести два следствия:

  1. Чем больше сила, приложенная к данному телу, тем больше его ускорение и, следовательно, тем быстрее изменяется скорость движения этого тела.
  2. Чем больше масса тела, тем меньшее ускорение оно получает в результате действия данной силы и потому тем медленнее изменяет свою скорость.

На основании второго закона Ньютона вводится единица силы — ньютон (1 Н). 1 Н — это сила, с которой нужно действовать на тело массой 1 кг, чтобы сообщить ему ускорение 1 м/с2.

На практике применяются и другие единицы силы, например килоньютон и миллиньютон:

1кН= 1000 Н, 1 мН = 0,001 Н.

Второй закон Ньютона иногда называют основным законом динамики. После его открытия стало возможным решать такие задачи о движении тел, которые до Ньютона казались неразрешимыми. Многие, казавшиеся ранее непонятными явления теперь были объяснены на основе ясных и четких законов физики.

После выхода «Математических начал натуральной философии» теория Ньютона стала быстро распространяться по всей Европе. Сочинение Ньютона переводилось на многие языки. Популярность новой теории стала столь велика, что даже были организованы женские курсы «Ньютонизм для дам».

О том, как встретили современники Ньютона его гениальный труд, можно судить из следующих слов его издателя: «Едва ли можно передать словами, сколько света, сколько величия в этом превосходном сочинении нашего знаменитейшего автора. Его величайший и счастливейший гений разрешил такие труднейшие задачи и достиг таких пределов, что не было и надежды, что человеческий ум в состоянии до них возвыситься».

1. Что является причиной изменения скорости тел? Приведите примеры. 2. Мерой чего является сила? 3. Сформулируйте второй закон Ньютона. 4. Что можно сказать о скорости и ускорении тела, к которому не приложена никакая сила (F = 0)? 5. Какие два следствия вытекают из второго закона Ньютона? 6. Как называется единица силы?

Урок физики. “Первый закон Ньютона” (9-й класс)

Цели и задачи:

  • Повторение ранее изученного материала, необходимого для контроля знаний учащихся и лучшего усвоения новой темы «Законы Ньютона».
  • Познакомить учащихся с первым законом Ньютона. Научить использовать его для объяснения физических процессов.
  • Учить школьников пользоваться физическими приборами, выполнять физический эксперимент, делать выводы о наблюдениях.
  • Вызвать интерес к изучению физики и биографиям великих людей науки.

Оборудование: Мультимедийная установка, опорные конспекты, бруски, грузы, клубок ниток, динамометры, карточки с описанием эксперимента.

Учитель: Мы сейчас с вами на уроках физике изучаем раздел « Механика». Механика объясняет закономерности механического движения и причины, вызывающие это движение. Классическую механику называют «Механикой Ньютона». Она включает в себя кинематику, динамику и статику. Кинематика изучает движение тел, не рассматривая причин, вызывающих эти движения. Мы изучали законы кинематики, которые помогают нам рассчитать, где находиться изучаемое тело, с какой скоростью и по какой траектории оно движется.

А что является причиной движения тел? Приведите примеры движения тел и назовите причины, вызывающие это движение.

Ученики:

  • Снег падает на Землю под действием силы тяжести.
  • На машину при торможении действует сила трение.
  • Мяч отскакивает от земли под действием силы упругости.
  • Женщина везёт на санках ребёнка, преодолевая силу трения санок о снег и силу тяжести, действующие на ребёнка и санки.
  • При полете самолета на самолёт действуют сила тяги двигателей, сила притяжения Земли, сила воздушных масс.

Учитель: Объясняя причины движения тел, учащиеся использовали слово «сила». Дайте определение этому физическому понятию.

Ученик: Сила является мерой взаимодействия тел. Это – векторная величина. Она имеет точку приложения, направление и величину (модуль). Обозначается буквой F, измеряется в ньютонах.

Учитель: Тело может придти в движение, если на него подействует другое тело или несколько тел. Как нам поступать в этом случае?

Ученик: Необходимо найти R-равнодействующую этих сил.

Учитель: Рассмотрим условия покоя и равномерного прямолинейного движения . Если тело находиться в покое, означает ли это, что на него не действуют другие тела? Приведите примеры.

Ученик: Книга лежит на парте, Она в покое относительно парты, потому что на неё действуют две силы: сила тяжести, и сила упругости стола. Равнодействующая этих сил равна нулю.

Учитель: Машина движется по дороге с постоянной скоростью 60 км/ч. Равнодействующая всех сил равна нулю?

Ученик: На машину действует сила тяги мотора и сила трения колёс о дорогу. Но так как машина не стоит на месте, а движется, то сила тяги – больше.

Учитель: Если машина движется равномерно, не меняя скорости и направления, этот ответ является ошибочным. Позже мы к этому вернёмся и всё разберём. Прошу прокатить металлический шарик по стеклу и ответить на мои вопросы. У него нет мотора, а почему он так долго движется?

Ученик: Шарик по гладкому стеклу движется по инерции.

Учитель: Дайте определение физическому понятию – инерция.

Ученик: Явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел называют инерцией.

Учитель: Мы будем изучать законы Ньютона. Они относятся к разделу механики – «Динамика»

Ньютон объяснял движение тел в зависимости от действия на тело различных сил. Его труд имел название «Математические начала натуральной философии». Ньютон один из первых использовал формулы для объяснения движения тел.

Первый закон Ньютона называют «Законом инерции».

(Запись на доске или использование мультипроектора – Рисунок 1)

I закон Ньютона.

F=0, R=0  —> V=0 или V=const, (a=0)

Существуют такие системы отсчета (инерциальные системы отсчёта), относительно которых поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела или равнодействующая всех сил равна нулю.

Инерциальная система отсчёта – система отсчёта, относительно которой свободная материальная точка, не подверженная действию других тел, движется равномерно и прямолинейно (по инерции).

Предлагаю прочитать текст в начале §10 .В нём рассказывается о теории Галилео Галилея и Аристотеля на характер движения тела при отсутствии внешнего воздействия на него.

Учитель: Как называется физическая величина, которая характеризует изменение скорости?

Ученик: Ускорением тела при его равноускоренном движении называется величина, равная отношению изменения скорости к промежутку времени, за которое это изменение произошло. Ускорение обозначается буквой a, единица измерения – м/с2, является векторной величиной.

Учитель: Дайте определение физическому понятию – инертность тела. Сравните тела с разной инертностью.

Ученик: Инертность тел – свойство, присущее всем телам и заключающееся в том, что тела оказывают сопротивление изменению их скорости (как по модулю, так и по направлению).

Большой книжный шкаф обладает большей инертностью, чем детский стул. Этот шкаф сдвинуть с места и привести в движение труднее.

Учитель: Какая физическая величина является мерой инертности?

Ученик: Масса – мера инертности тела. Масса обозначается буквой – m, единица измерения – кг, является скалярной величиной.

Учитель: Приведите примеры, когда тела имеющие разную массу по-разному сохраняют свою скорость.

Ученик: Перед красным светом светофора тормозной путь грузовика больше, чем у легковой машины, если начальные скорости у них были одинаковые. Чем больше масса машины, тем медленнее она меняет свою скорость.

Учитель: Вспомним пример, когда машина двигалась с постоянной скоростью 60 км/ч по дороге. Этот случай объясняется первым законом Ньютона. При каком условии скорость тела бывает постоянной?

Ученик: Скорость тела постоянна, если сумма всех сил, действующих на тело равна нулю. Следовательно: сила тяги мотора машины равна силе трения колёс о дорогу.

Учитель: Назовите силы в природе, с которыми познакомились в 7 классе.

Ученик: Это – сила тяжести, сила упругости и сила трения.

Учитель: Дайте определение силы тяжести (Рисунок 2)

Ученик: Сила, с которой Земля притягивает к себе тело, называется силой тяжести. Сила тяжести обозначается буквой F с индексом Fтяж. Это – векторная величина, вычисляется Fтяж= mg, измеряется в ньютонах.

Учитель: Приведите примеры её проявления

Ученик: Выпустим из рук камень, он упадет на землю. То же самое происходит с любым другим телом.

Учитель: Какие особенности действия силы тяжести вы знаете?

Ученик: Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз к поверхности Земли. Человечество не научилось преодолевать эту силу. Она действует на все тела на Земле.

Учитель: Дайте определение силы упругости (Рисунок 3)

Ученик: Сила, возникающая в результате его деформации и стремящаяся вернуть тело в исходное положение, называется силой упругости. Сила упругости обозначается буквой F с индексом Fупр. Это векторная величина, вычисляется Fупр = kX, измеряется в ньютонах.

Учитель: Приведите примеры проявления силы упругости

Ученик:

  • Когда мы стремимся порвать нить, мы ощущаем её сопротивление. Это проявление силы упругости нити.
  • Когда спортсмены прыгают на батуте, они используют упругие свойства этого спортивного снаряда.

Учитель: Дайте определение силы трения. (Рисунок 4)

Ученик: Сила трения возникает на поверхности соприкосновения прижатых друг к другу тел при относительном перемещении их и препятствует их взаимному перемещению. Силу трения обозначают буквой F с индексом Fтр. Это векторная величина, вычисляется Fтр = μN, измеряется в ньютонах. μ -коэффициент трения скольжения, N-сила давления на поверхность.

Учитель: Приведите примеры проявления силы трения.

Ученик: Санки, скатившись с горы, постепенно останавливаются под действием силы трения санок о снег.

Учитель: Действие всех сил, которые мы с вами ранее изучали и сейчас повторили, мы должны будем учитывать при решении задач по динамике.

Учитель: Деревянный брусок лежит на горизонтальной поверхности стола. Назовите тела, с которыми он взаимодействует. Изобразите силы, действующие на брусок.

Ученик: На брусок действуют сила тяжести и сила упругости опоры (поверхности стола). Эти силы равны, но противоположно направлены.

Учитель: Маленький железный шарик подвешен на тонкой шелковой нити. С какими телами он взаимодействует? Изобразите силы, действующие на него.

Ученик: На шарик действуют сила тяжести и сила упругости нити. Эти силы равны, но противоположно направлены, поэтому шарик в равновесии.

Учитель: Что произойдет, если сила тяжести, действующая на шарик ,будет больше силы упругости нити?

Ученик: Шарик будет падать вертикально вниз под действием его силы тяжести с ускорением =g

Учитель: Предлагаю сделать небольшой эксперимент с предложенными приборами и телами. (Приложение 1 и Приложение 2)

Изучение движения тела под действием силы.

Оборудование: Лист с описанием эксперимента, деревянный брусок, грузы, нить, измерительная линейка, секундомер, динамометр.

Указания к работе.

  1. Укажите пределы измерения приборов, цену их деления и погрешность измерения.
  2. Создайте соединение предметов, имеющих возможность двигаться горизонтально и самостоятельно.
  3. Сравните скорость движения этой системы при различных вариантах соединения приборов.
  4. Сделайте рисунки полученной установки. Запишите ваши выводы из наблюдений.
Таблица
Измерительные приборы Пределы измерения Цена деления Погрешность измерения
Нижний Верхний
Динамометр        
Измерительная линейка        
Секундомер        

Дайте ответы на вопросы.

  1. Какая существует зависимость скорости движения тела от его массы, если сила тяги является величиной постоянной? (Это зависимость прямо пропорциональная или обратная?)
  2. Какая существует зависимость скорости движения тела от силы тяги, если масса является величиной постоянной? (Это зависимость прямо пропорциональная или обратная?)

Выберите правильный вариант записи:

Vср~1/m; Vср~m ; Vср~1/F; Vср~F;

(Обычно всё заканчивается тем, что мальчики из двух брусков и двух круглых грузов делают машинку и продолжают с ней эксперимент.)

Ученик: Правильные выводы: скорость бруска – обратно пропорциональна его массе, скорость бруска – прямо пропорциональна силе действующей на него.

Учитель: Сегодня вы выполняли эксперимент, который поможет Вам лучше понять 2 закон Исаака Ньютона. Мы с этим законом познакомимся на следующем уроке более подробно.

Учитель: Предлагаю учащимся оценить свою работу и работу своих товарищей на этом уроке.

Домашнее задание: §10 (ответить на вопросы в конце §10), читать §11. Подготовить доклад об Исааке Ньютоне (по желанию).

Дополнительный материал для учащихся: Биография Ньютона (автор не указан) (Приложение 3).

Литература:

  1. А.В. Пёрышкин. «Физика 7 класс», Дрофа: – Москва, 2009.
  2. А.В. Пёрышкин, Е.М. Гутник «Физика 9 класс», Дрофа: – Москва, 2009.
  3. В.Ф. Шаталов, В.М. Шейман, А.А. Хайт «Опорные конспекты по кинематике и динамике», Просвещение: – Москва, 1989.
  4. Колбергенов Г. и др. «Физика в таблицах и схемах для школьников», «Лист Нью»: – Москва, 2004.
  5. Ю.С. Куперштейн, А.Е. Марон «Физика 9 класс. Опорные конспекты и дифференцированные задачи», С.-Петербург, 1994.

Законы механики Ньютона • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»

Законы Ньютона — в зависимости от того, под каким углом на них посмотреть, — представляют собой либо конец начала, либо начало конца классической механики. В любом случае это поворотный момент в истории физической науки — блестящая компиляция всех накопленных к тому историческому моменту знаний о движении физических тел в рамках физической теории, которую теперь принято именовать классической механикой. Можно сказать, что с законов движения Ньютона пошел отсчет истории современной физики и вообще естественных наук.

Однако Исаак Ньютон взял названные в его честь законы не из воздуха. Они, фактически, стали кульминацией долгого исторического процесса формулирования принципов классической механики. Мыслители и математики — упомянем лишь Галилея (см. Уравнения равноускоренного движения) — веками пытались вывести формулы для описания законов движения материальных тел — и постоянно спотыкались о то, что лично я сам для себя называю непроговоренными условностями, а именно — обе основополагающие идеи о том, на каких принципах зиждется материальный мир, которые настолько устойчиво вошли в сознание людей, что кажутся неоспоримыми. Например, древним философам даже в голову не приходило, что небесные тела могут двигаться по орбитам, отличающимся от круговых; в лучшем случае возникала идея, что планеты и звезды обращаются вокруг Земли по концентрическим (то есть вложенным друг в друга) сферическим орбитам. Почему? Да потому, что еще со времен античных мыслителей Древней Греции никому не приходило в голову, что планеты могут отклоняться от совершенства, воплощением которой и является строгая геометрическая окружность. Нужно было обладать гением Иоганна Кеплера, чтобы честно взглянуть на эту проблему под другим углом, проанализировать данные реальных наблюдений и вывести из них, что в действительности планеты обращаются вокруг Солнца по эллиптическим траекториям (см. Законы Кеплера).

Первый закон Ньютона

Учитывая столь серьезный, исторически сложившийся провал, первый закон Ньютона сформулирован безоговорочно революционным образом. Он утверждает, что если какую-либо материальную частицу или тело попросту не трогать, оно будет продолжать прямолинейно двигаться с неизменной скоростью само по себе. Если тело равномерно двигалось по прямой, оно так и будет двигаться по прямой с неизменной скоростью. Если тело покоилось, оно так и будет покоиться, пока к нему не приложат внешних сил. Чтобы просто сдвинуть физическое тело с места, к нему нужно обязательно приложить стороннюю силу. Возьмем самолет: он ни за что не стронется с места, пока не будут запущены двигатели. Казалось бы, наблюдение самоочевидное, однако, стоит нам отвлечься от прямолинейного движения, как оно перестает казаться таковым. При инерционном движении тела по замкнутой циклической траектории его анализ с позиции первого закона Ньютона только и позволяет точно определить его характеристики.

Представьте себе что-то типа легкоатлетического молота — ядро на конце струны, раскручиваемое вами вокруг вашей головы. Ядро в этом случае движется не по прямой, а по окружности — значит, согласно первому закону Ньютона, его что-то удерживает; это «что-то» — и есть центростремительная сила, которую вы прилагаете к ядру, раскручивая его. Реально вы и сами можете ее ощутить — рукоять легкоатлетического молота ощутимо давит вам на ладони. Если же вы разожмете руку и выпустите молот, он — в отсутствие внешних сил — незамедлительно отправится в путь по прямой. Точнее будет сказать, что так молот поведет себя в идеальных условиях (например, в открытом космосе), поскольку под воздействием силы гравитационного притяжения Земли он будет лететь строго по прямой лишь в тот момент, когда вы его отпустили, а в дальнейшем траектория полета будет всё больше отклоняться в направлении земной поверхности. Если же вы попробуете действительно выпустить молот, выяснится, что отпущенный с круговой орбиты молот отправится в путь строго по прямой, являющейся касательной (перпендикулярной к радиусу окружности, по которой его раскручивали) с линейной скоростью, равной скорости его обращения по «орбите».

Теперь заменим ядро легкоатлетического молота планетой, молотобойца — Солнцем, а струну — силой гравитационного притяжения: вот вам и ньютоновская модель Солнечной системы.

Такой анализ происходящего при обращении одного тела вокруг другого по круговой орбите на первый взгляд кажется чем-то само собой разумеющимся, но не стоит забывать, что он вобрал в себя целый ряд умозаключений лучших представителей научной мысли предшествующего поколения (достаточно вспомнить Галилео Галилея). Проблема тут в том, что при движении по стационарной круговой орбите небесное (и любое иное) тело выглядит весьма безмятежно и представляется пребывающим в состоянии устойчивого динамического и кинематического равновесия. Однако, если разобраться, сохраняется только модуль (абсолютная величина) линейной скорости такого тела, в то время как ее направление постоянно меняется под воздействием силы гравитационного притяжения. Это и значит, что небесное тело движется равноускоренно. Кстати, сам Ньютон называл ускорение «изменением движения».

Первый закон Ньютона играет и еще одну важную роль с точки зрения нашего естествоиспытательского отношения к природе материального мира. Он подсказывает нам, что любое изменение в характере движения тела свидетельствует о присутствии внешних сил, воздействующих на него. Условно говоря, если мы наблюдаем, как железные опилки, например, подпрыгивают и налипают на магнит, или, доставая из сушилки стиральной машины белье, выясняем, что вещи слиплись и присохли одна к другой, мы можем чувствовать себя спокойно и уверенно: эти эффекты стали следствием действия природных сил (в приведенных примерах это силы магнитного и электростатического притяжения соответственно).

Второй закон Ньютона

Если первый закон Ньютона помогает нам определить, находится ли тело под воздействием внешних сил, то второй закон описывает, что происходит с физическим телом под их воздействием. Чем больше сумма приложенных к телу внешних сил, гласит этот закон, тем большее ускорение приобретает тело. Это раз. Одновременно, чем массивнее тело, к которому приложена равная сумма внешних сил, тем меньшее ускорение оно приобретает. Это два. Интуитивно эти два факта представляются самоочевидными, а в математическом виде они записываются так:

    F = ma

где F — сила, m — масса, а — ускорение. Это, наверное, самое полезное и самое широко используемое в прикладных целях из всех физических уравнений. Достаточно знать величину и направление всех сил, действующих в механической системе, и массу материальных тел, из которых она состоит, и можно с исчерпывающей точностью рассчитать ее поведение во времени.

Именно второй закон Ньютона придает всей классической механике ее особую прелесть — начинает казаться, будто весь физический мир устроен, как наиточнейший хронометр, и ничто в нем не ускользнет от взгляда пытливого наблюдателя. Назовите мне пространственные координаты и скорости всех материальных точек во Вселенной, словно говорит нам Ньютон, укажите мне направление и интенсивность всех действующих в ней сил, и я предскажу вам любое ее будущее состояние. И такой взгляд на природу вещей во Вселенной бытовал вплоть до появления квантовой механики.

Третий закон Ньютона

За этот закон, скорее всего, Ньютон и снискал себе почет и уважение со стороны не только естествоиспытателей, но и ученых-гуманитариев и попросту широких масс. Его любят цитировать (по делу и без дела), проводя самые широкие параллели с тем, что мы вынуждены наблюдать в нашей обыденной жизни, и притягивают чуть ли не за уши для обоснования самых спорных положений в ходе дискуссий по любым вопросам, начиная с межличностных и заканчивая международными отношениями и глобальной политикой. Ньютон, однако, вкладывал в свой названный впоследствии третьим закон совершенно конкретный физический смысл и едва ли замышлял его в ином качестве, нежели как точное средство описания природы силовых взаимодействий. Закон этот гласит, что если тело А воздействует с некоей силой на тело В, то тело В также воздействует на тело А с равной по величине и противоположной по направлению силой. Иными словами, стоя на полу, вы воздействуете на пол с силой, пропорциональной массе вашего тела. Согласно третьему закону Ньютона пол в это же время воздействует на вас с абсолютно такой же по величине силой, но направленной не вниз, а строго вверх. Этот закон экспериментально проверить нетрудно: вы постоянно чувствуете, как земля давит на ваши подошвы.

Тут важно понимать и помнить, что речь у Ньютона идет о двух силах совершенно разной природы, причем каждая сила воздействует на «свой» объект. Когда яблоко падает с дерева, это Земля воздействует на яблоко силой своего гравитационного притяжения (вследствие чего яблоко равноускоренно устремляется к поверхности Земли), но при этом и яблоко притягивает к себе Землю с равной силой. А то, что нам кажется, что это именно яблоко падает на Землю, а не наоборот, это уже следствие второго закона Ньютона. Масса яблока по сравнению с массой Земли низка до несопоставимости, поэтому именно его ускорение заметно для глаз наблюдателя. Масса же Земли, по сравнению с массой яблока, огромна, поэтому ее ускорение практически незаметно. (В случае падения яблока центр Земли смещается вверх на расстояние менее радиуса атомного ядра.)

По совокупности же три закона Ньютона дали физикам инструменты, необходимые для начала комплексного наблюдения всех явлений, происходящих в нашей Вселенной. И, невзирая на все колоссальные подвижки в науке, произошедшие со времен Ньютона, чтобы спроектировать новый автомобиль или отправить космический корабль на Юпитер, вы воспользуетесь все теми же тремя законами Ньютона.

См. также:

Примеры решенных задач по физике – контрольная 10(механика

Ниже приведены условия и решения задач. Закачка решений в формате doc начнется автоматически через 10 секунд. 

Задача № 107.

Тело падает без начальной скорости с высоты h=45 м. Определите среднюю скорость  на второй половине пути.

Дано: h=4м.

Найти .

Решение. Пусть t1 – время, за которое тело проходит первую половину пути, а t2 – время, за которое тело проходит весь путь. Тело движется равномерно с ускорением свободного падения

g = 9,81 м/с2. Поэтому

,         h=,

 

откуда

t1= ,          t2 =.

Тогда время , за которое тело проходит вторую половину пути

– t=.

 

Так как вторая половина пути составляет s=,то средняя скорость

.

Проверка разности:

.

 

Подставляем данные

м/с.

Ответ: 25,4 м/с.

 

Задача № 127.

Если к телу приложить силу F=120 H под углом   =60о к горизонту, то тело будет двигаться равномерно. С каким ускорением будет двигаться тело, если ту же силу приложить под углом =30о к горизонту? Масса тела m = 25 кг.

Дано: F=120 H, m=25 кг, =60о, =30о.

Найти : .

Решение. На тело действует внешняя сила , сила тяжести  m, сила реакции опоры и сила трения ( см. рис.1). По второму закону Ньютона

 

,                                                                                                     ( 1 )    

Где  – ускорение тела. Направим координатную ось x вдоль направления движения, а координатную ось у перпендикулярно опоре ( рис.1). Проецируем векторное уравнение (1) на оси х и у:

,            .                                                           ( 2 )

Из второго из  уравнений ( 2 ) . сила трения скольжения

, где – коэффициент трения. Поэтому первое из уравнений ( 2 ) принимает вид

.                                                                                           ( 3 )

Если сила F приложена под углом  , то ускорение тела   .

Заменим в (3) угол    на    и положим   :

,

откуда коэффициент трения

.

Далее подставляем (4) в (3):

,

откуда ускорение тела

.

Проверка разности:  .

Подставляем данные: .

 

Ответ: 1,0 м/с2.

 

Задача № 157

Шар массой   m1 =1,0 кг, двигаясь со скоростью v1=6,0 м/с, догоняет другой шар массой  

m2 =1,5 кг, двигающийся по тому же направлению со скоростью v2= 2,0 м/с. Происходит упругое центральное столкновение. Найдите скорость v1 и v2 первого и второго шаров после удара.

Дано: m1 =1,0 кг, m2 =1,5 кг,  v1=6,0 м/с,  v2= 2,0 м/с.

Найти: v1/ , v2/ .

Решение. На рис.2 а) показано движение шарика до столкновения, а на рис.2 б) – после столкновения.

 

 

 

 

Согласно закону сохранения импульса

.проецирую это уравнение на ось х, параллельную векторам скоростей, имеем

.                                                                                                     ( 5 )

Так как столкновение шаров упругое, полная механическая энергия ( сумма кинетических энергий шаров) сохраняется:

,    .                          ( 6 )

Преобразуем уравнения ( 5 ) и ( 6 ):

,                                                                                                      ( 7 )

,   .                    ( 8 )

Разделим ( 8 ) в ( 7 ): , откуда

.                                                                                                                     ( 9 )

Подставим ( 9 ) в ( 7 ) и найдём скорость первого шарика после столкновения :

,

.                                                                                                ( 10 )

Теперь подставим ( 10 ) в ( 9 ) и найдём скорость второго шара:

,

.

Проверка разности :. Подставляем данные :

,

.

Положительные значения и v2/ указывают на то, что после столкновения шары не изменяют направления движения на противоположные.

Ответ: 1,2 м/с;  5,2 м/с.

 

 

 

 

 

Задача № 167

Каков возраст космонавта по часам Земли, если он в 30-летнем возрасте улетел на расстояние до 20 св. лет. Считать его возраст по часам космонавта 35 лет.

Дано: То=30 лет, Т/ =35 лет, l =20 св. лет.

Найти: Т.

Решение. Пусть при вылете космонавта часы на Земле и на корабле были синхронизированы и показали нулевое время. Считая, что космонавт движется равномерно и прямолинейно со скоростью v , находим показания земных часов при его удалении на расстояние l:

          t=.                                                                                                                             ( 11 )

Часы на корабле покажут время t/ , определяемое из преобразований Лоренца:

          t/ =,                                                                                                          ( 12 )

где x = l – координата корабля, с – скорость света в вакууме. Подставляем ( 11 ) в ( 12 ):

 

         t/ = ,       

откуда находим скорость v :  

v2 t/2 = l2 ( 1 – v2/с2 ) ,       v2 ( t/ 2 + ( ,   v = .                          ( 13 )

Подставляем ( 13 ) в ( 11 )  :

t = .                                                                                                              ( 14 )

Возраст космонавта отсчитывается от значения Tо , поэтому его возраст по земным часам

T = Tо + t   ,а по космическим – T/ = Tо + t/ . 

Формула ( 14 ) принимает вид

T – To =          T = To +       

 

 

 

Подставляем данные, учитывая то, что      20 лет:

T = 30 + лет.

 

Ответ: 50,6 лет.       

 

 

Задача  195.

Какой путь S пройдет катящийся без скольжения диск, поднимаясь вверх по наклонной плоскости с углом наклона начальная скорость диска параллельно наклонной плоскости и равна vo = 7,0 м/с.

Дано: , vo = 7,0 м/с.

Найти:   S.

Решение:

 

 

 

 

 

. воспользуемся законом сохранения энергии. В начале диск имеет  только кинетическую энергию поступательного и вращательного движения:

,

Где m – масса диска, Z – его момент инерции, vo –  начальная скорость, – начальная угловая скорость. Так как скольжения нет, то , где R – радиус диска. Считая, что диск однородный. Принимаем . В результате имеем

.

В конце подъёма у диска имеется только потенциальная энергия

, где h – высота подъёма центра масс ( рис.3 ). Так как , то

,            .

с другой стороны, высота  h выражает через пройденный путь S как h = S  sin. Поэтому

.

Проверка разности: . Подставляем данные:

Ответ:  7,5 м.

 

Задача  205.   

Стальной шарик диаметром d = 1мм падает с постоянной скоростью v = 0,185 см/с в большом сосуде, наполненном маслом. Определите коэффициент динамической вязкости масла . плотность стали , касторового масла .

Дано: d = 1 мм = 1, v = 0,185 см/с = 1,85, , .

Найти: 

Решение. На шарик действует сила тяжести m, сила Архимеда и сила сопротивления ( рис.4)

 

 

Ускорение шарика равно нулю, и согласно второму закону Ньютона

m++= 0.

Проецируя на вертикальную ось у, имеем

-mg + FA + FC = 0.                                                                                                             ( 15 )

Масса шарика m=gc V, где V – его объём. Сила Архимеда FA = gкq V, а сила сопротивления согласно формуле Стакса Fc =, где – динамическая вязкость, – радиус шарика,

– его скорость. Уравнение ( 15 ) принимает вид – gcqV + gкqV + = 0,

= ( gc-gк) qV.

Так как , а V = , где d – диаметр шарика, то

3,    3,

откуда  динамическая вязкость

.

Проверка размерности .

Подставляем данные:

.

Ответ: 2,27 Пас.

 

Первый закон движения Ньютона

Первый закон движения Ньютона

Сэр Исаак Ньютон впервые представил свои три закона движения в «Principia Mathematica Philosophiae Naturalis» 1686 г. Его первый закон заявляет, что каждый объект будет оставаться в покое или в равномерном движении по прямой линия, если она не вынуждена изменить свое состояние под действием внешней силы. Обычно это определение инерции .Ключевой момент здесь состоит в том, что если нет чистой силы в результате несбалансированной силы, действующие на объект (если все внешние силы нейтрализуют друг друга), тогда объект будет поддерживать постоянную скорость. Если эта скорость равна нулю, тогда объект остается в покое. А если приложить дополнительную внешнюю силу, скорость изменится из-за силы. Величина изменения скорости определяется вторым законом движения Ньютона.

Есть много прекрасных примеров первого закона Ньютона, относящегося к аэродинамике. Движение самолет когда пилот меняет настройку дроссельной заслонки двигателя, описывается первым законом. Движение мяч падая в атмосфере, или модель ракеты выбросы в атмосферу – оба примера первого закона Ньютона. Движение летающий змей при смене ветра также можно описать первым законом.Мы создали отдельные страницы, на которых более подробно описывается каждый из этих примеров. чтобы помочь вам понять этот важный физический принцип.




Экскурсии с гидом
  • Законы движения Ньютона:


Наверх

Перейти к …

Руководство для начинающих Домашняя страница

byTom Бенсон
Присылайте предложения / исправления по адресу: benson @ grc.nasa.gov

Примеры первого закона движения Ньютона (читать)

Примеры первого закона движения Ньютона

Первый закон движения Ньютона гласит, что «тело продолжает свое состояние покоя или равномерного движения по прямой линии, если на него не действует результирующая сила. Первый закон движения Ньютона имеет дело с инерционным свойством материи, поэтому первый закон движения Ньютона известен как закон инерции.
В этот пост включены первые примеры закона движения Ньютона.
Сюда также входят:

  • Примеры из жизни
  • Приложения
  • подробнее

Итак, если вы хотите получить пользу от этой публикации, вам она понравится.
Приступим …
Этот закон состоит из двух частей: если тело находится в состоянии покоя, оно будет оставаться в покое до тех пор, пока на него не воздействует внешняя сила.
Например:
Книга, лежащая на столе, или стол, лежащий в комнате, они не изменят своего положения, пока на нее не подействует внешняя сила.
Другая часть закона гласит: «Если тело движется равномерно по прямой линии, оно будет продолжать свое состояние до тех пор, пока не подвергнется действию внешней силы.
Например:
Когда мы катим мяч по поверхности, он останавливается из-за трения и сопротивления воздуха. Если эти силы не противодействуют движению шара, он продолжит равномерное движение. Из приведенного выше обсуждения мы приходим к следующим двум очень важным концепциям.

  1. Определение силы i.д, это сила, которая может изменить положение объекта, или это сила, которая может остановить движущийся мяч.
  2. Инерция тела.

Все материальные объекты обладают свойством противодействовать любому изменению их состояния покоя или равномерному движению по прямой линии. Итак, мы заключаем, что если на тело не действует внешняя сила, то оно будет в инерциальной системе отсчета. Другими словами, инерция – это тенденция объекта сопротивляться изменению его состояния покоя или равномерному движению по прямой линии ».Поэтому первый закон движения также известен как закон инерции.
См. Также похожие темы на нашей странице: Механика

Примеры первого закона Ньютона

Вот несколько примеров первого закона движения Ньютона, приведенных в списке:

  1. Водитель автомобиля резко тормозит и по инерции устремляется вперед.
  2. Камень в земле в состоянии покоя.
  3. Велосипед, хранившийся пять лет назад на чердаке, теряет инерцию, когда ребенок решает воспользоваться им.
  4. Марафонец продолжает пробегать несколько метров за финишную черту из-за инерции своей карьеры.
  5. Книга, лежащая на столе, остается неподвижной до тех пор, пока на нее не действует чистая сила.
  6. Движущийся объект не перестает двигаться сам по себе.
  7. Катящийся шар по шероховатой поверхности или земле останавливается раньше, чем по гладкой поверхности, потому что шероховатая поверхность обеспечивает большее трение, чем гладкая поверхность. Если бы не было силы, противодействующей движению тела, то движущееся тело никогда не остановилось бы.

Закон инерции (объяснение):

Каменный блок, который трудно толкнуть по земле, в то время как небольшой деревянный блок можно легко толкнуть по земле. Масса камня или деревянного блока – это масса инерции.
Например:
Человек, едущий на велосипеде по ровной дороге, если перестает крутить педали, не останавливается немедленно. Велосипед продолжает двигаться вперед по инерции. На карточку кладут маленькую монету и кладут на горлышко стакана.Когда карта отбрасывается пальцем по горизонтали, монета аккуратно падает в стакан за счет инерции.

Зачем нам нужен 1-й закон движения Ньютона?

В разделе о силах мы обсудили некоторые свойства сил, но в этом разделе мы ничего не сказали о том, как силы влияют на движение.
Связанные темы:

Первый закон движения Ньютона: примеры влияния силы на движение – видео и стенограмма урока

Что такое Первый закон движения Ньютона?

Первый закон движения Ньютона гласит, что неподвижный объект остается в покое, а объект в движении остается в движении с той же скоростью, если только на него не действует то, что мы называем неуравновешенной силой.Давайте разберемся с этим законом, определив несколько ключевых терминов. Скорость – это скорость объекта в заданном направлении. Неуравновешенная сила – внешняя сила, которая изменяет движение объекта. Когда объект находится в состоянии покоя или движется с постоянной скоростью, все силы, действующие на него, равны и .

Внешняя сила руки будет перемещать чашку, создавая неуравновешенные силы.

Например, моя чашка кофе стоит на кухонном столе, когда я провожу этот урок.Сила притяжения вниз уравновешивается силой, с которой мой кухонный стол толкает мою чашку кофе. Теперь, если я хочу переместить свой кофе, я должен применить внешнюю силу, чтобы нарушить баланс. Слава богу, мои мышцы достаточно сильны, чтобы применить такую ​​силу, так что я могу наслаждаться чашкой кофе. Ах, вот это хорошо, Джо! Первый закон движения Ньютона также называют законом инерции . Инерция – это просто сопротивление изменению движения. Короче говоря, объекты имеют тенденцию продолжать делать то, что они уже делают.

Применение первого закона движения Ньютона

Есть множество приложений к первому закону движения Ньютона. Представьте машину, движущуюся на запад по шоссе с постоянной скоростью 65 миль в час. Что происходит, когда водитель убирает ногу с педали газа? Согласно первому закону движения Ньютона, автомобиль должен сохранять скорость 65 миль в час, пока силы уравновешены. Однако, как мы видели, машина тормозит и останавливается. Это наблюдение вызывает вопрос: какие внешние силы действуют на автомобиль, чтобы остановить его движение?

Ответ – трение. Трение – это сила, действующая в противоположном направлении движения, когда два объекта соприкасаются друг с другом. Без внешних сил машина продолжала бы двигаться на запад со скоростью 65 миль в час. А теперь представьте, что игрок в гольф выбивает мяч с площадки-ти. Когда мяч находится на ти, считается, что он находится в состоянии покоя. То есть у него нет движения. Как только раскачивающаяся клюшка входит в контакт с мячом, клюшка прикладывает внешнюю силу, нарушает состояние равновесия и отправляет мяч в полет.

Как закон Ньютона применим к жидкостям?

Теперь я люблю кофе, поэтому давайте посмотрим, как закон движения Ньютона применим к употреблению кофе и вождению автомобиля.Пока машина неподвижна или даже движется с постоянной скоростью, кофе остается в чашке. Но что произойдет с кофе, если вы увеличите скорость в прямом направлении? Кофе продолжает делать то, что делал раньше, и оказывается у вас на коленях; то есть при условии, что на чашке нет крышки. Давайте разберемся с этим.

Когда вы нажимаете педаль газа, колеса крутятся. Однако дорога прикладывает силу к колесам и толкает машину вперед. Спинка сиденья оказывает давление на вашу спину и толкает вас вперед.Но как насчет кофе? Кофе сохраняет свою скорость 65 миль в час, и ваши колени фактически движутся вперед в кофе. Ой!

Как раз обратное происходит, когда мы врезаемся в тормоза машины. Тормоза замедляют или даже останавливают вращение колес. При торможении с постоянной скорости 65 миль в час кофе имеет тенденцию поддерживать скорость 65 миль в час, и теперь он попадет на приборную панель вашего автомобиля. Когда мы останавливаемся, кофе испытывает инерцию. Кофе сопротивляется изменению движения и продолжает двигаться вперед.

Точно так же мы ощущаем инерцию при торможении автомобиля. Вы можете почувствовать, что при торможении до остановки скользите вперед на сиденье. На самом деле вы просто делаете то, что уже делали, а сиденье перемещается назад относительно вашего тела. Вы продолжите скользить вперед на своем сиденье, если только ваш ремень безопасности не будет на месте, чтобы приложить внешнюю силу к вашему телу.

Как закон Ньютона применим к нашему телу?

Мы можем применить закон инерции Ньютона к функциям тела.Вы когда-нибудь испытывали головокружение после остановки в спускающемся лифте? Лучше держись за перила! Наше тело и все его содержимое движутся вниз вместе с лифтом. Когда лифт внезапно останавливается, пол лифта прикладывает внешнюю силу к нашему телу, заставляя его также останавливаться.

Головокружение возникает, когда кровь в теле продолжает стекать после остановки лифта.

Однако кровь в нашем теле не испытывает той же силы таким же образом.Это вроде как кофе. Кровь имеет тенденцию двигаться вниз даже после остановки лифта. Кровь спускается от нашей головы, и эта временная потеря крови в мозгу вызывает у нас головокружение. Итак, снова – держитесь!

Применим ли закон Ньютона в космосе?

Отсутствие гравитации в космосе позволяет объектам оставаться в постоянном движении.

Первый закон движения Ньютона очевиден как в космосе, так и на Земле.Международная космическая станция вращается вокруг Земли на расстоянии около 200 миль со скоростью 17 500 миль в час. Теперь это быстро! Астронавты могут выйти из космической станции и остаться рядом с ней, поскольку они будут продолжать вращаться по орбите с той же скоростью. Кроме того, астронавты могут установить свои инструменты рядом с собой в космосе, и они будут продолжать движение по орбите с той же скоростью.

Не пробуйте дома! Не пытайтесь это сделать в самолете. Не пробуйте это в машине, даже если она намного медленнее! Почему? Что ж, у нас есть внешние силы – например, гравитация – и они нарушают постоянное движение, заставляя ваше тело падать на землю.Сила тяжести в космосе незначительна, поэтому объекты продолжают свое постоянное движение. Судя по всему, кажется, что все они сидят на месте, потому что не двигаются относительно друг друга.

Итоги урока

Подведем итоги. Первый закон движения Ньютона гласит, что неподвижный объект остается в покое, а объект в движении остается в движении с постоянной скоростью, если на него не действует неуравновешенная сила. Скорость – это скорость объекта в заданном направлении. Сила – это любое воздействие, которое заставляет объект изменять свою форму или состояние движения. Неуравновешенная сила – внешняя сила, которая изменяет состояние движения объекта.

Первый закон движения Ньютона также называется законом инерции , где инерция – сопротивление изменению движения. Первый закон движения Ньютона применим к объектам как на Земле, так и в космосе.

Результат обучения

После этого урока вы сможете:

  • Переформулировать первый закон движения Ньютона
  • Определите скорость, силу, инерцию, неуравновешенную силу и уравновешенную силу
  • Объясните, как трение соотносится с первым законом Ньютона.
  • Приведите примеры первого закона Ньютона, относящегося к жидкостям, человеческому телу и космосу.

Какие примеры законов движения?

Игра в хоккей, вождение автомобиля и даже просто прогулка – все это повседневные примеры законов движения Ньютона.Составленные в 1687 году английским математиком Исааком Ньютоном, три основных закона описывают силы и движение объектов на Земле и во всей Вселенной.

Развитие классической физики

Философы изучали движение объектов с древних времен. После наблюдения за движением Солнца, звезд и планет греческий философ Аристотель, а затем Птолемей полагали, что Земля находится в центре Вселенной. В Европе XVI века польский математик Николас Коперник оспорил эту теорию, поместив Солнце в центр Солнечной системы, а планеты вращаются вокруг него.В следующем столетии немецкий физик Иоганн Кеплер описал эллиптические орбиты планет, а итальянский математик и астроном Галилео Галилей провел эксперименты по изучению движения снарядов. Исаак Ньютон синтезировал эту работу в математический анализ и ввел понятие силы и свои три закона движения.

Первый закон: инерция

Первый закон Ньютона, также называемый законом инерции, гласит, что объект остается в покое или продолжает равномерное движение, если только он не вынужден изменяться под действием внешней силы.Тенденция объекта оставаться в состоянии покоя или поддерживать постоянную скорость называется инерцией, а его сопротивление отклонению от инерции зависит от его массы. Чтобы преодолеть инерцию, чтобы встать с постели по утрам, требуется физическое усилие – сила. Велосипед или автомобиль будут продолжать движение, если гонщик или водитель не применит силу трения через тормоза, чтобы остановить его. Водитель или пассажир движущегося автомобиля, не пристегнутый ремнем безопасности, будут отброшены вперед, когда автомобиль внезапно остановится, потому что он остается в движении.Пристегнутый ремень безопасности обеспечивает сдерживающую силу при движении пассажира или водителя.

Второй закон: сила и ускорение

Второй закон Ньютона определяет взаимосвязь между изменением скорости движущегося объекта – его ускорением – и силой, действующей на него. Эта сила равна массе объекта, умноженной на его ускорение. Для приведения в движение небольшой яхты в море требуется меньшая дополнительная сила, чем для приведения в движение супертанкера, поскольку последний имеет большую массу, чем первый.

Третий закон: действие и противодействие

Третий закон Ньютона гласит, что не существует изолированных сил. Для каждой существующей силы против нее действует одна равной величины и противоположного направления: действие и противодействие. Например, мяч, брошенный на землю, оказывает направленное вниз усилие; в ответ земля оказывает на мяч восходящую силу, и он отскакивает. Человек не может ходить по земле без силы трения о землю. Когда он делает один шаг вперед, он оказывает на землю обратную силу.Земля в ответ оказывает силу трения в противоположном направлении, позволяя шагающему двигаться вперед, когда он делает следующий шаг другой ногой.

Примеры первого закона движения Ньютона в повседневной жизни

Законы движения Ньютона – это три физических закона, которые определяют кинематику. Эти законы описывают взаимосвязь между движением объекта и силой, действующей на него. Они необходимы, потому что являются основой классической механики, одного из основных разделов физики.Эти законы установил Исаак Ньютон, который использовал их для объяснения многих физических систем и явлений.

В этой статье мы обсудим первые примеры закона движения Ньютона в повседневной жизни.

Сэр Исаак Ньютон

Если мы собираемся говорить о классической механике и применении законов движения Ньютона в повседневной жизни, мы должны сначала пролить свет на основателя этих законов и на того, кому принадлежит заслуга в их представлении, сэра Исаака Ньютона.Вот несколько быстрых фактов об Исааке Ньютоне

Законы движения Ньютона были впервые опубликованы Исааком Ньютоном в его Philosophi Naturalis Principia Mathematica в 1687 году в 1687 году, который является основой классической механики. Ньютон использовал эти законы для объяснения и исследования многих физических явлений. Ньютон показал, что эти законы в дополнение к закону всемирного тяготения могут объяснить законы движения планет Кеплера, и эти законы до сих пор остаются одними из самых важных физических законов.

Для получения дополнительной информации о сэре Исааке Ньютоне и других законах движения посетите наш блог «Применение законов движения Ньютона в повседневной жизни».

Первый закон движения Ньютона

В нем говорится, что

«Покоящийся объект будет оставаться в покое, а объект в движении будет оставаться в движении, если на него не действует чистая внешняя сила»

Объяснение Первого закона Ньютона

Это означает, что движение не может измениться или уменьшиться без воздействия неуравновешенной силы.Если с тобой ничего не случится, ты никуда не поедешь. Если вы идете в определенном направлении, если с вами что-то не случится, вы всегда будете идти этим путем.

То есть, если равнодействующая сила (векторная сумма сил, действующих на тело) равна нулю, то скорость объекта постоянна. Когда мы говорим, что скорость объекта постоянна, мы имеем в виду, что величина и направление постоянны.

Теперь мы покажем вам хороший пример для иллюстрации, когда вы посмотрите видео с космонавтами.Вы когда-нибудь замечали, что их инструменты плавают? Они могут только разместить их в пространстве и оставаться на одном месте. Поскольку нет силы вмешиваться, чтобы изменить эту ситуацию.

То же самое применяется, когда они бросают предметы в камеру; эти объекты движутся по прямой линии. Это означает, что если они уронят объект, находясь в космосе, этот объект продолжит двигаться в том же направлении и с той же скоростью, если ему не помешают.

Формула первого закона Ньютона

Первое уравнение движения Ньютона –

где

В – скорость объекта,

т – время,

А F – сила

Это означает, что мы можем сказать, что статичное тело будет оставаться статичным, если на него не действуют внешние силы, а движущееся тело не меняет своей скорости, пока на него не действует внешняя сила.

Инерция

Принцип инерции – один из основных принципов классической физики, который до сих пор используется для описания движения вещей и того, как на него влияют силы, приложенные к ним.

Термин инерция может обозначаться как «величина сопротивления объекта изменению скорости» или «сопротивление изменению в движении». Сюда входят изменения скорости объекта или направления движения. Одним из аспектов этого свойства является тенденция вещей продолжать движение по прямой с постоянной скоростью, когда на них не действуют никакие силы.

Сказанное выше можно резюмировать следующими

Типы инерции

Объект остается на месте, и он будет оставаться там, пока вы или кто-то другой не переместит его.

Объект будет двигаться с той же скоростью, пока на него не подействует сила.

Объект будет продолжать двигаться в том же направлении, если на него не действует сила.

Для дальнейшего понимания, вы можете попробовать виртуальные лаборатории PraxiLabs по классической физике.Все, что вам нужно сделать, это всего лишь создать бесплатную учетную запись

Примеры первого закона Ньютона из реальной жизни (инерция)

Теперь мы покажем несколько примеров. Первый закон Ньютона из повседневной жизни:

  • Электрический вентилятор продолжает работать в течение некоторого времени после отключения электричества.
  • Когда автобус внезапно останавливается, люди падают вперед.
  • Если учетная карточка помещена на стакан с пенни поверх нее, учетная карточка может быть быстро удалена, в то время как пенни падает прямо в стакан, поскольку пенни демонстрирует инерцию.
  • Если учетная карточка помещена на стакан с пенни поверх нее, учетная карточка может быть быстро удалена, в то время как пенни падает прямо в стакан, поскольку пенни демонстрирует инерцию.
  • Если мяч упал на наклонную поверхность и вы отпустите его, сила тяжести заставит его скатиться по склону. Он инерционен, и если внизу склона есть ровная площадка, он продолжит движение.
  • Если вы находитесь в поезде, а поезд движется с постоянной скоростью, подброшенная в воздух игрушка поднимется вверх, а затем опустится.Это потому, что у игрушки есть инерция, как у поезда и у вас.
  • Если вы прыгаете с движущегося автомобиля или автобуса, ваше тело все еще движется в направлении транспортного средства. Когда ваши ноги касаются земли, земля воздействует на ваши ноги, и они перестают двигаться. Вы упадете, потому что верхняя часть вашего тела не остановилась, и вы упадете в том направлении, в котором двигались.

Первый закон Ньютона Примеры движения в повседневной жизни

В нашей повседневной жизни возникновение вещей вокруг нас можно объяснить в соответствии с первым законом Ньютона (примеры первого закона движения Ньютона в повседневной жизни), например:

  • Книга на столе остается на месте, если ее не сдвинуть.
  • Кровь приливает к ногам, быстро останавливаясь, когда вы едете на спускающемся лифте.
  • Головку молотка можно прижать к деревянной ручке, ударив нижней частью ручки о твердую поверхность.
  • Во время езды на скейтборде (тележке или велосипеде) вы летите вперед от доски, когда вы ударяетесь о тротуар, камень или что-нибудь еще, что внезапно останавливает скейтборд.

Как первый закон Ньютона используется в повседневной жизни?

Чтобы понять, как это делается, приведем два примера:

1) Парашютист, который прыгает с самолета

Представьте себе парашютиста, который прыгает с самолета, летящего горизонтально.Начальная вертикальная скорость парашютиста равна нулю. Однако на него немедленно воздействует его вес, действующий вертикально вниз, и, поскольку внешняя результирующая сила не равна нулю, он будет ускоряться вниз. По мере увеличения скорости парашютиста увеличивается и сопротивление воздуха. Это противодействует силе его веса, направленной вниз, и означает, что он не будет бесконечно увеличивать скорость.

Со временем сопротивление воздуха будет увеличиваться, пока не сравняется с его весом. В этот момент результирующая сила на парашютисте будет равна нулю, и он перестанет ускоряться; вместо этого он будет продолжать падать с постоянной или конечной скоростью.Когда парашютист натягивает шнур и парашют раскрывается, сопротивление воздуха внезапно увеличивается настолько, что превышает его вес.

Результирующая сила направлена ​​вверх, что означает, что парашютист начнет замедляться. Это будет продолжаться с уменьшением сопротивления воздуха до тех пор, пока силы снова не станут равными, а скорость падения не станет постоянной. В этот момент конечная скорость должна составлять всего несколько м / с.

2) Автомобиль, припаркованный на холме

Для автомобиля, припаркованного в неподвижном состоянии на холме, три силы (трение, вес и сила нормальной реакции) имеют нулевую равнодействующую силу.Трение уравновешивает составляющую веса при спуске по склону. Если транспортное средство движется с постоянной скоростью, движущая сила и силы сопротивления (сопротивление воздуха и трение) должны быть одинаковыми по величине и противоположными по направлению.

5 реальных приложений первого закона движения Ньютона

1- Автомобильные подушки безопасности

Функция подушки безопасности заключается в надувании воздуха в случае аварии и предотвращении удара головы водителя о лобовое стекло. Когда автомобиль с подушкой безопасности попадает в аварию, внезапное замедление его скорости приводит к срабатыванию электрического переключателя, и это запускает химическую реакцию, которая производит газообразное вещество, которое заполняет подушку безопасности и защищает голову водителя. .

2- Бейсбол отдыхает

Чтобы двигаться, ему требуется внешняя сила, чтобы его бросили или ударили. Расстояние, которое проходит мяч, зависит от силы, которая на него действует.

3-Движение шара, падающего в атмосфере, или модели ракеты, запущенной в атмосферу.

4- Старт ракеты со стартовой площадки.

Непосредственно перед зажиганием двигателя скорость ракеты равна нулю, и ракета находится в состоянии покоя.Если ракета сидит на плавниках, вес ракеты уравновешивается реакцией земли на вес. На объект нет действующей силы, и ракета будет оставаться в покое неопределенное время.

Когда двигатель запускается, тяга двигателя создает дополнительную силу, противоположную весу. Когда тяга больше веса, возникает чистая внешняя сила, равная тяге за вычетом веса, и ракета начинает подниматься. Скорость ракеты увеличивается от нуля до некоторого положительного значения под действием ускорения, создаваемого чистой внешней силой.

5- Воздушный змей

Силы, действующие на воздушный змей в полете, включают вес, аэродинамическую подъемную силу и сопротивление, а также натяжение линии управления. В стабильном полете все эти силы уравновешены, и кайт удерживает фиксированную высоту.

Видео с пояснением первого закона Ньютона

Виртуальные лаборатории PraxiLabs по механической физике

Виртуальные научные лаборатории PraxiLabs позволяют проводить различные лабораторные эксперименты по физике, химии и биологии онлайн в любое время и в любом месте.

Создайте бесплатную учетную запись и попробуйте виртуальные лаборатории по механике, которые объясняют законы движения Ньютона и примеры первого закона движения Ньютона в повседневной жизни.

Что такое Первый закон Ньютона? – Урок

Введение / Мотивация

, авторское право.

. © Корпорация Microsoft, 2004, One Microsoft Way, Редмонд, Вашингтон, 98052-6399, США. Все права защищены. http://office.microsoft.com/en-us/images/results.aspx? qu = box & ex = 1 # ai: MP6477 |

Инженеры применяют основные физические концепции инерции и силы в различных ситуациях, например, при проектировании конструкций и транспортных средств всех форм и размеров. Понимание этих концепций необходимо для точного объяснения движения или отсутствия движения объектов.

Сила – это толкание, притяжение или скручивание объекта. Все силы можно определить как контактные или бесконтактные. Контактные силы возникают в результате взаимодействия между соприкасающимися объектами.Примеры контактных сил включают приложенные силы, силы пружины, сопротивления, трения и нормальные силы. Бесконтактные силы притягивают или отталкивают объекты на расстоянии, включая магнитные, электрические и гравитационные силы. Приложенная сила может вызвать ускорение объекта, что означает изменение скорости объекта. Ускорение объекта зависит от силы, действующей на объект, а также от массы объекта.

Сэр Исаак Ньютон заявил в Principia Mathematica , книге, которую он написал в 1687 году, что «каждое тело остается в своем состоянии покоя и равномерно движется вперед, за исключением тех случаев, когда оно вынуждено изменить свое состояние под воздействием силы.(Он написал «каждое тело», имея в виду «каждый объект», а не «все».) Сегодня мы знаем это как первый закон движения Ньютона и просто формулируем этот естественный физический закон как «объекты в состоянии покоя остаются в состоянии покоя, а объекты в движении. оставаться в движении, если на него не действует неуравновешенная сила ». Давайте подумаем о примере. Представьте себе ученика на скейтборде. Если на ученика на скейтборде не действует никакая сила – например, другой ученик толкает его вперед – тогда ученик остается неподвижным. Однако, если его толкнуть вперед, ученик ускоряется.После движения сила трения действует на скейтборд, замедляя скейтборд и ученика, пока он снова не остановится. Copyright

Copyright © NASA 1971, Wikimedia Commons http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Apollo_15_descends_to_splashdown.jpg

Первый закон Ньютона также часто называют законом инерции. Галилео Галилей первым написал об этой концепции, заявив: «Тело, движущееся по ровной поверхности, будет продолжать движение в том же направлении с постоянной скоростью, если его не потревожить.”Проще говоря, инерция – это сопротивление объекта изменению своего движения.

Ключ к ускорению объекта заключается в том, что на него действует неуравновешенная сила. Обычно на объекты одновременно действуют несколько сил. Например, на ящик, стоящий на земле, действует сила тяжести, тянущая его вниз, и нормальная сила, толкающая его вверх. Эти силы уравновешиваются, поэтому ускорение не происходит. С другой стороны, на объект, падающий в воздухе, например парашют, действуют две силы, но они неуравновешены.Сила тяжести тянет парашют вниз, а сила сопротивления толкает его вверх. Однако сила тяжести больше силы сопротивления, поэтому парашют движется вниз, хотя и медленнее, чем если бы на него не действовала сила сопротивления.

(Продолжите, показав презентацию и предоставив содержание в разделе «Предпосылки урока».)

Предпосылки и концепции урока для учителей

Подготовка учителей

  • Будьте готовы показать учащимся презентацию «Силы и первый закон Ньютона» (презентация PowerPoint® с 11 слайдами), чтобы провести урок.
  • (необязательно) Подготовьте компьютер / проектор с доступом в Интернет, чтобы показать студентам два онлайн-видео в рамках презентации.
  • Для демонстраций в двух классах имейте под рукой следующие материалы: маркер для белой доски, деревянные пяльцы для вышивания, 2-литровую бутылку содовой (или бутылку Nalgene), наполненную песком, гравием или водой (для стабильности), и 2 яйца, 1 сырое, 1 сваренное вкрутую. . Заранее потренируйтесь с демонстрациями (слайды 2 и 10). Примечание. Используйте легкие деревянные пяльцы, которые иногда называют пяльцами для вышивки или вязания крючком.В качестве альтернативы можно использовать металлический зажим для шланга со снятым механизмом затяжки. Наиболее впечатляюще, когда диаметр маркера всего на несколько миллиметров меньше диаметра отверстия бутылки. Хорошо работает любое количество настроек; просто возьмите тот, который работает, и потренируйтесь несколько раз заранее. Как вариант, покажите студентам онлайн-видео с демонстрацией обруча; два адреса веб-сайтов указаны в разделе «Дополнительная поддержка мультимедиа».
  • Заранее сделайте копии выходного билета по Первому закону Ньютона (по одной на каждого учащегося).

Базовые концепции

, авторское право.

. © Корпорация Microsoft, 2004, One Microsoft Way, Редмонд, Вашингтон, 98052-6399, США. Все права защищены. http: //office.microsoft.com/en-us/images/results.aspx? qu = ball & ex = 1 # ai: MP

0588 | mt: 2 |

Законы движения Ньютона – фундаментальные концепции макромасштабной физики. Силы объясняют движение предметов. Сила – это толкание или притяжение объекта, возникающее в результате взаимодействия с другим объектом. Если два объекта взаимодействуют, то на каждый объект всегда действует сила.Как только взаимодействие заканчивается, сила, действующая на объекты, также заканчивается. Это можно продемонстрировать на многих примерах, даже таких простых, как камень, покоящийся на земле, пока его что-то не толкнет. Силы гравитации можно продемонстрировать, роняя предметы. Магнитные силы можно продемонстрировать с помощью двух магнитов.

Первый закон Ньютона гласит, что «покоящийся объект будет оставаться в покое, если на него не действует неуравновешенная внешняя сила». Эту концепцию обычно называют инерцией, и она была впервые выдвинута Галилео Галилеем в конце 1500-х годов.Ньютон первым сформулировал это так: «Каждое тело остается в состоянии покоя или равномерного движения вперед, за исключением тех случаев, когда оно вынуждено изменить свое состояние под воздействием силы». Этот физический закон объясняет множество повседневных явлений, например, почему мы пристегиваемся ремнями безопасности. Это также может быть продемонстрировано движением объектов в спорте, например, ударами ногами по мячу или захватом других игроков.

Схема презентации

Силы и Первый закон Ньютона (слайды 1-11)

Откройте презентацию «Силы и первый закон Ньютона», чтобы все учащиеся смогли просмотреть и представить содержание урока, руководствуясь приведенным ниже сценарием и текстом в примечаниях к слайду.Слайды анимированы, поэтому при нажатии отображается следующий текст / изображение / ответ.

Цель: понять, что изменение движения (или ускорения) объекта вызвано неуравновешенными силами.

( слайд 2 ) Представьте концепцию инерции с помощью короткой демонстрации в классе. Уравновесите обруч на верхней части утяжеленной бутылки и маркер на обруч, как показано на рисунке на горке. Спросите студентов: как вы думаете, что произойдет, когда я выбью обруч из бутылки? После обсуждения и предсказаний учащихся быстро выбейте обруч из его положения между бутылкой и маркером.Если все сделано правильно, маркер падает прямо в бутылку (как показано на слайд-анимации). Объясните, что это демонстрирует инерцию; маркер сопротивляется изменению направления при отбрасывании пялец.

( слайд 3 ) Этот слайд знакомит с скоростью, скоростью и ускорением. Несмотря на то, что весь урок можно было бы посвятить этой теме, цель здесь – быстрое введение (или обзор) концепций.

Кратко рассмотрите понятие скорости: скорость – это пройденное расстояние, разделенное на время.Подкрепите это примером проблемы: если гоночный автомобиль движется со скоростью 120 миль в час, сколько времени требуется, чтобы проехать одну милю? (Ответ: 30 секунд.)

Чтобы узнать скорость гоночного автомобиля, нужно знать не только его скорость, но и направление, в котором он движется. Мы знаем скорость автомобиля (120 миль в час) по спидометру, но нам нужно определить направление автомобиля. Направление может быть направлением по компасу (север, юг, северо-восток и т. Д.), Вверх и вниз или положительным и отрицательным (как в строке с целыми числами).Начнем с того, что зададим гоночной машине направление по компасу. Учитывая ориентацию компаса, гоночный автомобиль движется на восток. Итак, скорость гоночного автомобиля в данном случае составляет 120 миль в час на восток.

Затем введите положительное и отрицательное как направления. Они также будут использоваться позже на уроке. В этом случае скорость гоночного автомобиля теперь составляет 120 миль в час в положительном направлении. Если бы водитель вел машину задним ходом, скорость автомобиля была бы 120 миль в час в отрицательном направлении или -120 миль в час.

Используйте спидометр, чтобы ввести ускорение как изменение скорости. Представьте, что гоночный автомобиль сначала находится в состоянии покоя (0 миль в час), затем водитель нажимает педаль газа, и автомобиль начинает двигаться в положительном направлении. Изменение скорости – это ускорение. Вы когда-нибудь слышали, чтобы кто-то заявлял, что действительно мощный автомобиль может «разогнаться до 100 км / ч за (например) 4 секунды»? Это описание является мерой ускорения. Также помните, что, поскольку скорость состоит из скорости И направления, ускорение может повлечь за собой изменение скорости ИЛИ направления ИЛИ того и другого.

Рассмотрим несколько практических примеров. Например: «Если вы идете на север со скоростью 3 мили в час, это ваша скорость или скорость? Откуда вы знаете?» (Ответ: Скорость, потому что указаны как направление [север], так и скорость [3 мили в час].)

Чтобы сделать концепцию более осязаемой, попросите нескольких студентов-добровольцев пройти пешком – с увеличением или уменьшением скорости – чтобы проиллюстрировать концепции скорости и ускорения, включая величину + направление / вектор и скалярные величины.

( слайд 4 ) Сила – это толкание или притяжение объекта в результате взаимодействия этого объекта с другим объектом.Это взаимодействие может быть связано с контактом или нахождением поблизости, о чем мы поговорим позже. Когда два объекта взаимодействуют, на каждый из них действует некоторая сила. Когда взаимодействие прекращается, два объекта больше не испытывают силы между собой. Если объект не взаимодействует с другими объектами, то на него не действуют никакие силы. Силы существуют только в результате взаимодействий.

Сила, действующая на объект , может вызвать изменение скорости этого объекта.Это то же самое, что сказать, что силы могут заставить объект ускоряться. (Здесь условие состоит в том, что объект должен испытывать неуравновешенную силу, чтобы ускориться, но об этом позже.) Ускорение объекта основано не только на силе, действующей на него, но и на его массе.

На фотографии слева хоккеист применяет силу, чтобы мяч двинулся вперед. На средней фотографии нога футболиста прикладывает к мячу силу, которая заставляет мяч ускоряться.Если натянуть веревку в перетягивании каната (как показано на правом изображении), вся система может ускориться. (Примечание: это может быть хорошее время для демонстрации перетягивания каната, чтобы проиллюстрировать системы, испытывающие уравновешенные и несбалансированные силы, чтобы дополнительно объяснить первый закон Ньютона.) В качестве перехода к следующему слайду отметьте, что все три изображения изображают контактные силы.

( слайд 5 ) Познакомьте учащихся с различными типами сил с помощью простых демонстраций. Дайте краткое описание каждого типа силы (попросите учащихся записать эти определения в своих тетрадях) и проведите простую демонстрацию каждого из них.Цель состоит в том, чтобы учащиеся научились различать контактные и неконтактные силы и получить доступ к различным силам, а не овладевать тонкостями трения или магнетизма. Авторское право

Copyright © 2004 Microsoft Corporation, One Microsoft Way, Redmond, WA 98052-6399 США. Все права защищены. http: //office.microsoft.com/en-us/images/results.aspx? qu = hit & ex = 1 # ai: MP

0614 | mt: 2 |

Контактные силы – это взаимодействия, возникающие между объектами, когда они касаются друг друга.Приложенная сила, сила пружины, сила сопротивления и сила трения – все это разные типы контактных сил. Приложенная сила – это сила, которую человек или объект применяет к другому объекту или человеку. Например, раскачивающаяся бейсбольная бита прикладывает силу к бейсбольному мячу. Сила пружины возникает, когда механическая пружина сжимается или растягивается. Когда объект движется через жидкость (например, воду или газ), контакт между объектом и молекулами жидкости создает силу сопротивления, которая препятствует движению объекта.Парашют использует силу сопротивления, чтобы замедлить спуск объекта. Когда два твердых тела находятся в контакте, сила трения препятствует движению одного объекта мимо другого. Когда учебник скользит по столу, именно сила трения замедляет его движение.

Бесконтактные силы – это взаимодействия, которые происходят даже при наличии расстояния между объектами. Примеры бесконтактных сил включают магнитные, электрические и гравитационные силы. С каждым из них объекты не должны соприкасаться, чтобы испытать неконтактную силу между ними.Например, магнит может притягивать или отталкивать другой магнит, вызывая изменение движения без соприкосновения магнитов. Точно так же электрически заряженный воздушный шар может заставить волосы встать дыбом, не касаясь волос. И, как известное предположение Исаака Ньютона, яблоко падает на землю, а Луна вращается вокруг Земли под действием силы тяжести. Во всех этих случаях сила силы зависит от расстояния между объектами.

Просматривая все примеры сил, показанные на слайде, спросите студентов: какие силы инженеры могут использовать в своих интересах? Как они могли это сделать? Например, инженеры используют силу сопротивления при разработке парашютов.

( слайд 6 ) Познакомьтесь с первым законом движения Ньютона, помогая ученикам переводить исходный язык Ньютона на «язык шестого класса». Убедитесь, что учащиеся не путают «все», имея в виду «каждый объект», со «всеми». Попросите студентов перевести формулировку Ньютона в более общее определение: «Если на объект не действует неуравновешенная сила, неподвижный объект остается в покое, а объект в движении остается в движении». Авторское право

Copyright © 2004 Microsoft Corporation, One Microsoft Way , Редмонд, WA 98052-6399 США.Все права защищены. http: //office.microsoft.com/en-us/images/results.aspx? qu = astronaut & ex = 1 # ai: MP

    8714 | mt: 2 |

    ( slide 7 ) Объект ускоряется только в том случае, если на него действует неуравновешенная сила (результирующая сила 0). Если силы, действующие на объект, уравновешены (или никакие силы не действуют на объект), то объект сохраняет свою скорость (если она не равна нулю). Подкрепите концепцию примерами; попросите студентов объяснить, как каждое изображение на слайде иллюстрирует первый закон движения Ньютона.

    • Пирамида – массивный объект, который не движется; нет неуравновешенных сил.
    • В космосе, когда астронавты движутся, они продолжают движение (вспомните кадры с международной космической станции).
    • Если переднее колесо байкера ударится о препятствие (например, бревно или бордюр), он перелетит руль.

    (необязательно) Обсудите невидимый велосипедный шлем, крутое инженерное изобретение, и покажите об этом видео продолжительностью 3:36. Видео можно интерпретировать как демонстрацию первого закона Ньютона в случае аварии велосипеда; видео на https: // www.youtube.com/watch?v=A9wGA9Bno68.

    ( слайд 8 ) Дайте элементарное объяснение векторов с акцентом на то, что силы складываются. Используйте анимированную диаграмму на этом слайде в качестве примера неуравновешенных сил. Начните с обсуждения целочисленной строки, которую ученики видели на уроке математики. Затем сориентируйте эту линию вертикально положительным углом вниз. Рассмотрим зонт, показанный на слайде; сила 3 ​​Н действует в отрицательном направлении, а сила 7 Н действует в положительном направлении.Две силы, действующие на зонт, неуравновешены, потому что они не складываются в ноль. Поскольку сила сопротивления воздуха меньше силы тяжести, возникает результирующая сила в положительном направлении, и зонт ускоряется в этом направлении.

    Перейдите к обсуждению сопротивления воздуха и того, что произошло бы в его отсутствие. В ситуации без сопротивления воздуха, если два объекта одновременно падают с одной и той же высоты, они одновременно ударяются о землю. (необязательно) Покажите студентам 47-секундный видеоролик « Падение пера и молота на Луне », на котором астронавт Аполлона делает демонстрацию во время космической прогулки в 1971 году по адресу: https: // www.youtube.com/watch?v=5C5_dOEyAfk. Это пример того, что происходит, когда нет силы сопротивления; молот и перо ударяются о землю одновременно, как предсказывала теория Галилея, согласно которой все объекты в данном гравитационном поле падают с одинаковой скоростью, независимо от массы – при отсутствии сопротивления среды, через которую они падают.

    ( слайд 9 ) Вернемся к концепции инерции. Инерцию впервые описал Галилео Галилей, «отец современной физики». Инерция описывает тот же принцип, что и первый закон движения Ньютона, но формулируется так: «Тело, движущееся по ровной поверхности, будет продолжать движение в том же направлении с постоянной скоростью, если его не трогают.«

    ( слайд 10 ) Проведите еще одну простую демонстрацию класса; используйте два яйца, чтобы продемонстрировать инерцию. Прокрутите сваренное вкрутую и сырое яйцо. Остановите каждый пальцем, затем быстро отпустите. Сваренное вкрутую яйцо остается неподвижным, а сырое яйцо снова вращается (желток продолжает вращаться внутри скорлупы). Объясните ученикам, что (невидимый, мягкий) желток продолжал вращаться.

    ( слайд 11 ) Просмотрите концепции дневного урока . Завершите презентацию быстрым обзором ключевых понятий, перечисленных на слайде, с пробелами, чтобы учащиеся могли дать ответы.Главный вывод для студентов состоит в том, что несбалансированные силы вызывают изменение движения объекта. Напомним, что существует множество различных сил, и что инженеры учитывают и используют эти силы в своих конструкциях.

    Завершите урок, выполнив выходной и домашнее задание, как описано в разделе «Оценка».

    Первый закон Ньютона – Законы Ньютона – Edexcel – GCSE Physics (Single Science) Revision – Edexcel

    Примеры объектов с неравномерным движением

    Первый закон Ньютона также можно использовать для объяснения движения объектов, движущихся с неравномерным движением .Сюда входят ситуации, когда изменяется скорость, изменяется направление или оба изменения. Например, когда автомобиль ускоряется, движущая сила двигателя больше, чем силы сопротивления. Результирующая сила не равна нулю.

    Другие примеры включают:

    • в начале бега бегун испытывает меньшее сопротивление воздуха, чем его тяга, поэтому он ускоряется
    • объект, который начинает падать, испытывает меньшее сопротивление воздуха, чем его вес, поэтому он ускоряется
    Если силы, действующие на объект, не уравновешены, результирующая сила не равна нулю.

    Силы на подводной лодке

    Подводная лодка, представленная выше, имеет как вертикальные, так и горизонтальные силы, действующие на нее.Горизонтальные силы не влияют на его вертикальное движение, а вертикальные силы не влияют на его горизонтальное движение.

    Горизонтальные силы равны по величине и противоположны по направлению. Они уравновешены, поэтому результирующая горизонтальная сила равна нулю. Это означает, что нет горизонтального ускорения. Вертикальные силы равны по величине и противоположны по направлению. Они уравновешены, поэтому результирующая вертикальная сила также равна нулю. Это означает отсутствие результирующего вертикального ускорения.

    Подводная лодка продолжит движение, оставаясь неподвижным или двигаясь с постоянной скоростью. Если подводная лодка движется, невозможно определить, в каком направлении она движется, только по силам, только то, что она будет продолжать движение в том же направлении с той же скоростью.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *