Закон ньютона 2 формулировка: формулы, определение, задачи / Блог / Справочник :: Бингоскул

Законы Ньютона. Второй закон Ньютона. Законы Ньютона

Изучение явлений природы на основании эксперимента возможно только при условии соблюдения всех этапов: наблюдение, гипотеза, эксперимент, теория. Наблюдение позволит выявить и сопоставить факты, гипотеза дает возможность дать им подробное научное пояснение, требующее экспериментального подтверждения. Проведение наблюдения за движением тел привело к интересному выводу: изменение скорости тела возможно только под действием другого тела.

К примеру, если быстро бежать по лестнице, то на повороте просто необходимо ухватиться за перила (изменение направления движения), либо приостановиться (изменением величины скорости), чтобы не столкнуться с противоположной стеной.

Наблюдения за аналогичными явлениями привело к созданию раздела физики, изучающего причины изменения скорости тел или их деформации.

Основы динамики

Ответить на сакраментальный вопрос о том, почему физическое тело движется тем или иным образом или покоится, призвана динамика.

Рассмотрим состояние покоя. Исходя из понятия относительности движения, можно сделать вывод: нет и не может быть абсолютно неподвижных тел. Любой предмет, будучи неподвижным по отношению к одному телу отсчета, движется относительно другого. К примеру, книга, лежащая на столе, неподвижна относительно стола, но если рассмотреть ее положение по отношению к проходящему человеку, то делаем естественный вывод: книга движется.

Поэтому законы движения тел рассматриваются в инерциальных системах отсчета. Что это такое?

Инерциальной называется система отсчета, в которой тело покоится или выполняет равномерное и прямолинейное движение при условии отсутствия воздействия на него иных предметов или объектов.

В приведенном выше примере система отсчета, связанная со столом, может быть названа инерциальной. Человек, движущийся равномерно и прямолинейно, может служить телом отсчета ИСО. Если его движение будет ускоренным, то связать с ним инерциальную СО нельзя.

По сути, такую систему можно соотнести с телами, жестко закрепленными на поверхности Земли. Однако сама планета не может служить телом отсчета для ИСО, так как равномерно вращается вокруг собственной оси. Тела на поверхности имеют центростремительное ускорение.

Что такое инерция?

Явление инерции напрямую связано с ИСО. Вспомните, что происходит, если движущийся автомобиль резко останавливается? Пассажиры подвергаются опасности, поскольку продолжают свое движение. Остановить его может кресло впереди либо ремни безопасности. Поясняют этот процесс инерцией пассажира. Так ли это?

Инерция – явление, предполагающее сохранение постоянной скорости тела при отсутствии воздействия на него других тел. Пассажир находится под действием ремней или кресел. Явление инерции здесь не наблюдается.

Объяснение кроется в свойстве тела, и, согласно ему, мгновенно изменить скорость того или иного предмета невозможно. Это – инертность. К примеру, инертность ртути в термометре позволяет опустить столбик, если мы встряхнем градусник.

Мерой инертности называют массу тела. При взаимодействии скорость быстрее меняется у тел с меньшей массой. Столкновение автомобиля с бетонной стеной для последней протекает практически бесследно. Автомобиль чаще всего претерпевает необратимые изменения: меняется скорость, происходит значительная деформация. Получается, что инертность бетонной стены значительно превышает инертность автомобиля.

Возможно ли в природе встретиться с явлением инерции? Условие, при котором тело находится без взаимосвязи с другими телами – глубокий космос, в котором движется космический корабль с выключенными двигателями. Но даже в этом случае гравитационный момент присутствует.

Основные величины

Изучение динамики на экспериментальном уровне предполагает проведение опыта с измерениями физических величин. Наиболее интересны:

• ускорение как мера быстроты изменения скорости тел; обозначают ее буквой а, измеряют в м/с²;
• масса как мера инертности; обозначена литерой m, измеряется в кг;
• сила как мера взаимного действия тел; обозначается чаще всего буквой F, измеряется в Н (ньютонах).

Взаимосвязь этих величин изложена в трех закономерностях, выведенных величайшим английским физиком. Законы Ньютона призваны объяснить сложности взаимодействия различных тел. А также процессы, ими управляющие. Именно понятия “ускорение”, “сила”, “масса” законы Ньютона связывают математическими соотношениями. Попробуем разобраться, что же это значит.

Действие только одной силы – явление исключительное. К примеру, искусственный спутник, движущийся по орбите вокруг Земли, находится под действием только силы притяжения.

Равнодействующая

Действие нескольких сил можно заменить одной силой.

Геометрическая сумма сил, воздействующих на тело, именуется равнодействующей.

Речь идет именно о геометрической сумме, поскольку сила – векторная величина, которая зависит не только от точки приложения, но и от направления действия.

К примеру, если необходимо передвинуть достаточно массивный шкаф, то можно пригласить друзей. Совместными усилиями достигается желаемый результат. Но можно пригласить только одного, очень сильного человека. Его усилие равно действию всех друзей. Сила, приложенная богатырем, может быть названа равнодействующей.

Законы движения Ньютона формулируются на основании понятия «равнодействующая».

Закон инерции

Начинают изучать законы Ньютона с наиболее часто встречающегося явления. Первый закон обычно называют законом инерции, поскольку он устанавливает причины равномерного прямолинейного движения или состояния покоя тел.

Тело перемещается равномерно и прямолинейно или покоится, если на него не осуществляют действия силы, либо это действие скомпенсировано.

Можно утверждать, что равнодействующая в этом случае равна нулю. В таком состоянии находится, к примеру, движущийся с постоянной скоростью автомобиль на прямолинейном участке дороги. Действие силы притяжения скомпенсировано силой реакции опоры, а сила тяги двигателя по модулю равна силе сопротивления движению.

Люстра на потолке покоится, так как сила тяжести скомпенсирована силой натяжения ее креплений.

Скомпенсированными могут быть только те силы, которые приложены к одному телу.

Второй закон Ньютона

Идем далее. Причины, вызывающие изменение скорости тел, рассматривает второй закон Ньютона. О чем он говорит?

Равнодействующая сил, воздействующих на тело, определяется как произведение массы тела на приобретаемое под действием сил ускорение.

2 закон Ньютона (формула: F=ma), к сожалению, не устанавливает причинно-следственных связей между основными понятиями кинематики и динамики. Он не может с точностью указать, что является причиной появления ускорения тел.

Сформулируем иначе: ускорение, получаемое телом, прямо пропорционально равнодействующей сил и обратно пропорционально массе тела.

Так, можно установить, что изменение скорости происходит только в зависимости от силы, приложенной к нему, и массы тела.

2 закон Ньютона, формула которого может быть и такой: a = F/m, в векторном виде считают основополагающим, поскольку он дает возможность установить связь между разделами физики. Здесь, a – вектор ускорения тела, F – равнодействующая сил, m – масса тела.

Ускоренное движение автомобиля возможно, если сила тяги двигателей превышает силу сопротивления движению. С увеличением силы тяги возрастает и ускорение. Грузовые автомобили снабжаются двигателями большой мощности, ведь их масса значительно превышает массу легкового авто.

Болиды, созданные для скоростных гонок, облегчаются таким образом, что на них закрепляется минимум необходимых деталей, а мощность двигателей увеличивается до возможных пределов. Одной из важнейших характеристик спортивных авто является время разгона до 100 км/ч. Чем меньшее этот интервал времени, тем лучше скоростные свойства болида.

Закон взаимодействия

Законы Ньютона, основанные на силах природы, утверждают, что любое взаимодействие сопровождается появлением пары сил. Если шар висит на нити, то испытывает ее действие. При этом нить также растягивается под действием шара.

Завершает законы Ньютона формулировка третьей закономерности. Вкратце это звучит так: действие равно противодействию. Что это значит?

Силы, с которыми тела воздействуют друг на друга, равны по величине, противоположны по направлению и направлены вдоль линии, соединяющей центры тел. Интересно, что скомпенсированными их назвать нельзя, ведь действуют они на разные тела.

Применение законов

Знаменитая задача «Конь и телега» может поставить в тупик. Конь, запряженный в упомянутую повозку, сдвигает ее с места. В соответствии с третьим законом Ньютона, эти два объекта действуют друг на друга с равными по модулю силами, но на практике лошадь может сдвинуть телегу, что не укладывается в основы закономерности.

Решение найдется, если учесть, что эта система тел не замкнута. Дорога оказывает свое действие на оба тела. Сила трения покоя, действующая на копыта коня, превышает по значению силу трения качения колес телеги. Ведь момент движения начинается с попытки сдвинуть повозку. Если положение изменится, то конь ни при каких условиях не сдвинет её с места. Его копыта будут проскальзывать по дороге, и движения не будет.

В детстве, катая друг друга на санках, каждый мог столкнуться с таким примером. Если на санки сядут два-три ребенка, то усилий одного явно недостаточно, чтобы сдвинуть их с места.

Падение тел на поверхность земли, объясняемое Аристотелем («Каждое тело знает свое место») можно опровергнуть на основании вышеизложенного. Предмет движется к земле под действием такой же силы, что и Земля к нему. Сравнив их параметры (масса Земли намного больше массы тела), в соответствии со вторым законом Ньютона, утверждаем, что ускорение предмета во столько же раз больше ускорения Земли. Мы наблюдаем именно изменение скорости тела, Земля не смещается с орбиты.

Границы применимости

Современная физика законы Ньютона не отрицает, а лишь устанавливает границы их применимости. До начала XX века физики не сомневались в том, что эти законы объясняют все явления природы.

1, 2, 3 закон Ньютона полностью выявляет причины поведения макроскопических тел. Движение объектов с незначительными скоростями полностью описывается этими постулатами.

Попытка пояснить на их основании движение тел со скоростями, близкими к скорости света, обречена на провал. Полное изменение свойств пространства и времени при этих скоростях не позволяет использовать динамику Ньютона. Кроме того, законы меняют свой вид в неинерциальных СО. Для их применения вводится понятие силы инерции.

Пояснить движение астрономических тел, правила их расположения и взаимодействия могут законы Ньютона. Закон всемирного тяготения вводится с этой целью. Увидеть же результат притяжения малых тел невозможно, ведь сила мизерна.

Взаимное притяжение

Известна легенда, согласно которой господина Ньютона, сидевшего в саду и наблюдавшего падение яблок, посетила гениальная идея: объяснить движение предметов вблизи поверхности Земли и движение космических тел на основании взаимного притяжения. Это не так далеко от истины. Наблюдения и точный расчет касались не только падения яблок, но и перемещения Луны. Закономерности этого движения приводят к выводам, что сила притяжения возрастает с увеличением масс взаимодействующих тел и уменьшается с увеличением расстояния между ними.

Опираясь на второй и третий законы Ньютона, закон всемирного тяготения формулируют следующим образом: все тела во вселенной притягиваются друг к другу с силой, направленной вдоль линии, соединяющей центры тел, пропорциональной массам тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между центрами тел.

Математическая запись: F = GMm/r², где F – сила притяжения, M, m – массы взаимодействующих тел, r – расстояние между ними. Коэффициент пропорциональности (G = 6.62 х 10^-11 Нм²/кг²) получил название гравитационной постоянной.

Физический смысл: эта постоянная равна силе притяжения между двумя телами массами по 1 кг на расстоянии 1 м. Понятно, что для тел небольших масс сила столь незначительна, что ею можно пренебречь. Для планет, звезд, галактик сила притяжения настолько огромна, что полностью определяет их движение.

Именно закон притяжения Ньютона утверждает, что для запуска ракет необходимо топливо, способное создать такую реактивную тягу, чтобы преодолеть влияние Земли. Скорость, необходимая для этого – первая космическая скорость, равная 8 км/с.

Современная технология изготовления ракет позволяет запускать беспилотные станции как искусственные спутники Солнца к другим планетам, чтобы их исследовать. Скорость, развиваемая таким аппаратом, – вторая космическая скорость, равная 11 км/с.

Алгоритм применения законов

Решение задач динамики подчиняется определенной последовательности действий:

• Провести анализ задачи, выявить данные, вид движения.
• Выполнить рисунок с указанием всех сил, действующих на тело, и направления ускорения (при его наличии). Выбрать систему координат.
• Записать первый или второй законы, в зависимости от наличия ускорения тела, в векторной форме. Учесть все силы (равнодействующая сила, законы Ньютона: первый, если скорость тела не меняется, второй, если есть ускорение).
• Уравнение переписать в проекциях на выбранные оси координат.
• Если полученной системы уравнений недостаточно, то записать иные: определения сил, уравнения кинематики и т. п.
• Решить систему уравнений относительно искомой величины.
• Выполнить проверку размерностей, чтобы определиться с правильностью полученной формулы.
• Вычислить.

Обычно этих действий вполне достаточно для решения любой стандартной задачи.

Законы Ньютона – презентация онлайн

Похожие презентации:

Влияния состава и размера зерна аустенита на температуру фазового превращения и физико-механические свойства сплавов

Газовая хроматография

Геофизические исследования скважин

Искусственные алмазы

Трансформаторы тока и напряжения

Транзисторы

Воздушные и кабельные линии электропередач

Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса

Магнитные аномалии

Нанотехнологии

1.

УРОК ФИЗИКИЗадание по физике:
1. Разобрать материал, предложенный в презентации;
2. оформить конспект в тетради
Законы
Ньютона

2. КАКИЕ МЫ ЗНАЕМ ВИДЫ ДВИЖЕНИЯ

• 1. Равномерное прямолинейное
( скорость постоянна по величине и
направлению)
• 2. Равноускоренное прямолинейное
( скорость меняется, ускорение
постоянно)
• 3. Криволинейное движение
( меняется направление движения)

3. Зачем нужна динамика

• Кинематика позволяет определить
вид движения, но не объясняет
почему тело движется так, а не
иначе?
3

4. В ЧЕМ ПРИЧИНА ДВИЖЕНИЯ ?

• Аристотель – движение возможно только
под действием силы; при отсутствии сил
тело будет покоится.
• Галилей – тело может сохранять движение
и в отсутствии сил. Сила необходима для
того чтобы уравновесить другие силы,
например, силу трения
• Ньютон – сформулировал законы
движения

6. УПРОЩЕНАЯ ФОРМУЛИРОВКА ЗАКОНОВ НЬЮТОНА

• Тело находится в покое или движется
равномерно и прямолинейно, если действие
других тел скомпенсированы (уравновешены)
• Ускорение движущегося тела
пропорционально сумме приложенных к нему
сил и обратно пропорционально его массе.
При взаимодействии двух тел, силы равны по
величине и противоположны по направлению.

7. СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА

• Инерциальные – системы отсчета, в
которых выполняется закон инерции
(тело отсчета покоится или движется
равномерно и прямолинейно)
• Неинерциальные – закон не выполняется
( система движется неравномерно или
криволинейно)

8. Примеры выполнения первого закона Ньютона

• 1.
2.
• 3.
4.
• 5.
1.Земля – опора
2.Земля – нить
3. Земля – воздух
4. Земля – двигатель
5. Действия нет
тело в покое
v=0
движение
равномерное
прямолинейное
v = const
Ньютон
Первый
закон
Физическая
система
Модель
Макроскопическое тело
Описываемое
явление
Суть закона
Второй
закон
Материальная точка
Состояние
покоя или РПД
Если F = 0,
то V – const
Примеры Движение метепроявления орита вдали от
притягивающих
тел
Движение с
ускорением
F
a
m
Движение
планет,
падение тел на
Землю, разгон
машины
Третий
закон
Система двух
тел
Система двух
материальных
точек
Взаимодействие
тел
F12 = – F21
Взаимодействие
Солнца и Земли,
Земли и Луны,
машины и дороги

10.

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

11. ОБЪЯСНИМ ОПЫТЫ

12. С И Л А

• Сила – это количественная мера
взаимодействия тел. Сила является
причиной изменения скорости тела.
В механике Ньютона силы могут иметь
различную физическую причину: сила
трения, сила тяжести, упругая сила и т. д.
Сила является векторной величиной.
Векторная сумма всех сил, действующих
на тело, называется равнодействующей
силой.

13. ХАРАКТЕРИСТИКИ СИЛЫ

1. Модуль
2. Направление
3. Точка приложения
Обозначается буквой F
Измеряется в ньютонах (Н)
Прибор для измерения силы – динамометр

14.

РАВНОДЕЙСТВУЮЩАЯ ДВУХ СИЛ

15. ТРЕТИЙ ЗАКОН НЬЮТОНА

Особенности закона:
1. Силы возникают парами
2. Возникающие силы одной природы
3. Силы приложены к различным телам,
поэтому не уравновешивают друг друга

16. В Ы В О Д

ВЫВОД
• 1. F = 0
РПД
(a = 0, v = const)
если равнодействующая сила равна нулю
то тело покоится или движется
равномерно и прямолинейно
• 2. F ≠ 0
РУД
( a = F/m )
если силы нескомпенсированы, то тело
движется равноускоренно

17. ЗАДАЧА 1

• Тело массой 4кг движется в соответствии с
приведенным графиком. Вычислить
V,м/с
действующую силу и
5
определить вид
1
движения.
0
4
7 9
t,c

18. РЕШЕНИЕ

v v
5 1
a
;a
1м / с
• 1. F1 = ma1
t
4
F1 = 4кг·1м/с²=4Н
движение равноускоренное
• 2. v1 = v2 = 5м/с – не меняется, а2 = 0 F2 = 0
движение равномерное
v3 v2
0 5
2
a
;
a
2
,
5
м
/
с
• 3. F3 = ma3
3
3
t3
2
F3 = 4кг·(- 2,5м/с²) = -10Н
движение равнозамедленное
1
0
1
2

19. ЗАДАЧА 2

• Сила тяги ракетного двигателя
первой ракеты на жидком топливе
равнялась 660 Н, масса ракеты 30 кг.
Какое ускорение приобрела ракета во
время старта?

20. АНАЛИЗ ЗАДАЧИ

• 1. Сколько сил действуют на ракету?
• 2. Как они направлены?
• 3. Какая сила совпадает по направлению с
ускорением?
• 4. Чему равна равнодействующая всех
сил?
• 5. Как записать уравнение второго закона
Ньютона?

21. ЗАДАЧА 2

• Дано:
Решение
m = 30кг ma = FТЯГ – FT
Fтяг = 660Н FT = mg
а-?
FТЯГ
а
FТ
Fтяг mg
660 H 10 м / с 2 30кг
a
;a
12 м / с 2
m
30кг
Ответ: 12м/с²

22. ЗАДАЧА 3

• Мальчик массой 40кг качается на
качелях, длина которых 2м.
Найдите силу давления на качели при
прохождении нижней точки, если
скорость в этот момент равна 3м/с.

23. ЗАДАЧА 3

• Дано:
Решение
N
a
m = 40кг N – сила реакции опоры
R = 2м
ma = N – FT ( II з. Ньютона) F
v = 3м/с N = ma + FT Р = – N ( III з. Ньютона)
P -?
a = v²/R – центростремительное
ускорение
Р = 40·10+40·3²/2 =400+180=580H
Ответ: 580Н
T

24. Учитель Кононов Геннадий Григорьевич

• СОШ № 29 Славянский район
Краснодарского края

English     Русский Правила

Законы Ньютона – Физика – Презентации

Законы Ньютона

10класс Цгоева З.Ф учитель Физики

5klass.net

Цель урока :

Обобщить и закрепить знания учащихся по теме «Законы Ньютона». Подготовить учащихся к решению задач по данной теме.

Динамика – раздел механики, изучающий причины возникновения и изменения механического движения

Основы динамики составляют три закона Ньютона, являющиеся результатом обобщения наблюдений и опытов в области механических явлений.

Законы механики Ньютона относятся к точке, обладающей массой – материальной точке.

Как можно изменить скорость тела?

Скорость тела изменяется, если на него

действуют другие тела!!!

Если действий со стороны других тел на тело нет, то ускорение тела равно нулю, то есть тело будет покоится или двигаться с постоянной скоростью

Неинерциальные системы отсчета

Инерциальные системы отсчета

Системы отсчета, относительно которых тела движутся с постоянной скоростью при компенсации внешних воздействий.

Закон инерции выполняется.

Системы отсчета, относительно которых тела движутся с ускорением, не вызванным действием на него других тел.

Закон инерции не выполняется.

I закон Ньютона

Существуют системы отсчета, называемые инерциальными, относительно которых тело движется прямолинейно и равномерно, если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано

.

Однажды Лебедь, Рак да Щука

Везти с поклажей воз взялись,

И вместе трое все в него впряглись;

Из кожи лезут вон, а возу все нет ходу !

?

Почему воз остается

в покое?

F 1

60 0

F

F 2

F 3

Инерция –

явление сохранения скорости тела

при отсутствии действия на него других тел.

Сила – количественная мера действия тел друг на друга, в результате которого тела получают ускорение или испытывают деформацию.

Сила характеризуется модулем, направлением и точкой приложения

Сила – векторная величина

1Н-сила, которая сообщает телу массой 1кг ускорение 1 в направлении действия силы.

II закон Ньютона

Ускорение тела прямо пропорционально

силе, действующей на него, и обратно пропорционально его массе.

Принцип суперпозиции сил: если на тело одновременно действуют несколько сил, то ускорение тела будет пропорционально геометрической сумме всех этих сил.

Особенности II закона :

• Верен для любых сил.
• Если на тело действует несколько сил, то берется равнодействующая.
• Если F = 0, то а = 0, v = const (I закон Ньютона)

Найдите построением равнодействующую сил

F 2

F 2

F 1

F 1

F 2

F 2

F 1

F 1

F 3

III закон Ньютона

Силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулю и направлены по одной прямой в противоположные стороны

Особенности III закона :

• Проявляются парами
• Силы одной природы
• Силы не компенсируют друг друга, так как приложены к разным телам.

N

P

?

Из формулировки III закона Ньютона следует, что яблоко и Земля притягиваются с силами, равными по модулю. Почему яблоко падает на Землю, а не Земля на яблоко?

Принцип относительности Галилея

Все механические процессы протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета.

?

Проверь себя

1. Парашютист спускается вертикально с постоянной скоростью 2 м/с. Систему отсчета, связанную с Землей, считать инерциальной. В этом случае

1)

2)

вес парашютиста равен нулю

сила тяжести, действующая на парашютиста, равна нулю

3)

сумма всех сил, приложенных к парашютисту, равна нулю

4)

сумма всех сил, действующих на парашютиста, постоянна и не равна нулю

2. Самолет летит по прямой с постоянной скоростью на высоте 9 000 м. Систему отсчета, связанную с Землей, считать инерциальной. В этом случае

1)

2)

на самолет не действует сила тяжести

3)

на самолет не действуют никакие силы

сумма всех сил, действующих на самолет, равна нулю

4)

сила тяжести равна силе Архимеда, действующей на самолет

3 .

4.

5 .

6. На рис.А показаны направления скорости и ускорения тела в данный момент времени.

Какая из стрелок (1- 4) на рис. Б соответствует направлению результирующей всех сил, действующих на тело.

1) 1; 2) 2; 3) 3; 4) 4.

7. Ракетный двигатель первой отечественной экспериментальной ракеты на жидком топливе имел силу тяги 660 Н. Стартовая масса ракеты была равна 30 кг. Какое ускорение приобретала ракета во время старта?

1) 12 м/с 2 ; 2) 32 м/с 2 ; 3) 10 м/с 2 ; 4) 22 м/с 2

8. Скорость лыжника при равноускоренном спуске с горы за 4 с увеличилась на 6 м/с. Масса лыжника 60 кг. Равнодействующая всех сил, действующих на лыжника, равна

1) 20 Н ; 2) 30 Н; 3) 60 Н ; 4) 90 Н

9. В инерциальной системе отсчета движутся два тела. Первому телу массой m сила F сообщает ускорение a . Чему равна масса второго тела, если вдвое меньшая сила сообщила ему в 4 раза бóльшее ускорение?

1) 2m; 2) ; 3) ; 4) m.

10.

11.

12.

Д/з: § 20-27

Заполнить обобщающую таблицу

I Закон Ньютона

Формулировка

II Закон Ньютона

Математическая

запись

III Закон Ньютона

Рисунок

Описываемое явление

Особенности

Примеры проявления

Что такое второй закон движения Ньютона? (Видео)

Привет и добро пожаловать в это видео о втором законе движения Ньютона ! В этом видео мы рассмотрим второй закон Ньютона, сравним его с его первым законом и рассмотрим пару простых, распространенных приложений. Давайте начнем!

Второй закон Ньютона гласит, что ускорение объекта прямо пропорционально приложенной внешней силе и косвенно пропорционально его массе. Другими словами, большая сила создает большее ускорение для данной массы, но большая масса означает меньшее ускорение от данной силы.

Второй закон Ньютона обычно записывается в виде \(F=ma\), где \(F\) – чистая внешняя сила, заставляющая массу \(m\) испытывать ускорение \(a\) . Поскольку \(m\) является положительной величиной, вектор ускорения указывает в том же направлении, что и чистый вектор внешней силы.

Второй закон Ньютона можно рассматривать как расширение первого закона для ситуации, когда сумма чистых внешних сил отлична от нуля. Как и в первом законе Ньютона, внутренние силы не учитываются, и его можно применять только в инерциальной системе отсчета.

Давайте рассмотрим как одномерный, так и двумерный пример, чтобы проиллюстрировать некоторые применения второго закона Ньютона.

Допустим, кто-то толкает пианино по сцене. В этом примере нас интересует момент, когда человек толкает пианино с достаточной силой, чтобы заставить его двигаться.

Создадим ситуацию, в которой выполняется первый закон; то есть ситуация поступательного равновесия.

Силы в направлении \(y\), как мы видели, являются силой тяжести, направленной вниз, и силой, толкающей пол вверх. В направлении \(x\) у нас есть сила толчка человека в положительном направлении \(x\) и сила отталкивания пианино в отрицательном направлении \(x\).

Когда человек толкает с силой, достаточной для преодоления сил трения, препятствующих движению, скорость пианино переходит от нулевой к ненулевой скорости, и любое изменение скорости представляет собой ускорение.

Таким образом, во время изменения скорости суммарная внешняя сила вызывает ускорение, и вступает в силу второй закон Ньютона.

Для завершения давайте добавим в наше уравнение несколько чисел, чтобы получить представление о числовом значении ускорения.

Допустим, сила трения между колесами и полом составляет 10 ньютонов, а общее трение в подшипниках колес составляет 10 ньютонов. {2}\) для ускорения. 9{2}}=\text{ }a\)

 

Мы только что использовали второй закон Ньютона для расчета ускорения фортепиано в одном направлении при наличии внешних сил. Теперь, когда мы знаем ускорение, предполагая, что оно постоянно на основе приложенных постоянных внешних сил, мы могли бы использовать уравнения движения с постоянным ускорением для расчета времени движения и конечной скорости, учитывая начальную скорость и начальное и конечное положения. На самом деле, зная эти три уравнения движения для постоянного ускорения, вы можете найти любые три неизвестных, учитывая другие параметры.

Давайте рассмотрим двухмерный пример, используя второй закон Ньютона. В этом примере мы также будем использовать статическую инерциальную систему отсчета, фиксированную относительно начала нашей массы.

Представьте, что вы участвуете в трехстороннем перетягивании каната. Каждый человек отстоит от другого на 120 градусов, а ось \(х\) выровнена с одним из «воинов».

Представьте себе, что сначала все люди тянут с одинаковой силой, а движения нет, поэтому применяется первый закон Ньютона. Мы можем использовать векторную математику, чтобы показать компоненты силы от каждого человека в направлениях \(x\) и \(y\), начиная с человека справа. Мы видим, что вся их сила направлена ​​в направлении \(x\), поэтому сила в направлении \(y\) равна нулю.

Сила от человека 2 имеет компоненты в направлениях \(x\)– и \(y\), как показано на рисунке. Точно так же сила от человека 3 должна быть разбита на ее \(x\)- и \(y\)-компоненты, как показано.

Если мы сформулируем законы Ньютона для трех сил, мы увидим, что выполняется первый закон Ньютона.

{\circ})=F(\frac{\sqrt{3}}{2})\)

человек	Силы в X-направлении	Силы в направлении Y
1
1
1
1

 

\(F_{(net_x\)}=F_{(P1_x\)}+F_ {(P2_x\)}+F_{(P3_x\)}\)
 
\(F_{(net_y\)}=F_{(P1_y\)}+F_{(P2_y\)}+F_{(P3_y\) }\)
 
\(F_{net_x}=F+F(-\frac{1}{2})+F(-\frac{1}{2})=0\)
 
\(F_{net_y }=0+F(\frac{\sqrt{3}}{2})+F(-\frac{\sqrt{3}}{2})=0\)

 

Предположим, что человек выровненный с осью \(x\) импульсивно тянет с силой, в 1,3 раза превышающей силу других. Используя второй закон Ньютона, мы можем вычислить ускорение центра и двух людей слева. Предположим, что каждый человек имеет одинаковую массу 50 кг, а веревка имеет пренебрежимо малую массу. Тогда масса системы 150 кг. Теперь предположим, что \(F\) равно 100 ньютонам. Подставляя эти значения в уравнение силы в направлении \(x\) и упрощая, мы можем вычислить ускорение. 9{2}=a\)

 

Интуитивно мы знаем, что направление ускорения лежит вдоль положительной оси \(x\), а второй закон Ньютона дает количественное значение ускорения, которое мы вычислили как ноль целых два метра в секунду в квадрате.

Мы только что видели простые одномерные и двумерные приложения второго закона Ньютона. Применяя эти принципы к более сложным примерам, имейте в виду, что концепции те же, но алгебра может быть немного сложнее. Тем не менее законы Ньютона можно использовать для расчета движения всех тел в пространстве, если они движутся в инерциальной системе отсчета.

---

В завершение давайте ответим на несколько вопросов для обзора!

1. Верно или неверно: в отличие от первого закона Ньютона, второй закон Ньютона справедлив для тел, движущихся как в инерциальной, так и в неинерциальной системе отсчета.

 

2. Верно или неверно: второй закон Ньютона справедлив только для тел с постоянным ускорением.

 

3. Рассчитайте ускорение тела на диаграмме при указанных параметрах, считая, что масса не отрывается от земли. Также рассчитайте усилие от пола.

 

А вот и правильный расчет силы от пола:

На этом обзоре все. Спасибо за просмотр и удачной учебы!

Второй закон Ньютона | bartleby

Что такое закон Ньютона?

Законы движения Ньютона описывают взаимосвязь между движением объекта и силами, действующими на него. Закон движения Ньютона имеет два типа: 

Второй закон движения Ньютона 

Второй закон Ньютона гласит, что ускорение объекта, создаваемое результирующей силой, прямо пропорционально величине результирующей силы в том же направлении. как чистая сила и обратно пропорциональна массе объекта.

Второй закон движения описывает, что происходит с массивным телом под действием внешней силы. Второй закон движения гласит, что сила, действующая на тело, равна произведению его массы на ускорение.

Предположим, что P — импульс, m — масса, t — время, u — начальная скорость, v — конечная скорость, a — ускорение.

F∝dPdt∝mv−mut∝m(v−u)t∝ma

F=kma

В уравнении k – константа пропорциональности, и она равна единице, когда значения взяты в SI Ед. изм. Следовательно, окончательное выражение будет

F=ma

Из приведенного выше описания  

Второй закон Ньютона гласит, что скорость изменения количества движения прямо пропорциональна приложенной к телу силе.

F∝dPdt

F∝d(mv)dt

Путем удаления константы пропорциональности уравнение может быть возвращено следующим образом:

F=m dvdt+v dmdt

Для постоянной массы 90 Всякий раз, когда велосипед едет из точки 1 в 2, он имеет скорость и массу v1, v2 и m1, m2

Так как масса автомобиля больше, то масса массы топлива берется постоянно.

 F=m dvdtk

Так как скорость изменения скорости называется ускорением.

k=1 для m=1 и a=1

F=ma

Где F — результирующая сила, действующая на тело, m — масса тела, a — ускорение тела.

Из второго закона движения Ньютона можно сказать, что ускорение тела прямо пропорционально; результирующая сила, действующая обратно пропорционально массе тела.

a∝Fa∝1m

Для переменной массы

 Для изменения массы ракеты или полета от одной точки к другой постоянная масса не может быть принята.

P=mv

Дифференцирование обеих сторон по t

dpdt=d(mv)dt

F=mdvdt+vdmdt

Здесь масса непостоянна, здесь масса переменна, поэтому мы используем ее. Как правило, в случае с ракетным двигателем мы видим концепцию переменной массы.

Единица силы 

Стандартная метрическая единица силы определяется приведенным ниже уравнением. Один ньютон определяется как количество силы, необходимой для придания массе в один кг ускорения 1 м/с9. 0222 2 .

1 Ньютон = 1 кг·м/с2

Направление чистой силы и ускорения 

Направление ускорения совпадает с направлением чистой силы 

Пример. скорость, приводящая к увеличению ускорения, в этом случае и результирующая сила, и ускорение действуют в направлении движения вперед.

Результаты второго закона

1. Во втором законе, если F=0 подразумевает F=0, мы можем сказать, что второй закон следует первому закону.

2. Второй закон движения является векторным законом. Мы можем решить это для трех компонентов.

Fx=dpxdt=max ,Fy=dpydt=may ,Fz=dpzdt=maz

Это уравнение объясняет, что если сила не параллельна скорости тела, а составляет с ней некоторый угол, то в результате это только изменяет составляющую скорости вдоль направления силы. Составляющая скорости, нормальная к силе, остается неизменной. Чтобы понять это, мы можем взять движение снаряда, при котором горизонтальная составляющая скорости остается неизменной.

Из второго закона можно вывести импульс  

Практическая демонстрация импульса 

Иногда мы сталкиваемся с примерами, когда большая сила действует в течение очень короткого времени, вызывая конечное изменение импульса тела. Например, когда петух ударяет по бите для бадминтона и возвращается обратно, сила, действующая на петуха со стороны мяча, действует в течение очень короткого времени, когда они соприкасаются, но эта сила достаточно велика, чтобы изменить импульс петуха. Часто в таких ситуациях силу и продолжительность трудно определить по отдельности. Однако произведение силы на время, представляющее собой изменение импульса тела, остается измеримой величиной. Этот продукт называется импульсным: 

Большая сила, действующая в течение короткого времени и производящая конечное изменение импульса, называется импульсной силой 

Математическое уравнение для импульсной силы 

∫12dp=∫12F. dt

Здесь F указывает вектор силы, а dp указывает импульс 

Дж=∫12F. dt

Дж означает импульс 

Единица измерения импульса 

Дж=1Н×1с=1 нс

Ньютон-секунда – единица измерения импульса) 

Примеры решения второго закона Ньютона 

1. Если есть брусок массой 2 кг, и на него действует сила 20 Н в положительном направлении х и сила 40 Н в отрицательном направлении х, то каково будет его ускорение?

Fnet=20−40=−20 N

(приложенная сила равна 20 N в отрицательном направлении x)

м= 2 кг (приложенная масса равна 2 кг)

Второй закон Ньютона утверждает

F=ma-20= 2×aa=−202=−10 м/с2

ускорение блока составляет 10 м/с2 в отрицательном направлении x, отрицательный знак указывает, что направление ускорения противоположно направлению блока, что приводит к замедлению 

2) Игрок с битой отбивает мяч прямо в направлении боулера, не изменяя его начальной скорости 15 м/с. Если масса мяча 0,10 кг, определите импульс, сообщаемый мячу. (Предположим, что мяч движется прямолинейно)

Согласно второму закону Ньютона импульс равен изменению импульса

J= m1v1- m2v2

v1so

v2=-15 м/сДж = 0,10×15+0,10×15Дж =2,25 НС

Применение второго закона Ньютона 

Бросание мяча 

Когда мы бросаем мяч, мы прикладываем силу в определенном направлении, в котором он будет двигаться. Кроме того, чем сильнее брошен мяч, тем большую силу мы прикладываем к нему и тем дальше он улетит.

Толкать холодильник 

В доме легче толкать пустой холодильник, чем загруженный. Большая масса требует большей силы для ускорения.

Два бегущих человека

Если среди двух бегущих людей один тяжелее другого, то тот, который весит больше, будет бежать медленнее, потому что ускорение человека, который весит меньше, больше.

Два брошенных мяча

Если с крыши здания сбросить два мяча, один теннисный, а другой футбольный, человеку на земле будет легче поймать теннисный мяч, чем футбольный. Таким образом, масса тела является важным параметром, определяющим влияние силы на его движение

Контекст и приложения 

Этот закон имеет важное значение в повседневной жизни, что невероятно ценно для ученых, инженеров-механиков, изобретателей и т. д. у вас есть пошаговые решения для миллионов проблем с учебниками, эксперты в любой области готовы к работе 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, когда вы в тупике, и многое другое.

Ознакомьтесь с примером решения вопросов и ответов по физике здесь!

*Время ответа зависит от темы и сложности вопроса. Среднее время отклика составляет 34 минуты для платных подписчиков и может быть больше для рекламных предложений.

Законы движения Ньютона. Словарь

Изучение слов с помощью карточек и другие виды деятельности

Другие учебные занятия

Практика Ответьте на несколько вопросов по каждому слову. Используйте это, чтобы подготовиться к следующему тесту! Vocabulary JamСоревнуйтесь с другими командами в режиме реального времени, чтобы увидеть, кто правильно ответит на большинство вопросов! Проверка орфографии Проверьте свою орфографическую хватку. Прочитайте определение, послушайте слово и попробуйте написать его!

Инструменты для обучения

Викторина Создавайте и назначайте тесты своим ученикам, чтобы проверить их словарный запас. Назначайте занятия Назначайте учебные задания, включая практику, Vocabulary Jams и Spelling Bees, своим ученикам, и следите за их прогрессом в режиме реального времени.

1. ненулевой

   без нуля

   Это означает, что при отсутствии ненулевая результирующая сила, центр масс тела либо остается в покое, либо движется с постоянной скоростью.

2. коллинеарный

   лежит на одной линии

   Третий закон: взаимные силы действия и противодействия между двумя телами равны, противоположны и коллинеарно .

3. центр массы

   точка, представляющая среднее положение вещества в теле

   Это означает, что в отсутствие ненулевой результирующей силы центр масс тела либо остается в покое, либо движется с постоянной скоростью.

4. классическая механика

   раздел механики, основанный на законах движения Ньютона

   Законы движения Ньютона — это три физических закона, которые составляют основу классическая механика .

5. закон движения

   один из трех основных законов классической механики

   Ньютона законов движения — это три физических закона, которые составляют основу классической механики.

6. обратно

   в обратном или обратном порядке

   Второй закон: Тело массой m, на которое действует результирующая сила F, испытывает ускорение a, имеющее то же направление, что и сила, и величина, прямо пропорциональная силе и обратно пропорционально массе, т. е.

7. пропорциональный

   с постоянным коэффициентом

   Второй закон: Тело массой m, на которое действует результирующая сила F, испытывает ускорение a, имеющее то же направление, что и сила, и величину, прямо пропорционально силе и обратно пропорционально массе, т. е.

8. 19″> несбалансированный

   быть или выброшено из равновесия

   Они выражались по-разному на протяжении почти трех столетий[2] и могут быть обобщены следующим образом: Первый закон: Каждое тело остается в состоянии постоянной скорости, если на него не воздействуют внешние воздействия. неуравновешенная сила .[3][4][5]

9. производная

   соединение, полученное из другого соединения

   Альтернативно, полная сила, приложенная к телу, равна времени производная импульса тела.

10. линейный

    с одним измерением

    Альтернативно, полная сила, приложенная к телу, равна производной по времени от линейный импульс тела.

11. ускорение

    увеличение скорости изменения

    Второй закон: тело массой m под действием результирующей силы F испытывает ускорение a, имеющее то же направление, что и сила, и величина, прямо пропорциональная силе и обратно пропорциональная массе, т. е.

12. скорость

    расстояние, пройденное за единицу времени в одном направлении

    Они выражались по-разному на протяжении почти трех столетий[2] и могут быть обобщены следующим образом: Первый закон: Каждое тело остается в состоянии постоянной 90 354, скорость 90 355, если на нее не действует внешняя неуравновешенная сила.[3][4][5]

13. реакция

    идея, навеянная каким-то опытом

    Третий закон: взаимные силы действия и реакции между двумя телами равны, противоположны и коллинеарны.

14. проявлять

    использовать

    Это означает, что всякий раз, когда первое тело прикладывает силу F ко второму телу, второе тело прикладывает силу -F к первому телу.

15. воздействовать на

    иметь и оказывать влияние или эффект

    Они выражались по-разному на протяжении почти трех столетий[2] и могут быть обобщены следующим образом: Первый закон: Каждое тело остается в состоянии постоянной скорости, если только действовал на внешней неуравновешенной силой. [3][4][5]

16. величина

    свойство относительного размера или протяженности

    Второй закон: Тело массой m, на которое действует результирующая сила F, испытывает ускорение a, имеющее то же направление, что и сила, и a величины , что прямо пропорционально силе и обратно пропорционально массе, т. е.

17. одновременный

    происходят или действуют одновременно

    Действие и противодействие одновременный .

18. сила

    воздействие, которое приводит к движению, стрессу и т. д. при применении

    Они описывают отношения между силы действующие на тело и его движение под действием этих сил.

19. импульс

    произведение массы тела на его скорость

    Альтернативно, полная сила, приложенная к телу, равна производной по времени от линейной импульс тела.

20. в состоянии покоя

    в состоянии покоя или особенно сна

    Это означает, что при отсутствии ненулевой результирующей силы центр масс тела либо остается в покое или движется с постоянной скоростью.

21. сеть

    открытая ткань из веревки, веревки или проволоки, сплетенных вместе

    Это означает, что при отсутствии ненулевого , равной силе, центр масс тела либо остается в покое, либо движется с постоянной скоростью.

22. равный

    , имеющий то же количество, значение или меру, что и другой

    .

    Альтернативно, полная сила, приложенная к телу, равна равно производной импульса тела по времени.

23. постоянный

    непрерывный во времени и неопределенно долго продолжающийся

    Они выражались по-разному на протяжении почти трех столетий[2] и могут быть обобщены следующим образом: Первый закон: Каждое тело остается в состоянии постоянная скорость, если на нее не действует внешняя неуравновешенная сила. [3][4][5]

24. движение

    акт смены местонахождения с одного места на другое

    законы Ньютона движение — это три физических закона, которые составляют основу классической механики.

25. внешний

    происходящее или возникающее вне каких-либо пределов или поверхности

    Они выражались по-разному на протяжении почти трех столетий[2] и могут быть обобщены следующим образом: Первый закон: Каждое тело остается в состоянии с постоянной скоростью, если на него не воздействуют внешняя несбалансированная сила.[3][4][5]

26. взаимный

    общий или общий для двух или более сторон

    Третий закон: взаимные силы действия и противодействия между двумя телами равны, противоположны и коллинеарны.