Опорный конспект для ОГЭ «Первый закон Ньютона»
Явление инерции. Первый закон Ньютона
Код ОГЭ 1.8. Явление инерции. Первый закон Ньютона.
Первый закон динамики постулирует существование инерциальных систем отсчёта, относительно которых выполняются другие законы динамики.
Первый закон Ньютона: Существуют такие системы отсчёта (СО), относительно которых материальная точка сохраняет своё состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока остаётся изолированной (то есть на неё не действуют другие тела или их действия скомпенсированы: 
).
Явление сохранения скорости телом при отсутствии или компенсации внешних воздействий называется инерцией.
Системы отсчёта, относительно которых выполняется первый закoн Ньютона, называются инерциальными системами отсчёта (ИСО).
Свойство ИСО: все СО, движущиеся прямолинейно и равномерно относительно данной ИСО, тоже являются инерциальными. СО, движущиеся относительно любой ИСО с ускорением, являются неинерциальными.
Внимание! При решении стандартных динамических задач система отсчёта, связанная с Землей, считается инерциальной.
Принцип относительности Галилея: Все инерциальные системы отсчёта равноправны: законы механики одинаковы во всех ИСО.
Конспект урока «Явление инерции. Пeрвый закон Ньютона».
Следующая тема: «Вrторой закон Ньютона» (код ОГЭ 1.9)
Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона. Видеоурок. Физика 9 Класс
На предыдущем уроке мы говорили о важности выбора системы отсчета. Напомним, что от того, как мы выберем СО, будут зависеть траектория, пройденный путь, скорость. Есть еще ряд особенностей, связанных с выбором системы отсчета, именно о них и поговорим.
Рис. 1. Зависимость траектории падения груза от выбора системы отсчета
В седьмом классе вы изучали понятия «инерция» и «инертность».
Инерция – это явление, при котором тело стремится сохранить свое первоначальное состояние. Если тело двигалось, то оно должно стремиться к тому, чтобы сохранять скорость этого движения. А если оно покоилось, то будет стремиться сохранить свое состояние покоя.
Инертность – это свойство тела сохранять состояние движения. Свойство инертности характеризуется такой величиной, как масса. Масса – мера инертности тела. Чем тело тяжелее, тем его труднее сдвинуть с места или, наоборот, остановить.
Обратите внимание на то, что эти понятия имеют непосредственное отношение к понятию «инерциальная система отсчета» (ИСО), о которой будет идти речь ниже.
Рассмотрим движение тела (или состояние покоя) в случае, если на тело не действуют другие тела. Заключение о том, как будет вести себя тело в отсутствии действия других тел, впервые было предложено Рене Декартом (рис. 2) и продолжено в опытах Галилея (рис. 3).
Рис. 2. Рене Декарт
Рис. 3. Галилео Галилей
Если тело движется и на него не действуют другие тела, то движение будет сохраняться, оно будет оставаться прямолинейным и равномерным. Если же на тело не действуют другие тела, а тело покоится, то будет сохраняться состояние покоя. Но известно, что состояние покоя связано с системой отсчета: в одной СО тело покоится, а в другой вполне успешно и ускоренно движется. Результаты опытов и рассуждений приводят к выводу о том, что не во всех системах отсчета тело будет двигаться прямолинейно и равномерно или находиться в состоянии покоя при отсутствии действия на него других тел.
Следовательно, для решения главной задачи механики важно выбрать такую систему отчета, где все-таки выполняется закон инерции, где ясна причина, вызвавшая изменение движения тела. Если тело будет двигаться прямолинейно и равномерно в отсутствии действия других тел, такая система отсчета будет для нас предпочтительной, а называться она будет инерциальной системой отсчета (ИСО).
Точка зрения Аристотеля на причину движения
Инерциальная система отсчета – это удобная модель для описания движения тела и причин, которые вызывают такое движение. Впервые это понятие появилось благодаря Исааку Ньютону (рис. 5).
Рис. 5. Исаак Ньютон (1643-1727)
Древние греки представляли себе движение совершенно иначе. Мы познакомимся с аристотелевской точкой зрения на движение (рис. 6).
Рис. 6. Аристотель
Согласно Аристотелю, существует единственная инерциальная система отсчета – система отсчета, связанная с Землей. Все остальные системы отсчета, по Аристотелю, второстепенные. Соответственно, все движения можно разбить на два вида: 1) естественные, то есть те, которые сообщает Земля; 2) вынужденные, то есть все остальные.
Самый простой пример естественного движения – это свободное падение тела на Землю, так как Земля в этом случае сообщает телу скорость.
Рассмотрим пример принудительного движения. Это ситуация, когда лошадь тянет телегу. Пока лошадь прилагает силу, телега движется (рис. 7). Как только лошадь остановилась, остановилась и телега. Нет силы – нет скорости. Согласно Аристотелю, именно сила объясняет у тела наличие скорости.
Рис. 7. Принудительное движение
До сих пор некоторые обыватели считают справедливой точку зрения Аристотеля. Например, полковник Фридрих Краус фон Циллергут из «Похождения бравого солдата Швейка во время мировой войны» пытался проиллюстрировать принцип «Нет силы – нет скорости»: «Когда весь бензин вышел, – говорил полковник, – автомобиль принужден был остановиться. Это я сам вчера видел. И после этого еще болтают об инерции, господа. Не едет, стоит, с места не трогается. Нет бензина! Ну не смешно ли?»
Как и в современном шоу-бизнесе, там, где есть поклонники, всегда найдутся и критики. Появлялись свои критики и у Аристотеля. Они предлагали ему проделать следующий эксперимент: отпустите тело, и оно упадет точно под тем местом, где мы его отпустили. Приведем пример критики теории Аристотеля, аналогичный примерам его современников. Представьте, что летящий самолет выбрасывает бомбу (рис. 8). Упадет ли бомба ровно под тем местом, где мы ее отпустили?
Рис. 8. Иллюстрация к примеру
Конечно же, нет. Но ведь это естественное движение – движение, которое сообщила Земля. Тогда что же заставляет эту бомбу перемещаться еще и вперед? Аристотель отвечал так: дело в том, что естественное движение, которое сообщает Земля – это падание строго вниз. Но при движении в воздухе бомба увлекается его завихрениями, и эти завихрения как бы толкают бомбу вперед.
Что же будет, если воздух убрать и создать вакуум? Ведь если воздуха не будет, то, согласно Аристотелю, бомба должна упасть строго под тем местом, где ее бросили. Аристотель утверждал, что если воздуха не будет, то такая ситуация возможна, но на самом деле в природе не бывает пустоты, вакуума нет. А раз нет вакуума – нет и проблемы.
И только Галилео Галилей сформулировал принцип инерции в том виде, к которому мы привыкли. Причина изменения скорости – это действие на тело других тел. Если на тело не действуют другие тела или это действие скомпенсировано, то скорость тела меняться не будет.
Можно провести следующие рассуждения относительно инерциальной системы отсчета. Представьте ситуацию, когда движется автомобиль, затем водитель выключает двигатель, и дальше автомобиль движется по инерции (рис. 9). Но это некорректное утверждение по той простой причине, что с течением времени автомобиль остановится в результате действия силы трения. Поэтому в данном случае не будет равномерного движения – одно из условий отсутствует.
Рис. 9. Скорость автомобиля меняется в результате действия силы трения
Рассмотрим другой случай: с постоянной скоростью движется большой, крупный трактор при этом впереди он тащит большой груз ковшом. Такое движение можно рассматривать как прямолинейное и равномерное, потому что в этом случае все силы, которые действуют на тело, скомпенсированы, уравновешивают друг друга (рис. 10). Значит, систему отсчета, связанную с этим телом, мы можем считать инерциальной.
Рис. 10. Трактор движется равномерно и прямолинейно. Действие всех тел скомпенсировано
Инерциальных систем отсчета может быть очень много. Реально же такая система отсчета все-таки идеализирована, поскольку при ближайшем рассмотрении таких систем отсчета в полном смысле нет. ИСО – это некая идеализация, которая позволяет эффективно моделировать реальные физические процессы.
Для инерциальных систем отсчета справедлива формула сложения скоростей Галилея. Также заметим, что все системы отсчета, о которых мы говорили до этого, можно считать инерциальными в некотором приближении.
Впервые сформулировал закон, посвященный ИСО, Исаак Ньютон. Заслуга Ньютона заключается в том, что он первый научно показал, что скорость движущегося тела меняется не мгновенно, а в результате какого-то действия с течением времени. Вот этот факт и лег в основу создания закона, который мы называем первым законом Ньютона.
Первый закон Ньютона: существуют такие системы отсчета, в которых тело движется прямолинейно и равномерно или находится в состоянии покоя в том случае, если на тело не действуют силы или все силы, действующие на тело, скомпенсированы. Такие системы отсчета называются инерциальными.
По-другому иногда говорят так: инерциальной системой отсчета называется такая система, в которой выполняются законы Ньютона.
Почему Земля – неинерциальная СО. Маятник Фуко
В большом количестве задач необходимо рассматривать движение тела относительно Земли, при этом Землю мы считаем инерциальной системой отсчета. Оказывается, это утверждение не всегда справедливо. Если рассматривать движение Земли относительно своей оси или относительно звезд, то это движение совершается с некоторым ускорением. СО, которая движется с неким ускорением не может считаться инерциальной в полном смысле.
Земля вращается вокруг своей оси, а значит все точки, лежащие на ее поверхности, непрерывно меняют направление своей скорости. Скорость – векторная величина. Если ее направление меняется, то появляется некоторое ускорение. Следовательно, Земля не может быть правильной ИСО. Если подсчитать это ускорение для точек находящихся на экваторе (точки, которые обладают максимальным ускорением относительно точек, находящихся ближе к полюсам), то его значение будет 
. Индекс 
показывает, что ускорение является центростремительным. В сравнении с ускорением свободного падения 
, ускорением 
можно пренебречь и считать Землю инерциальной системой отсчета.
Однако при длительных наблюдениях забывать о вращении Земли нельзя. Убедительно это показал французский ученый Жан Бернар Леон Фуко (рис. 11).
Рис. 11. Жан Бернар Леон Фуко (1819-1868)
Маятник Фуко (рис. 12) – это массивный груз, подвешенный на очень длинной нити.
Рис. 12. Модель маятника Фуко
Если маятник Фуко вывести из состояния равновесия, то он будет описывать следующую траекторию отличную от прямой (рис. 13). Смещение маятника обусловлено вращением Земли.
Рис. 13. Колебания маятника Фуко. Вид сверху.
Вращением Земли обусловлен еще ряд интересных фактов. Например, в реках северного полушария, как правило, правый берег более крутой, а левый берег более пологий. В реках южного полушария – наоборот. Все это обусловлено именно вращением Земли и появляющейся в результате этого силы Кориолиса.
К вопросу о формулировке первого закона Ньютона
Первый закон Ньютона: если на тело не действуют никакие тела либо их действие взаимно уравновешено (скомпенсировано), то это тело будет находиться в состоянии покоя или двигаться равномерно и прямолинейно.
Рассмотрим ситуацию, которая укажет нам на то, что такую формулировку первого закон Ньютона необходимо подкорректировать. Представьте себе поезд с занавешенными окнами. В таком поезде пассажир не может определить, движется поезд или нет, по объектам снаружи. Рассмотрим две системы отсчета: СО, связанная с пассажиром Володей и СО, связанная с наблюдателем на платформе Катей. Поезд начинает разгоняться, скорость его увеличивается. Что произойдет с яблоком, которое лежит на столе? Оно по инерции покатится в противоположную сторону. Для Кати будет очевидно, что яблоко движется по инерции, но для Володи это будет непонятно. Он не видит, что поезд начал свое движение, и вдруг яблоко, лежащее на столе, начинается на него катиться. Как такое может быть? Ведь, по первому закону Ньютона, яблоко должно оставаться в состоянии покоя. Следовательно, нужно усовершенствовать определение первого закона Ньютона.
Рис. 14. Иллюстрация примеру
Корректная формулировка первого закона Ньютона звучит так: существуют такие системы отсчета, в которых тело движется прямолинейно и равномерно или находится в состоянии покоя в том случае, если на тело не действуют силы или все силы, действующие на тело, скомпенсированы.
Володя находится в неинерциальной системе отсчета, а Катя – в инерциальной.
Большая часть систем, реальных систем отсчета – неинерциальные. Рассмотрим простой пример: сидя в поезде, вы положили на стол какое-либо тело (например, яблоко). Когда поезд трогается с места, мы будем наблюдать такую любопытную картину: яблоко будет двигаться, покатится в противоположную движению поезда сторону (рис. 15). В данном случае мы не сможем определить, какие же тела действуют, заставляют яблоко двигаться. В этом случае говорят, что система неинерциальная. Но можно выйти из положения, введя силу инерции.
Рис. 15. Пример неинерциальной СО
Еще один пример: когда тело движется по закруглению дороги (рис. 16), то возникает сила, которая заставляет отклоняться тело от прямолинейного направления движения. В этом случае мы тоже должны рассмотреть неинерциальную систему отсчета, но, как и в предыдущем случае, тоже можем выйти из положения, вводя т. н. силы инерции.
Рис. 16. Силы инерции при движении по закругленной траектории
Заключение
Систем отсчета существует бесконечное множество, но среди них большинство – это те, которые мы инерциальными системами отсчета считать не можем. Инерциальная система отсчета – это идеализированная модель. Кстати, такой системой отсчета мы можем принять систему отсчета, связанную с Землей или какими-либо далекими объектами (например, со звездами).
Список литературы
- Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика: Учебник для 9 класса средней школы. – М.: Просвещение.
- Перышкин А.В., Гутник Е.М. Физика. 9 кл.: учебник для общеобразоват. учреждений / А. В. Перышкин, Е. М. Гутник. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2009. – 300.
- Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: Справочник с примерами решения задач. – 2-е издание, передел. – X.: Веста: Издательство «Ранок», 2005. – 464 с.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
- Интернет-портал «physics.ru» (Источник)
- Интернет-портал «ens.tpu.ru» (Источник)
- Интернет-портал «prosto-o-slognom.ru» (Источник)
Домашнее задание
- Сформулируйте определения инерциальной и неинерциальной систем отсчета. Приведите примеры таких систем.
- Сформулируйте первый закон Ньютона.
- В ИСО тело находится в состоянии покоя. Определите, чему равно значение его скорости в ИСО, которая движется относительно первой системы отсчета со скоростью v?
Конспект по физике «Первый закон Ньютона» (9 класс)
Первый закон Ньютона
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 прийти 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 называютинерцией.
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 тяжестиобозначается 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.
Изучение движения тела под действием силы.
Оборудование: Лист с описанием эксперимента, деревянный брусок, грузы, нить, измерительная линейка, секундомер, динамометр.
Указания к работе.
Укажите пределы измерения приборов, цену их деления и погрешность измерения.
Создайте соединение предметов, имеющих возможность двигаться горизонтально и самостоятельно.
Сравните скорость движения этой системы при различных вариантах соединения приборов.
Сделайте рисунки полученной установки. Запишите ваши выводы из наблюдений.
Таблица
Дайте ответы на вопросы.
Какая существует зависимость скорости движения тела от его массы, если сила тяги является величиной постоянной? (Это зависимость прямо пропорциональная или обратная?)
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).
Динамика. Законы Ньютона. Видеоурок. Физика 9 Класс
Как определить, вареное яйцо или сырое? Можно положить его на стол и раскрутить. Вареное яйцо будет хорошо вращаться, а сырое быстро остановится. Почему так происходит?
Если использовать модель материальной точки, то ответить на этот вопрос нельзя. Точно так же, как нельзя описать с помощью этой модели движение ракеты. В разных случаях нужны разные модели.
Модель, в которой мы описываем только движение тела и отвечаем на вопрос «как?», относится к кинематике. Раздел механики, в рамках которого мы изучаем причины возникновения механического движения, назвали динамикой. В этой модели мы задаем вопрос «почему?» касательно движения.
Итак, тела взаимодействуют и, как следствие, их скорости меняются. Вообще взаимодействуют два тела, но мы выбираем то из них, которое нас интересует, и рассматриваем действие на него второго тела.
Не у всех тел можно одинаково легко изменить скорость. Попробуйте увеличить скорость пустой тележки в супермаркете и тележки с продуктами: есть разница, разогнать тележку с продуктами труднее (см. рис. 1).
Рис. 1. Инертность тела
То же касается не только увеличения, но и любого изменения скорости: мы ожидаем, что и остановить, и изменить направление скорости на повороте будет тяжелее для полной тележки. Это свойство тел назвали инертностью, а меру инертности назвали массой. Это уже физическая величина, с помощью которой удобно сравнивать тела. Теперь мы можем сказать, во сколько раз одна тележка более инертна, измерив массы обеих.
Взаимодействие тоже бывает разным: можно толкнуть слабо, а можно – сильно. Чтобы была возможность сравнивать воздействия, нужно выбрать меру. Величину, показывающую, насколько сильно действуют на тело, назвали силой, и это главный инструмент динамики.
Действуют ли на тело силы?
Физики часто говорят: на тело действует сила. Сила – это векторная физическая величина, мера воздействия. То есть на тело действует не сила, а другое тело. Сила – это число, оно не действует, а показывает меру того, как действует одно тело на другое.
Можно привести такую аналогию: если мы на катке столкнулись с другим конькобежцем, то некорректно говорить, что мы столкнулись с его скоростью или массой. Хотя в скорости и массе можно измерить масштабы столкновения, но сталкиваемся мы с конькобежцем.
Однако в языке устоялось выражение «действует сила». Не всегда удобно говорить, что на тело «в результате гравитационного взаимодействия действует Земля», чаще говорят «действует сила тяжести», и мы должны понимать, что это значит.
Чем с большей силой действовать на тело, тем быстрее оно будет изменять скорость, то есть тем больше будет ускорение. При этом если с одинаковой силой действовать на тела разных масс, то большее ускорение будет у тела с меньшей массой.
Говоря о взаимодействии тел, нужно четко понимать, что мы понимаем под телом. Одно дело – вылить из стакана воду, другое дело – бросить этот же объем воды в пакете. В первом случае вряд ли можно говорить о воде как о теле, а во втором – вполне можно.
Материальную точку ввели как инструмент для рассмотрения тела как точки, имеющей массу. Это абстрактный инструмент, который, тем не менее, с достаточной точностью описывает множество случаев взаимодействия тел и позволяет решить множество задач. Считаем, что все тело – это одна точка, и тогда нам не нужно оговаривать, к какой части тела приложена сила: у нас всего одна точка, к ней силы и прикладываем. Только важно понимать, что у этой модели есть границы применимости и не во всех задачах тело можно описать с помощью этой модели.
В модели материальной точки мы не учитываем размеры и форму тела, поэтому нам не важно, куда именно приложена сила. Здесь все как в кинематике: тело, размерами и формой которого в данной задаче можно пренебречь, можно считать материальной точкой. Сравните, как мы толкаем санки и как мы двигаем шкаф. В случае с санками нам не важно, в какой точке мы их толкаем. В случае со шкафом важен его размер и точка приложения силы: толкнем слишком высоко – шкаф может опрокинуться.
Бывает, что вообще нельзя выбрать точку, в которой на тело действует сила. Попробуйте толкнуть лужу – ничего не получится. Как приложить силу к жидкости? Или вот лежит куча рыхлого снега: попробуйте ее поднять подъемным краном. Если не положить эту кучу в контейнер, то не получится. Силу нужно к чему-то прикладывать. Не подойдет модель тела и к жидкости внутри сырого яйца, о котором мы говорили в начале.
Сырое и вареное яйцо
К вареному яйцу мы приложили силу, и оно вращается как единое целое. То есть можно считать, что усилие, приложенное в любой точке, моментально передается всему яйцу.
Модель материальной точки для вареного яйца тоже не подойдет. Яйцо вращается вокруг некоторой оси, и разные его части движутся по-разному.
Поэтому заменить тело точкой и пренебречь различием в поведении его частей нельзя.
И вообще при рассмотрении вращения и при остальных задачах, где важна разница в движении разных частей тела, модель материальной точки не работает. Здесь нужно применить модель твердого тела и описать его вращение – мы этого делать не будем, но такие математические инструменты есть.
А вот сырое яйцо внутри жидкое, и, прикладывая силу к скорлупе, мы не прикладываем ту же силу к жидкому содержимому. Поэтому различие в поведении сырого и вареного яиц нас не должно удивлять. Эти различия можно рассчитать, используя соответствующие модели для описания этих процессов.
Разные примеры применения модели
Как мы выбираем, какую модель использовать для описания тела? Важно, что «вот это тело, если рассматривать вот такую задачу, можно описать этой моделью».
Можно ли применять к падающему с высоты литру воды модель материальной точки? Если это вода в бутылке, падающей поступательно, то можно применить. А если эта вода выливается струйкой, то нельзя – она разделится на капли, которые движутся по-разному и не одновременно.
Как рассматривать воду в цистерне автомобиля? На первый взгляд, модель та же, что и для воды в бутылке. Вода не растекается, движется с той же скоростью и ускорением, что и автомобиль, он должен приложить для ее разгона силу 
, все сходится. Но вода все же жидкая, при езде на кочках или на поворотах она может «болтаться» по цистерне и раскачивать ее, особенно если масса воды значительна по сравнению с массой автомобиля и цистерны. Если этим пренебречь не получается, то и моделью материальной точки обойтись не получится. Что-то похожее наблюдаем и в случае с вращением вареного и сырого яиц.
Описываем движение и взаимодействие материальных точек.
Движение всегда происходит относительно чего-то, поэтому, когда мы говорим о движении, мы обязательно должны ввести систему отсчета. Если яблоко лежит на столе в движущемся поезде, его движение в своих системах отсчета по-разному опишут пассажир этого поезда, человек, стоящий на платформе, и человек, проезжающий мимо на автомобиле.
Нужно ли учитывать систему отсчета, когда мы говорим о взаимодействии тел и об изменении их скорости? Да. Представьте, что поезд стоял, а потом начал стремительно разгоняться. Все знают, что в таком случае яблоко может покатиться по столу (см. рис. 2).
Рис. 2. Инерция
Что произошло? На яблоко ничего не подействовало, просто поезд сначала покоился, а потом начал ехать с ускорением. То есть изменилось состояние системы отсчета (была покоящаяся, стала движущаяся ускоренно).
Английский физик Исаак Ньютон в свое время сформулировал три закона, которые лежат в основе динамики, и как раз первый касается систем отсчета:
Существуют такие системы отсчета (назовем их инерциальными), в которых тело движется прямолинейно и равномерно или находится в состоянии покоя в том случае, если на тело не действуют силы или все силы, действующие на тело, скомпенсированы.
Если на тело не действуют силы или их действие скомпенсировано, результат один: скорость тела не меняется. Если тело покоится, оно продолжает покоиться, а если движется, то движется с неизменной скоростью (см. рис. 3).
Рис. 3. Выполнение первого закона Ньютона в инерциальной системе
Это неочевидный факт, что тело движется равномерно прямолинейно, если на него не действуют силы. В реальном мире мы не сталкиваемся с такими ситуациями, чтобы на тело не действовали никакие силы, поэтому нам это сложно представить. Что бы мы ни разогнали, если его не подталкивать, оно остановится. Может показаться, что для поддержания постоянной скорости как раз нужна сила.
На самом же деле тела останавливаются не сами по себе, а из-за действия сил. Автомобиль с заглушенным мотором, шайба, скользящая по льду, – их скорости уменьшаются под действием силы трения. А если завести мотор так, чтобы сила тяги уравновешивала силу трения, то автомобиль будет ехать с постоянной скоростью, как и описано в первом законе Ньютона.
Также в законе говорится, что все это происходит в неких инерциальных системах отсчета.
Инерциальная система отсчета (ИСО) – это придуманный нами инструмент, которого в природе не существует. На примере яблока в поезде мы увидели, как влияет ускорение системы отсчета на движение тел в ней.
Любая система отсчета движется с разным ускорением относительно разных тел – относительно чего ее рассматривать? Какой-то одной абсолютной системы отсчета тоже нет: даже Земля движется с ускорением вокруг Солнца, а Солнце – вокруг центра Галактики. Не к чему привязаться. А в первом законе Ньютона мы как раз придумываем такую идеальную систему отсчета, в которой выполняются некие закономерности, а уже реальные системы отсчета с той или иной степенью точности описываются этой идеальной моделью.
Система отсчета, связанная с Землей, достаточно точно описывается моделью инерциальной системы отсчета для большинства задач о движении тел на Земле. И все системы отсчета, которые покоятся или движутся равномерно прямолинейно относительно одной инерциальной системы отсчета, тоже являются инерциальными.
Об инерциальных системах отсчета
Инерциальной является любая система отсчета, которая покоится или движется равномерно прямолинейно относительно некой абсолютной инерциальной системы отсчета. Такой абсолют – это идеальная модель, в реальности таких систем отсчета не существует, но можно выбрать систему отсчета, которая с нужной нам степенью точности может считаться инерциальной. Чем точнее должно быть решение задачи, тем строже требования к системе отсчета.
Из всех используемых систем отсчета наиболее приближены к этому абсолюту далекие звезды, и для решения очень точных задач астрономии даже четко определили, к каким именно звездам привязаться. С достаточно высокой точностью инерциальными можно считать и системы отсчета, связанные с Солнцем и Землей.
Из-за вращения Земли вокруг своей оси точки ее поверхности дв
| 1. |
Действие каких сил компенсируется?
Сложность: лёгкое |
1 |
| 2. |
Как движется вагон?
Сложность: лёгкое |
1 |
| 3. |
Инерциальная система отсчёта
Сложность: лёгкое |
1 |
| 4. |
Вид движения
Сложность: среднее |
2 |
| 5. |
Сила тяги двигателя лифта
Сложность: среднее |
2 |
| 6. |
Бусинка на нити
Сложность: среднее |
2 |
| 7. |
Брусок и пружина
Сложность: сложное |
3 |
| 8. |
Шарик в жидкости
Сложность: сложное |
3 |
| 9. |
Подъём груза на верёвке
Сложность: сложное |
3 |
основные формулы по первому и второму законам и их формулировки или определения в физике, задачи на это и их решение
Мы уже говорили об основах классической механики. Настала пора поговорить о них подробнее и затронуть в обсуждении чуть больше, чем просто основу. В этой статье мы подробно разберем основные законы классической механики. Как вы уже догадались, речь пойдет о законах Ньютона.
Основные законы классической механики Исаак Ньютон (1642-1727) собрал и опубликовал в 1687 году. Три знаменитых закона были включены в труд, который назывался «Математические начала натуральной философии».
Законы Ньютона для «чайников»: объяснение 1, 2, 3 закона, пример с формулами
- Был долго этот мир глубокой тьмой окутан
Да будет свет, и тут явился Ньютон. - (Эпиграмма 18-го века)
- Но сатана недолго ждал реванша —
Пришел Эйнштейн, и стало все как раньше. - (Эпиграмма 20-го века)
Что стало, когда пришел Эйнштейн, читайте в отдельном материале про релятивистскую динамику. А мы пока приведем формулировки и примеры решения задач на каждый закон Ньютона.
Первый закон Ньютона
Первый закон Ньютона гласит:
Существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, в которых тела движутся равномерно и прямолинейно, если на них не действуют никакие силы или действие других сил скомпенсировано.
Проще говоря, суть первого закона Ньютона можно сформулировать так: если мы на абсолютно ровной дороге толкнем тележку и представим, что можно пренебречь силами трения колес и сопротивления воздуха, то она будет катиться с одинаковой скоростью бесконечно долго.
Инерция – это способность тела сохранять скорость как по направлению, так и по величине, при отсутствии воздействий на тело. Первый закон Ньютона еще называют законом инерции.
До Ньютона закон инерции был сформулирован в менее четкой форме Галилео Галилеем. Инерцию ученый называл «неистребимо запечатленным движением». Закон инерции Галилея гласит: при отсутствии внешних сил тело либо покоится, либо движется равномерно.
Огромная заслуга Ньютона в том, что он сумел объединить принцип относительности Галилея, собственные труды и работы других ученых в своих «Математических началах натуральной философии».
Понятно, что таких систем, где тележку толкнули, а она покатилась без действия внешних сил, на самом деле не бывает. На тела всегда действуют силы, причем скомпенсировать действие этих сил полностью практически невозможно.
Например, все на Земле находится в постоянном поле силы тяжести. Когда мы передвигаемся (не важно, ходим пешком, ездим на машине или велосипеде), нам нужно преодолевать множество сил: силу трения качения и силу трения скольжения, силу тяжести, силу Кориолиса.
Второй закон Ньютона
Помните пример про тележку? В этот момент мы приложили к ней силу! Интуитивно понятно, что тележка покатится и вскоре остановится. Это значит, ее скорость изменится.
В реальном мире скорость тела чаще всего изменяется, а не остается постоянной. Другими словами, тело движется с ускорением. Если скорость нарастает или убывает равномерно, то говорят, что движение равноускоренное.
Если рояль падает с крыши дома вниз, то он движется равноускоренно под действием постоянного ускорения свободного падения g. Причем любой дугой предмет, выброшенный из окна на нашей планете, будет двигаться с тем же ускорением свободного падения.
Второй закон Ньютона устанавливает связь между массой, ускорением и силой, действующей на тело. Приведем формулировку второго закона Ньютона:
Ускорение тела (материальной точки) в инерциальной системе отсчета прямо пропорционально приложенной к нему силе и обратно пропорционально массе.
Если на тело действует сразу несколько сил, то в данную формулу подставляется равнодействующая всех сил, то есть их векторная сумма.
В такой формулировке второй закон Ньютона применим только для движения со скоростью, много меньшей, чем скорость света.
Существует более универсальная формулировка данного закона, так называемый дифференциальный вид.
В любой бесконечно малый промежуток времени dt сила, действующая на тело, равна производной импульса тела по времени.
Третий закон Ньютона
В чем состоит третий закон Ньютона? Этот закон описывает взаимодействие тел.
3 закон Ньютона говорит нам о том, что на любое действие найдется противодействие. Причем, в прямом смысле:
Два тела воздействуют друг на друга с силами, противоположными по направлению, но равными по модулю.
Формула, выражающая третий закон Ньютона:
Другими словами, третий закон Ньютона — это закон действия и противодействия.
Пример задачи на законы Ньютона
Вот типичная задачка на применение законов Ньютона. В ее решении используются первый и второй законы Ньютона.
Десантник раскрыл парашют и опускается вниз с постоянной скоростью. Какова сила сопротивления воздуха? Масса десантника – 100 килограмм.
Решение:
Движение парашютиста – равномерное и прямолинейное, поэтому, по первому закону Ньютона, действие сил на него скомпенсировано.
На десантника действуют сила тяжести и сила сопротивления воздуха. Силы направлены в противоположные стороны.
По второму закону Ньютона, сила тяжести равна ускорению свободного падения, умноженному на массу десантника.
Ответ: Сила сопротивления воздуха равна силе тяжести по модулю и противоположна направлена.
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
А вот еще одна физическая задачка на понимание действия третьего закона Ньютона.
Комар ударяется о лобовое стекло автомобиля. Сравните силы, действующие на автомобиль и комара.
Решение:
По третьему закону Ньютона, силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению. Сила, с которой комар действует на автомобиль, равна силе, с которой автомобиль действует на комара.
Другое дело, что действие этих сил на тела сильно отличаются вследствие различия масс и ускорений.
Исаак Ньютон: мифы и факты из жизни
На момент публикации своего основного труда Ньютону было 45 лет. За свою долгую жизнь ученый внес огромный вклад в науку, заложив фундамент современной физики и определив ее развитие на годы вперед.
Он занимался не только механикой, но и оптикой, химией и другими науками, неплохо рисовал и писал стихи. Неудивительно, что личность Ньютона окружена множеством легенд.
Ниже приведены некоторые факты и мифы из жизни И. Ньютона. Сразу уточним, что миф – это не достоверная информация. Однако мы допускаем, что мифы и легенды не появляются сами по себе и что-то из перечисленного вполне может оказаться правдой.
Факт. Исаак Ньютон был очень скромным и застенчивым человеком. Он увековечил себя благодаря своим открытиям, однако сам никогда не стремился к славе и даже пытался ее избежать.
Миф. Существует легенда, согласно которой Ньютона осенило, когда на наго в саду упало яблоко. Это было время чумной эпидемии (1665-1667), и ученый был вынужден покинуть Кембридж, где постоянно трудился. Точно неизвестно, действительно ли падение яблока было таким роковым для науки событием, так как первые упоминания об этом появляются только в биографиях ученого уже после его смерти, а данные разных биографов расходятся.
Факт. Ньютон учился, а потом много работал в Кембридже. По долгу службы ему нужно было несколько часов в неделю вести занятия у студентов. Несмотря на признанные заслуги ученого, занятия Ньютона посещались плохо. Бывало, что на его лекции вообще никто не приходил. Скорее всего, это связано с тем, что ученый был полностью поглощен своими собственными исследованиями.
Миф. В 1689 году Ньютон был избран членом Кембриджского парламента. Согласно легенде, более чем за год заседания в парламенте вечно поглощенный своими мыслями ученый взял слово для выступления всего один раз. Он попросил закрыть окно, так как был сквозняк.
Факт. Неизвестно, как бы сложилась судьба ученого и всей современной науки, если бы он послушался матери и начал заниматься хозяйством на семейной ферме. Только благодаря уговорам учителей и своего дяди юный Исаак отправился учиться дальше вместо того, чтобы сажать свеклу, разбрасывать по полям навоз и по вечерам выпивать в местных пабах.
Дорогие друзья, помните — любую задачу можно решить! Если у вас возникли проблемы с решением задачи по физике, посмотрите на основные физические формулы. Возможно, ответ перед глазами, и его нужно просто рассмотреть. Ну а если времени на самостоятельные занятия совершенно нет, специализированный студенческий сервис всегда к вашим услугам!
Источник: https://Zaochnik-com.ru/blog/zakony-nyutona-dlya-chajnikov-obyasnenie-primer/
Первый закон Ньютона — Класс!ная физика
Закон инерции относится к самому простому случаю движения — движению тела, которое не взаимодействует с другими телами, т. е. движению свободного тела.
Ответить на вопрос, как же движутся свободные тела, не обращаясь к опыту, нельзя. Однако нельзя поставить ни одного опыта, который бы в чистом виде показал, как движется ни с чем не взаимодействующее тело, так как таких тел нет. Как же быть?
Имеется лишь один выход. Надо поместить тело в условия, при которых влияние внешних взаимодействий можно делать всё меньшим и меньшим, и наблюдать, к чему это ведёт.
Можно, например, наблюдать за движением гладкого камня на горизонтальной поверхности, после того как ему сообщена некоторая скорость. (Притяжение камня к Земле компенсируется действием поверхности, на которую он опирается; на скорость его движения влияет только трение.)
При этом легко обнаружить, что, чем более гладкой является поверхность, тем медленнее будет уменьшаться скорость камня. На гладком льду камень скользит весьма долго, не меняя заметно скорость.
На основе подобных наблюдений можно сделать вывод: если бы поверхность была идеально гладкой, то при отсутствии сопротивления воздуха (в вакууме) камень совсем не менял бы своей скорости. Именно к такому выводу пришёл впервые Галилей.
Первый закон Ньютона:
Существуют системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых тело движется прямолинейно и равномерно, если на него не действуют другие тела.
Первый закон, или закон инерции, как его часто называют, фактически был открыт Галилеем, но строгую формулировку дал и включил его в число основных законов механики Исаак Ньютон.
Этот закон, с одной стороны, содержит определение инерциальной системы отсчёта. С другой стороны, он содержит утверждение (которое с той или иной степенью точности можно проверить на опыте) о том, что инерциальные системы отсчёта существуют в действительности.
Инерциальные и неинерциальные системы отсчёта.
До сих пор систему отсчёта мы связывали с Землёй, т. е. рассматривали движение относительно Земли. В системе отсчёта, связанной с Землёй, ускорение тела определяется только действием на него других тел. Система отсчёта, связанная с Землёй, является инерциальной.
Из формулировки первого закона следует, что если есть одна инерциальная система отсчёта, то любая другая движущаяся относительно неё прямолинейно и равномерно также является инерциальной.
Однако, помимо инерциальных систем отсчёта, есть и другие, в которых тело имеет ускорение даже в том случае, когда на него другие тела не действуют.
В качестве примера рассмотрим систему отсчёта, связанную с автобусом. При равномерном движении автобуса пассажир может не держаться за поручень, действие со стороны автобуса компенсируется взаимодействием с Землёй. При резком торможении автобуса стоящие в проходе пассажиры падают вперёд, получая ускорение относительно стенок автобуса (рис. 2.6).
Однако это ускорение не вызвано какими-либо новыми воздействиями со стороны Земли или автобуса непосредственно на пассажиров. Относительно Земли пассажиры сохраняют свою постоянную скорость, но автобус начинает двигаться с ускорением, и пассажиры относительно него также движутся с ускорением.
Ускорение появляется вследствие того, что движение их рассматривается относительно тела отсчёта (автобуса), движущегося с ускорением.
Рассмотрим маятник, находящийся на вращающемся диске (рис. 2.7). Нить маятника отклонена от вертикали, хотя сам он неподвижен относительно диска. Натяжение нити не может быть скомпенсировано силой притяжения к Земле. Следовательно, отклонение маятника нельзя объяснить только его взаимодействием с телами.
Рассмотрим ещё один маятник, находящийся в неподвижном вагоне. Нить маятника вертикальна (рис. 2.8, а). Шарик взаимодействует с нитью и Землёй, сила натяжения нити равна силе тяжести. С точки зрения пассажира в вагоне и человека, стоящего на перроне, шарик находится в равновесии вследствие того, что сумма сил, действующих на него, равна нулю.
Как только вагон начинает двигаться с ускорением, нить маятника отклоняется (шарик по инерции стремится сохранить состояние покоя).
С точки зрения человека, стоящего на перроне, ускорение шарика должно быть равно ускорению вагона, так как нить не разрывается и шарик движется вместе с вагоном.
Шарик по-прежнему взаимодействует с теми же телами, сумма сил этого взаимодействия должна быть отлична от нуля и определять ускорение шарика.
С точки зрения пассажира, находящегося в вагоне, шарик неподвижен, следовательно, сумма сил, действующих на шарик, должна быть равна нулю, однако на шарик действуют те же силы — натяжения нити и сила Рис. 2.8 тяжести. Значит, на шарик (рис.2.8, б) должна действовать сила ин, которая определяется тем, что система отсчёта, связанная с вагоном, неинерциальная. Эту силу называют силой инерции (см. рис. 2.8, б).
В неинерциальных системах отсчёта основное положение механики о том, что ускорение тела вызывается действием на него других тел, не выполняется.
Системы отсчёта, в которых не выполняется первый закон Ньютона, называются неинерциальными.
Источник: http://class-fizika.ru/10_a22.html
Физика простыми словами
Взаимодействие тел рассматривает динамика, в основе которой лежат 3 закона, носящих имя прославленного английского физика сэра Исаака Ньютона.
Первый закон Ньютона гласит: тело будет находится в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения пока и поскольку на него не подействуют другие тела. Это как раз то, о чем мы и говорили.
То есть автомобиль не может остановиться без взаимодействия колес с дорогой, с другой стороны, отсутствие этого взаимодействия не позволит неподвижному автомобилю тронутся с места, колеса будут просто напросто пробуксовывать.
Количественно взаимодействие тел в физике определяют силой — векторной физической величиной, которую принято обозначать буквой F и измерять в ньютонах.
Исходя из всего вышесказанного можно заключить, что сила является причиной изменения скорости. Но возможно ли изменение скорости тела без непосредственного действия на него сил? И казалось бы правильный ответ нет, но… Тут нужно вспомнить тот факт, что движение относительно, соответственно, очень важна система отсчета, которую мы выбрали, а что если она начнет двигаться с ускорением?
К примеру, вы решили прокатить понравившуюся девушку на своём мотоцикле, она садится сзади и относительно мотоцикла неподвижна.
Но вот вы по привычке резко трогаетесь и видите в зеркало, как девушка падает сзади на асфальт со словами: «чтоб я еще когда нибудь…!!!!» Или другой пример, опять же с мотоциклом: вы едите по дороге, и вдруг вам под колёса выскакивает собака, вы пытаетесь резко затормозить и, немного перестаравшись с передним тормозом, летите через руль прямиком к этой злосчастной собаке.
В обоих примерах, если брать мотоцикл за тело отсчета, и рассматривать движение относительно его, вы не обнаружите сил, которые действуют на вас или вашу девушку, вызывая изменение скорости.
Поэтому когда говорят о первом законе Ньютона, уточняют, что он справедлив для инерциальных систем отсчета, то есть систем, относительно которых тело сохраняет свою скорость при отсутствии на него воздействий внешних сил, ну или при их взаимной компенсации.
Если же система отсчета движется с ускорением, то она неинерциальная. Понятно? Нет. Идем дальше.
Второй закон Ньютона позволяет нам определить как же изменяется скорость при взаимодействии тел, или, проще говоря, позволяет найти ускорение. Давайте попробуем разобраться и вывести этот закон.
От чего же зависит ускорение? Если мы пинаем футбольный мяч, то скорость полета мяча напрямую зависит от силы удара — чем сильнее пинаем тем быстрее летит, соответственно, ускорение будет напрямую зависеть от приложенной силы. И с другой стороны, если вместо мяча с той же силой пнуть любимую папину гирю… В общем, ускорение будет обратно пропорционально массе тела.
Чем масса больше, тем труднее изменить скорость тела. Поэтому иногда говорят, что масса является мерой инертности тела, то есть характеризует его способность сохранять скорость постоянной.
Если собрать все вместе можно сформулировать второй закон Ньютона следующим образом: ускорение прямо пропорционально силе приложенной к телу и обратно пропорционально его массе.
Часто этот закон можно встретить в другой интерпретации: сила, действующая на тело, равна произведению его массы и ускорения.
Третий закон Ньютона определяет силы, с которыми тела взаимодействуют друг с другом. Как вы думаете, зачем боксерам перчатки? Наиболее часто встречаются два варианта ответа. Первый, чтоб не травмировать свои руки, и второй, чтоб излишне не травмировать противника. В принципе, оба ответа верны.
Согласно третьему закону Ньютона, если мы действуем на какое-либо тело с силой F, то это тело будет действовать на нас с той же по модулю силой, но обратной по направлению:
Или как еще говорят, сила действия равна силе противодействия.
Источник: https://physicsline.ru/teoriya/fizika-prostymi-slovami/fizika-prostymi-slovami-dinamika/
Законы ньютона простым языком
Законы Ньютона — это три важнейших закона классической механики, которые позволяют записать уравнения движения для любой механической системы, если известны силы, действующие на составляющие её тела.
Эти законы, естественно, сформулировал сэр Исаак Ньютон в 1687 году в книге «Математические начала натуральной философии».
В ньютоновском изложении механики эти законы являются аксиомами, базирующимися на обобщении экспериментальных результатов, то есть уже не требуют доказательства в настоящее время.
Первый закон Ньютона
Если на тело нет внешних воздействий, то это тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения по горизонтали относительно Земли.
Смысл Закона заключался в том, что он полностью совпадает с Законом инерции Галилео Галилея! Соответственно, если для этой системы отсчёта выполняется Первый закон Ньютона, то такая система отсчёта и называется инерциальной. А инерция — это и есть свойство тела оставаться в состоянии покоя или равномерного прямолинейного/прямого движения в отсутствие внешних воздействий.
Для примера полетим в далёкий-далёкий космос. Там почти нет никаких воздействий других тел. Вынем из кармана скафандра мячик и оставим его. Он не будет двигаться, то есть останется в состоянии покоя.
А теперь толкнём его, придадим импульс — и мячик плавно полетит в одном, прямом направлении, то есть перейдёт в состояние равномерного прямолинейного движения.
На Земле действует сила тяготения планеты, поэтому данный закон реализуем в нашей природе условно.
Второй закон Ньютона
Ускорение тела прямо пропорционально действующей на тело силе и обратно пропорционально массе этого тела.
Формула Закона: a = F / m, где а — ускорение, m — масса тела, F — сила, действующая на тело.
Смысл Закона в том, что сила, действующая на тело создаёт ускорение этого тела. Следовательно, чем больше масса тела, тем меньшее ускорение оно получит от действия данной (такой же) силы.
Для примера можно взять два человека, спускающихся со склона на лыжах. На каждого из них действует две силы. Тот лыжник, что тяжелее, будет медленнее спускаться при одинаковом пинке каждому из них! ))) Если мы хотим, чтобы оба лыжника спускались с одной скоростью, то более тяжёлого человека надо подтолкнуть сильнее. На сколько сильнее? На сколько он тяжелее — на 10%, 20% или 30%.
Третий Закон Ньютона
Пусть одно тело действует на данное тело с силой F1, тогда данное тело действует на первое тело с силой F2, равной по модулю силе F1 и противоположной по направлению.
Формула Закона: F1 = -F2
Смысл Закона в том, что каждому действию есть противодействие.
Для примера два бильярдных (пластиковых) шара на столе. Подтолкнём один из них в направлении второго. При столкновении первый шар изменит и скорость, и направление, а второй покатится в направлении, обратном точке удара по нему.
Первый шар изменил направление и скорость при столкновении со вторым шаром из-за того, что то воздействовал на него, то ест произвёл противодействие.
Вот и все сложности! Ничего сложного.
Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5b955f924e008900ad8d15f2/5ba0a6957c147200ab5dc616
ФИЗИКА: Задачи на Законы Ньютона с решениями
Задачи на Законы Ньютона с решениями
Формулы, используемые на уроках «Задачи на Законы Ньютона с решениями».
Название величины | Обозначение | Единица измерения | Формула |
Масса | m | кг | m = Fx / ax |
Ускорение (проекция на ось х) | ax | м/с2 | |
Сила (проекция на ось х) | Fx | Н | Fx = m ax |
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ
Задача № 1. Какое ускорение приобретет тело массой 500 г под действием силы 0,2 Н?
Задача № 2. Сила 30 Н сообщает телу ускорение 0,4 м/с. Какая сила сообщит тому же телу ускорение 2 м/с2 ?
Задача № 3. Какую скорость приобретает тело массой 3 кг под действием силы, равной 9 Н, по истечении 5 с?
Задача № 4. Сколько времени потребуется автомобилю массой 700 кг, чтобы разогнаться из состояния покоя до скорости 72 км/ч, если сила тяги двигателя 1,4 кН?
Задача № 5. Поезд массой 500 т, трогаясь с места, через 25 с набрал скорость 18 км/ч. Определите силу тяги.
Задача № 6. Под действием постоянной силы, равной 10 Н, тело движется прямолинейно так, что зависимость координаты тела от времени описывается уравнением х = 3 — 2t + t2. Определите массу тела.
Задача № 7.
Скорость тела массой 2 кг изменяется со временем так, как представлено на графике рисунка.
Найдите силу, действующую на каждом этапе этого движения. Определите по графику, на каком этапе движения тело прошло наибольший путь.
Задача № 8. (повышенной сложности)
Начальная скорость тела, находящегося в точке А, равна нулю. В течение 8 с на тело действует постоянная сила. Затем направление силы изменяется на противоположное, а модуль остается прежним. Через какое время от начала движения тело вернется в точку А?
Ответ: через 27 с.
Задача № 9. (повышенной сложности) Самолет массой 14 т, пройдя по взлетной полосе путь 600 м, приобретает необходимую для отрыва от поверхности Земли скорость 144 км/ч. Считая движение равноускоренным, определите время разгона, ускорение и силу, сообщающую самолету это ускорение.
Задача № 10. ОГЭ Вагон массой m = 20 т движется равнозамедленно с ускорением а = 0,3 м/с2 и начальной скоростью v0 = 54 км/ч. Найти силу торможения, действующую на вагон, время его движения до полной остановки и путь, пройденный за это время.
Задача № 11. ЕГЭ Два тела массами m1 = 1 кг и m2 = 2 кг, находящиеся на гладкой горизонтальной поверхности, связаны нерастяжимой нитью. Ко второму телу в горизонтальном направлении приложена сила F = 10 Н. Найти ускорение а, с которым движутся оба тела, и силу Т натяжения нити.
Пояснения для решения задачи на Законы Ньютона с решениями.
Раздел механики, изучающий законы Ньютона, называется динамикой. Если при изучении кинематики рассматривается вопрос: как тело движется (равномерно, равноускоренно и т. д.), то динамика дает ответ: почему тело движется так, а не иначе.
I закон Ньютона говорит о состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.
Если 
. Существуют такие системы отсчета, относительно которых тело сохраняет свою скорость неизменной, если на него не действуют другие тела (или их действие скомпенсировано), (или равнодействующая всех сил, действующих на тело, равна нулю).
II закон Ньютона говорит о движении тела с ускорением.
Если 
Если на тело действует постоянная сила (или несколько сил), то тело движется с постоянным ускорением. Причем ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей сил, приложенных к телу, и обратно пропорционально его массе. Вектор ускорения сонаправлен с вектором равнодействующей сил.
При решении простых задач, где на тело действует только одна сила, можно применять формулу сразу. Если же на тело действует несколько сил, то нужно делать чертеж и геометрическим путем определять направление равнодействующей сил.
III закон Ньютона говорит о взаимодействии тел.
Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению.
Особенности сил:
- Силы появляются парами.
- Силы одной природы.
- Силы приложены к разным телам, поэтому не могут уравновешивать друг друга.
Например, Земля притягивает к себе тело массой 1 кг с силой 9,8 Н. Камень точно с такой же силой притягивает к себе Землю. Однако ускорения эти тела приобретают различные, так как у них разные массы. Камень получает большое ускорение вследствие своей малой массы, а Земля получает мизерное ускорение вследствие своей огромной массы.
Задачи на Законы Ньютона повышенной сложности — это задачи на движение тела под действием нескольких сил: по наклонной плоскости, движение связанных тел и т. д.
Это конспект по теме «ЗАДАЧИ на Законы Ньютона с решениями». Выберите дальнейшие действия: