Урок физики. «Первый закон Ньютона» (9-й класс)

Цели и задачи:

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

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

Учитель: Мы сейчас с вами на уроках физике изучаем раздел « Механика». Механика объясняет закономерности механического движения и причины, вызывающие это движение. Классическую механику называют «Механикой Ньютона». Она включает в себя кинематику, динамику и статику.

Кинематика изучает движение тел, не рассматривая причин, вызывающих эти движения. Мы изучали законы кинематики, которые помогают нам рассчитать, где находиться изучаемое тело, с какой скоростью и по какой траектории оно движется.

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

Ученики:

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

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

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

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

Ученик: Необходимо найти R-равнодействующую этих сил.

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

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

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

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

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

Ученик: Шарик по гладкому стеклу движется по инерции.

Учитель: Дайте определение физическому понятию – инерция.

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

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

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

Первый закон Ньютона называют «Законом инерции».

(Запись на доске или использование мультипроектора – Рисунок 1)

I закон Ньютона.

F=0, R=0  —> V=0 или V=const, (a=0)

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

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

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

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

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

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

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

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

Учитель: Какая физическая величина является мерой инертности?

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

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

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

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

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

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

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

Учитель: Дайте определение силы тяжести (Рисунок 2)

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

тр. Это векторная величина, вычисляется F_тр = μN, измеряется в ньютонах. μ -коэффициент трения скольжения, N-сила давления на поверхность.

Учитель: Приведите примеры проявления силы трения.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Изучение движения тела под действием силы.

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

Указания к работе.

1. Укажите пределы измерения приборов, цену их деления и погрешность измерения.
2. Создайте соединение предметов, имеющих возможность двигаться горизонтально и самостоятельно.
3. Сравните скорость движения этой системы при различных вариантах соединения приборов.
4. Сделайте рисунки полученной установки. Запишите ваши выводы из наблюдений.

Таблица

Измерительные приборы	Пределы измерения		Цена деления	Погрешность измерения
	Нижний	Верхний
Динамометр
Измерительная линейка
Секундомер

Дайте ответы на вопросы.

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

Выберите правильный вариант записи:

V_ср~1/m; V_ср~m ; V_ср~1/F; V_ср~F;

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

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

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

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

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

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

Литература:

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

Инерция. Первый закон Ньютона — урок. Физика, 9 класс.

Инерция — это явление сохранения скорости движения тела при отсутствии внешних воздействий.

Обрати внимание!

Согласно закону инерции, тела (материальные точки) находятся в покое или движутся прямолинейно и равномерно (т. е. сохраняют свою скорость неизменной), если на них не действуют другие тела.

На протяжении многих веков в науке господствовала точка зрения древнегреческого учёного Аристотеля и его последователей: при отсутствии внешнего воздействия тело может только покоиться, а для того чтобы тело двигалось с постоянной скоростью, нужно, чтобы на него непрерывно действовало другое тело.

Первым отверг такие представления Галилео Галилей. Он предположил, что в результате взаимодействий любого тела с другими телами происходят изменения скорости его движения. При отсутствии действия других тел скорость тела не изменяется ни по модулю, ни по направлению.

Таким образом, Галилей пришёл к выводу о том, что при отсутствии внешних воздействий тело может не только покоиться, но и двигаться прямолинейно и равномерно. А сила, которую приходится прикладывать к телу для поддержания его движения, необходима только для того, чтобы уравновесить другие приложенные к телу силы, например, силу трения.

 

Обрати внимание!

После прекращения воздействий тело движется равномерно и прямолинейно по касательной к первоначальной траектории движения.

На основе вывода Галилея английский учёный Исаак Ньютон сформулировал закон инерции.

В изложении Ньютона закон инерции читается так:

Всякое тело продолжает удерживаться в своём состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.

Всякое тело находится в покое или движется равномерно и прямолинейно, если на него не действуют другие тела или их действия компенсируют друг друга.

Закон инерции называют первым законом Ньютона, или первым законом механики.

Первый закон Ньютона — Класс!ная физика

Первый закон Ньютона

«Физика — 10 класс»

Какое явление называют инерцией?
Что называют системой отсчёта?

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.

Первыи 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: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Динамика — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Основное утверждение механики — Сила — Инертность тела. Масса. Единица массы — Первый закон Ньютона — Второй закон Ньютона — Принцип суперпозиции сил — Примеры решения задач по теме «Второй закон Ньютона» — Третий закон Ньютона — Геоцентрическая система отсчёта — Принцип относительности Галилея. Инвариантные и относительные величины — Силы в природе — Сила тяжести и сила всемирного тяготения — Сила тяжести на других планетах — Примеры решения задач по теме «Закон всемирного тяготения» — Первая космическая скорость — Примеры решения задач по теме «Первая космическая скорость» — Вес. Невесомость — Деформация и силы упругости. Закон Гука — Примеры решения задач по теме «Силы упругости. Закон Гука» — Силы трения — Примеры решения задач по теме «Силы трения» — Примеры решения задач по теме «Силы трения» (продолжение) —

Третий закон Ньютона — Википедия

Третий закон Ньютона или закон равенства действия и противодействия — один из трёх основных законов ньютоновской механики.

Закон был впервые сформулирован И. Ньютоном в книге «Математические начала натуральной философии» (1687):

Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе, взаимодействия двух тел друг на друга между собою равны и направлены в противоположные стороны^[1].

Более точно, под телами нужно понимать материальные точки; современная формулировка закона такова:

Силы взаимодействия двух материальных точек равны по величине, противоположно направлены, и действуют вдоль прямой, соединяющей эти материальные точки^[2].

В виде формулы:

F→12=−F→21{\displaystyle {\vec {F}}_{12}=-{\vec {F}}_{21}},

где F→12{\displaystyle {\vec {F}}_{12}} — сила, с которой первое тело действует на второе («действие»), а F→21{\displaystyle {\vec {F}}_{21}} — сила, с которой второе тело действует на первое («противодействие»).

• Кирпич, неподвижно лежащий на столе, давит на него с силой P=mg{\displaystyle P=mg}, направленной вниз (и называемой весом). Согласно третьему закону Ньютона, со стороны стола на кирпич действует сила той же величины, направленная вверх (она называется реакцией опоры).
• Яблоко падает на землю, поскольку Земля притягивает его с силой F=mg{\displaystyle F=mg}. При этом, с точно такой же по величине силой яблоко притягивает Землю. Однако, поскольку масса Земли чрезвычайно велика, её перемещение под действием этой силы пренебрежимо мало.

Краткая формулировка закона в виде «действие равно противодействию» может вызывать недоразумения, например такой парадокс:

Пусть лошадь запряжена в телегу, и тянет её с некоторой силой вперёд. Но согласно 3-му закону Ньютона, существует сила противодействия, равная ей по величине и направленная назад. Поскольку в сумме обе силы дают ноль, телега никогда не сможет сдвинуться с места.

Ошибка здесь в том, что силы действия и противодействия приложены к разным телам (в этом примере: к телеге и к лошади), поэтому их бессмысленно складывать. Кроме этих сил, и на лошадь и на телегу действует сила трения, которая, собственно, и приводит лошадь в движение (именно, сила трения копыт лошади об землю направлена вперёд и преодолевает силу противодействия телеги, в то время как сила тяги лошади преодолевает силу трения телеги об землю, направленную назад)^[3].

Рассмотрим два тела, которые взаимодействуют только друг с другом (замкнутая система). Тогда, согласно второму закону Ньютона, их ускорения a→1{\displaystyle {\vec {a}}_{1}} и a→2{\displaystyle {\vec {a}}_{2}} определяются из уравнений

F→21=m1a→1,F→12=m2a→2.{\displaystyle {\vec {F}}_{21}=m_{1}{\vec {a}}_{1},\quad {\vec {F}}_{12}=m_{2}{\vec {a}}_{2}.}

С учётом третьего закона Ньютона отсюда получается

m1a→1+m2a→2=0,{\displaystyle m_{1}{\vec {a}}_{1}+m_{2}{\vec {a}}_{2}=0,}

или же

ddt(m1v→1+m2v→2)=0,{\displaystyle {\frac {d}{dt}}(m_{1}{\vec {v}}_{1}+m_{2}{\vec {v}}_{2})=0,}

m1v→1+m2v→2=const,{\displaystyle m_{1}{\vec {v}}_{1}+m_{2}{\vec {v}}_{2}={\text{const}},}

где v→1{\displaystyle {\vec {v}}_{1}} и v→2{\displaystyle {\vec {v}}_{2}} — скорости тел. Величина p→=mv→{\displaystyle {\vec {p}}=m{\vec {v}}} называется импульсом тела, а последнее соотношение есть закон сохранения импульса. Дополнив 3-й закон Ньютона принципом независимости действия сил, можно вывести закон сохранения импульса для замкнутой системы, состоящей из произвольного числа тел. Хотя в рамках ньютоновской механики закон сохранения импульса является следствием законов Ньютона, опыт показывает, что это один из наиболее общих законов физики, который выполняется даже тогда, когда сама ньютоновская механика неприменима^[2].

Как 3-й закон Ньютона, так и более общий закон сохранения импульса являются следствиями фундаментальной симметрии природы — однородности пространства. Однородность пространства означает, что все его точки равноправны, то есть, закон движения замкнутой системы не изменится, если систему переместить в пространстве как целое.

Связь 3-го закона Ньютона с однородностью пространства хорошо видна в рамках лагранжева формализма. Если пространство однородно, то потенциальная энергия может зависеть только от разностей координат тел: U=U(r→1−r→2){\displaystyle U=U({\vec {r}}_{1}-{\vec {r}}_{2})}, поэтому

F→21=−dUdr→1=−∇→U(r→1−r→2),{\displaystyle {\vec {F}}_{21}=-{\frac {dU}{d{\vec {r}}_{1}}}=-{\vec {\nabla }}U({\vec {r}}_{1}-{\vec {r}}_{2}),}

F→12=−dUdr→2=∇→U(r→1−r→2),{\displaystyle {\vec {F}}_{12}=-{\frac {dU}{d{\vec {r}}_{2}}}={\vec {\nabla }}U({\vec {r}}_{1}-{\vec {r}}_{2}),}

откуда следует F→21=−F→12{\displaystyle {\vec {F}}_{21}=-{\vec {F}}_{12}}^[4].

Третий закон Ньютона, как и вообще вся ньютоновская механика, связан с идеей действия на расстоянии, согласно которой сила, действующая со стороны одного тела на другое в некоторый момент времени, определяется их положением в тот же момент времени. Другими словами, это означает бесконечную скорость передачи взаимодействий. Согласно современным представлениям, взаимодействия передаются посредством полей, и, как следует из опыта, имеют конечную скорость, не превышающую скорости света. Поэтому при движении со скоростями, близкими к скорости света, или же когда расстояния между телами слишком велики, третий закон Ньютона неприменим. Однако закон сохранения импульса по-прежнему выполняется, если кроме импульса тел, учесть также импульс поля (например электромагнитного, гравитационного), посредством которого они взаимодействуют^[2].

Пример: на тело, поглощающее свет, действует сила давления света. Но никакой «силы противодействия» здесь нет, как нет и никакого тела, к которому она была бы приложена. С точки зрения закона сохранения импульса, давление света возникает потому, что импульс электромагнитного поля передаётся телу^[2].

Первый закон Ньютона и понятие инерции :: SYL.ru

Великий английский ученый, сумевший сформулировать основополагающие законы классической физики, считал своими главными достижениями исследования Библии. Именно в Святом писании он черпал информацию о закономерностях, регулирующих все процессы, происходящие во Вселенной.

Первый закон Ньютона. Принцип Галилея

Законы динамики Ньютона предполагают существование идеально замкнутой системы, на которую не действуют внешние силы. Такое допущение необходимо для теоретических построений, хотя в реальной жизни представить себе полностью автономную часть пространства трудно. Первый закон Ньютона основан на результатах опытов Галилео Галилея, сделавшего вывод о том, что лишь приложив усилие можно добиться изменения скорости движущегося тела. Ранее существовало прямо противоположное мнение, согласно которому для равномерного движения требовалось прилагать постоянную силу. Это заблуждение объяснялось просто: не учитывалось трение, присутствующее в любой механической системе. Принцип Галилея практически устанавливал тождество между состояниями покоя и равномерного движения.

Инерция и определение силы

Первый закон Ньютона утверждает, что для изменения скорости движения необходимо приложение силы. Это касается увеличения скорости, уменьшения ее или остановки движущегося объекта. Любая механическая система, обладающая массой, является инерционной, то есть препятствующей изменениям. Латинское слово «inertia» хорошо подходит для того, чтобы назвать это свойство материи, оно означает косность и бездеятельность. Итак, для того чтобы тело находилось в состоянии покоя или двигалось равномерно, не нужно делать ничего. Напротив, заставить изменить скорость может лишь сила, определение сущности которой дает первый закон Ньютона. Формулировка, принятая в качестве основной всеми физиками мира гласит: «Сила есть причина ускорения».

Применение первого закона Ньютона

Без применения первого закона Ньютона было бы невозможно рассчитать движение искусственных спутников Земли и межпланетных кораблей и решить многочисленные технические задачи, связанные с проявлениями силы инерции. К примеру, определение степени безопасности транспортного средства производится исходя из данных о его массе и скорости в момент его внезапной остановки, вызванной ударом о препятствие. Инерция движущихся масс воды толкает лопасти турбин гидроэлектростанций. Движение ракет, самолетов, автомобилей, поездов подчиняется первому закону Ньютона, имеющему другое название — закон инерции.

Философская трактовка первого закона Ньютона

Как и многие другие научные открытия, первый закон Ньютона получил ряд абстрагированных от строгих научных формул трактовок. Одна из них рассматривает трудоспособность человека как инерционную систему. Работник, увлеченный своим делом, может заниматься им бесконечно долго, если никто ему не мешает. Напротив, начав отдыхать, тяжело оторваться от этого приятного занятия. Чем дольше время отпуска, тем труднее после него входить в рабочий ритм. Чтобы восстановить работоспособность, требуется своеобразное ускорение, то есть приложение усилия. Так работает первый закон Ньютона в приложении к преодолению лени.

Первый закон Ньютона, формула и примеры решений

Описание первого закона Ньютона

Например, шарик на нитке висит в покое, потому что сила тяжести компенсируется силой натяжения нити.

Первый закон Ньютона выполняется только в инерциальных системах отсчета. Например, тела, находящиеся в покое в салоне самолета, который движется равномерно, могут прийти в движение без всякого воздействия на них других тел, если самолет начнет маневрировать. В транспорте при резком торможении пассажиры падают, хотя никто их не толкает.

Первый закон Ньютона показывает, что состояние покоя и состояние равномерного прямолинейного движения не требуют для своего поддержания внешних воздействий. Свойство свободного тела сохранять скорость неизменной называется инерцией. Поэтому первый закон Ньютона называют ещё законом инерции. Равномерное прямолинейное движение свободного тела называется движением по инерции.

Первый закон Ньютона содержит два важных утверждения:

1. все тела обладают свойством инерции;
2. инерциальные системы отсчета существуют.

Следует помнить, что в первом законе Ньютона речь идет о телах, которые могут быть приняты за материальные точки.

Закон инерции отнюдь не очевиден, как это может показаться на первый взгляд. С его открытием было покончено с одним давним заблуждением. До этого на протяжении веков считалось, что при отсутствии внешних воздействий на тело оно может находиться только в состоянии покоя, что покой – это как бы естественное состояние тела. Для движения же тела с постоянной скоростью необходимо, чтобы на него действовало другое тело. Казалось, что это подтверждал повседневный опыт: для того чтобы повозка двигалась с постоянной скоростью, ее должна все время тянуть лошадь; чтобы стол двигался по полу, его нужно непрерывно тянуть или толкать и т. д. Галилео Галилей был первым, кто указал, что это неверно, что при отсутствии внешнего воздействия тело может не только покоиться, но и двигаться прямолинейно и равномерно. Прямолинейное и равномерное движение является, следовательно, таким же «естественным» состоянием тел, как и покой. Фактически первый закон Ньютона говорит о том, что нет разницы между покоем тела и равномерным прямолинейным движением.

Проверить опытным путем закон инерции невозможно, потому что невозможно создать такие условия, при которых бы тело было свободным от внешних воздействий. Однако, всегда можно проследить обратное. В любом случае. когда тело изменяет скорость или направление своего движения, всегда можно найти причину – силу, которая вызвала это изменение.

Примеры решения задач

Три закона Ньютона (ННН) — Познавательные статьи — Каталог статей

Главными законы классической механики являются три закона Ньютона. Сейчас мы рассмотрим их подробней.

Первый закон Ньютона

Наблюдения и опыт показывают, что тела получают ускорение относительно Земли, т. е. изме­няют свою скорость относительно Земли, только при действии на них других тел.

Представим себе, что пробка воздушного «пистолета» приходит в движении под действием газа, сжимаемого выдвигаемым поршнем, т.е. получается такая последовательная цепочка сил:

Сила, приводящая в движение поршень => Сила поршня, сжимающая газ в цилиндре => Сила газа, приводящая в движение пробку.

В этом и других подобных случаях изменение скорости, т.е. возникновение ускорения, есть результат действие сил на данное тело других тел.

Если же на тело не будут действовать силы (или силы будут скомпенсированным, т.е. ), то тело будет оставаться в покое (относительно Земли), либо двигаться равномерно и прямолинейно, т.е. без ускорения.

На основе этого позволило установить первый закон Ньютона, который чаще называют закон инерции:

Существуют такие инерциальные системы отсчета, относительно которых, тело покоится (частный случай движения) или движется равномерно и прямолинейно, если на тело не действуют силы или действия этих сил скомпенсировано.

Проверить простыми опытами данный закон практически невозможно, потому что невозможно полностью устранить действие всех окружающих сил, особенно действие трения.

Тщательные опыты по изучению движения тел были впервые произведены итальянским физиком Галилеем Галилео в конце XVI и начале XVII веков. Позже более подробнее этот закон был описан Исааком Ньютоном, поэтому в честь него и был назван этот закон.

Подобные проявления инерции тел широко используют­ся в быту и технике. Встряхивание пыльной тряпки, «сбрасывания» стол­бика ртути в термометре.

---

Второй закон Ньютона

Различные опыты показывают, что ускорения совпадает с направлением силы, вызывающее это ускорение. Поэтому, можно сформулировать закон зависимости сил приложенных к телу от ускорения:

В инерциальной системе отсчёта произведение массы и ускорение равно равнодействующей силы (равнодействующая сила – геометрическая сумма всех сил, приложенных к телу).  

Масса тела, является коэффициентом пропорциональности данной зависимости. По определению ускорения () запишем закон в иной форме, а далее получается, что в числители правой части равенства является изменение импульса Δp, поскольку  Δp=mΔv

Значит, второй закон можно записать в такой виде:

    

В таком виде Ньютон и записал свой второй закон.

Данный закон действителен только для скоростей, много меньших скорости света и в инерциальных системах отсчёта.

---

Третьей закон Ньютона

При соударении двух тел изменяют свою скорость, т.е. получают ускорения оба тела. Земля притягивает Луну и заставляет ее двигаться по криволинейной траектории; в свою же очередь Луна также притягивает Землю (сила всемирного тяготения).

Эти примеры показывают, что силы всегда возникают парами: если одно тело действует с силой на другое, то и второе тело действует на первое с такой же силой. Все силы носят взаимный характер.

Тогда можно сформулировать третий закон Ньютона:

Тела попарно действуют друг на друга с силами, направленными вдоль прямой, равными по модулю и противоположными по направлению.

 

Часто этот закон называют трудным законом, т.к. не понимают смысл этот закон. Для простоты понимания закона можно переформулировать данный закон («Действие равно противодействию») на «Сила, противодействующая равна силе действующей», так как эти силы приложены к разным телам.

Даже падение тел строго подчиняется закону про­тиводействия. Яблоко надает на Землю оттого, что его притягивает земной шар; но точно с такой же силой и яблоко притягивает к себе всю нашу планету.

Для силы Лоренца третий закон Ньютона не выполняется.

---

Основные законы механики Ньютон сформулировал в своей книге «Математические начала натуральной философии».

Итак, можно сделать вывод, что все эти три закона Ньютона являются фундаментном классической механики; и каждый из законов вытекает в другой.