В физике всего три закона, или правила, Ньютона, которые являются основой классической механики. Они используются для описания более сложных процессов, а также решения задач. Учащимся требуется знать кратко три закона Ньютона:
- Первый связан с инерциальными системами отсчета.
- Второй утверждает зависимость ускорения от силы воздействия на физическое тело.
- Третий определяет взаимосвязь сил, действующих на объект.
Правила были впервые сформулированы ученым Исааком Ньютоном в XVII веке. Классическая механика являлась основной парадигмой до XX века, пока Альберт Эйнштейн не сформулировал положения релятивистской динамики.
Положения трех законов были выведены опытным путем. Они применяются для объектов, скорости которых намного меньше, чем 3*108 м/с. Перед изучением законов Ньютона нужно ознакомиться с основными положениями динамики.
Основные положения
Тело двигается равномерно, равноускоренно, прямолинейно или находится в состоянии покоя (находится в одной точке).
При равномерном и прямолинейном движении скорость объекта является постоянной величиной в пространстве, т. е. не изменяется с течением времени. Если скорость меняется, то тело движется равноускоренно.
Когда тело без движения, на него действуют силы, равные по модулю и противоположны по направлению.
Динамика — раздел физики, который изучает правила и законы взаимодействия объектов в целом. В этом случае не рассматривается такие взаимодействия:
- Атомарные.
- Молекулярные.
- Субатомные.
Они не влияют на динамику движения объекта, поскольку силы, действующие на тело, настолько малы, что ими можно пренебречь. Далее следует рассмотреть законы И. Ньютона и формулы.
Первый закон
Чтобы понять назначение и применение I закона Ньютона, следует представить тело, находящееся в состоянии покоя, т. е. на него не действуют другие объекты. Этот пример является простейшей системой механического типа. Если предположить существование другого объекта, который движется под воздействием внешних сил, относительно искомого тела.
Центром системы отсчета для движущегося объекта является тело, скорость которого равна 0 (v = 0).
Первый закон Ньютона формулируется следующим образом: в инерциальных системах отсчета (ИСО) тела двигаются равномерно и прямолинейно, а также могут находиться в состоянии покоя, когда они не взаимодействуют с другими телами или на них не действуют внешние силы (их действие может быть скомпенсировано).
У I правила Ньютона существует другое название — закон инерции. Системы отсчета, находящиеся у поверхности Земного шара, являются инерциальными. При проведении экспериментов следует учитывать различные отклонения от I закона Ньютона. Они связаны с ее вращением вокруг оси.
За ИСО можно принять гелиоцентрическую систему, начальные координаты которой помещены в центр Солнца. Ее И. Ньютон использовал для открытия закона Всемирного тяготения.
Кроме того, автобус, который движется равномерно и прямолинейно, также является ИСО.
Чтобы новичкам было понятно, нужно руководствоваться таким правилом: любая система считается инерциальной, когда ее центр движется равномерно и прямолинейно или ее v = 0.
Однако скорость тела изменяется, поскольку оно может взаимодействовать с другими телами, передавая им кинетическую энергию. Для описания этого процесса нужно разобрать влияние массы и силы на изменение величины скорости объекта.
Понятие массы
Основная формулировка массы имеет такой вид: физическая величина, которая является мерой инертности физического тела. Она обладает скалярностью и аддитивностью.
В первом случае выражается одним действительным неотрицательным числом. Второй термин означает следующее: общая масса тела (m), состоящего из нескольких частей с массами m1, m2, m3 и m4, эквивалентна их сумме.
Формула записывается следующим образом: m = m1 + m2 + m3 + m4.
При большей массе инертность физического объекта возрастает. Например, пластмассовую машинку легче остановить, чем груженый грузовик или легковую машину, т. е. инертность последних намного больше первой. Единица измерения массы — кг.
При взаимодействии тела приобретают некоторые физические величины, называемые ускорением. Массы обратно пропорциональны ускорениям.
Для понимания процесса нужно разобрать следующий пример: машина с массой m1 столкнулась с объектом, масса которого m2. В результате этого появляются ускорения a1 и a2 для первого и второго объектов.
Это можно записать таким образом: m1 * m2 = — a2 * a1. Минус перед ускорениями означает направленность по разным направлениям.
Величина силы
Сила — векторная величина, действующая на физическое тело и влияющая на скорость его перемещения в пространстве.
Обозначается она буквой F и измеряется в ньютонах (Н) при помощи специального прибора — динамометра. Последний состоит из пружины, связанной со стрелочным указателем.
Если пружину растянуть, то произойдет отклонение стрелки, которая указывает количественную характеристику F.
Следует отметить, что на объект может действовать несколько сил, которые учитываются при решении задач и исследовании некоторых процессов. Они имеют важную особенность — природу возникновения. Например, на автомобиль действует F, состоящая из следующих элементов (сил):
- Тяги (Fтяг = m * a), направленной в сторону движения.
- Трения (Fтр = a * m * g, а — коэффициент трения и g — ускорение свободного падения 9,81 м/с 2 ) — противоположно относительно Fт.
- Реакция опоры (N = m * g) — вверх, относительно дороги.
- Тяжести (Fт = m * g) — вниз.
В литературе по физике используется термин «равнодействующая сила». Он означает значение векторной суммы всех составляющих, действующих на объект.
Таким образом, I закон Ньютона применяется при исследовании движения и взаимодействия физических тел, а также для расчета инерциальных составляющих посредством разделения силы на составляющие элементы.
Источник: https://nauka.club/fizika/pervyy-zakon-nyutona.html
Законы Ньютона для
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.
Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.
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».
- 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!
В самом конце предлагаем посмотреть видеоурок на тему «Законы Ньютона».
Источник: https://Zaochnik-com.ru/blog/zakony-nyutona-dlya-chajnikov-obyasnenie-primer/
Первый закон Ньютона: определение, примеры, формула
Великий английский физик Исаак Ньютон (1643-1727) навеки вписал свое имя в историю науки, сделав множество важных научных открытий, поняв вещи, которые сейчас кажутся вполне себе очевидными. Но для времени, когда жил ученый это было большим прорывом. Среди наиболее значимых открытий Ньютона, разумеется, стоит упомянуть закон всемирного тяготения, о котором мы уже писали. Но помимо него именно Ньютон сформировал основы классической механики, которая зиждется на трех основных законах, названых по имени ученого – законами Ньютона. И в нашей сегодняшней статье мы детально разберем первый закон Ньютона и его значение для физики.
Определение первого закона Ньютона
Если сформулировать первый закон Ньютона кратко, то он будет звучать так:
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.
Другими словами суть первого закона Ньютона можно пояснить простым примером – если мы толкнем тележку на абсолютно ровной дороге и представим, что на нее не действуют никакие другие силы, кроме нашего толчка, в том числе сила трения, сила сопротивления воздуха и т. д., то такая тележка будет катиться бесконечно. (Причем будет катиться с неизменно одинаковой скоростью).
Первый закон Ньютона еще называют законом инерции. Напомним, что инерция это способность тел сохранять движение при отсутствии воздействия внешних сил.
Эта картинка отлично иллюстрирует, что такое инерция.
Разумеется, в реальности таких систем, где на тело не действуют никакие другие внешние силы, не существует.
Так, например, все тела на Земле находятся под постоянным воздействием силы земного притяжения (чтобы убедится в этом, достаточно отпустить любой предмет и он неизменно упадет вниз).
Или, например, во время ходьбы на нас действует множество разных внешних сил: все та же сила притяжения, сила трения, сила сопротивления воздуха и т. д.
Интересный факт: Ньютон был не первым, кто сформулировал этот закон, до него он был высказан, пускай и в менее четкой форме, другим великим ученым Галилео Галилеем.
Согласно закону инерции Галилея при отсутствии внешних сил тело либо будет покоиться на месте, либо будет двигаться равномерно.
Заслуга Ньютона в том, что он смог соединить принцип относительности Галилея с работами других ученых, и, конечно же, с собственными трудами.
Формула первого закона Ньютона
Формулу этого закона можно записать следующим образом:
F = 0 → V = const, a = 0
Где F – суммарные силы, действующие на тело, в инерциальной системе Ньютона (существующей только теоретически) они равны 0. V – скорость движения тела, a – его ускорение.
Скорость движения тела (V), является константой, то есть постоянной величиной, если представить, что на тело не действуют другие силы, ускорение же также равно 0, поскольку опять таки скорость тела у нас константа.
Пример первого закона Ньютона и инерциальная система отсчета
Сам Ньютон под своей идеальной инерциальной системой отсчета (ИСО), представлял не много не мало, а нашу гелиоцентрическую систему с Солнцем в ее центре, и планетами, которые движутся вокруг светила.
- Непрерывное движение планет вокруг Солнца с неизменно постоянной скоростью по Ньютону и является самым важным примером осуществления первого закона Ньютона или закона инерции в нашей Вселенной.
- Стоит заметить, что именно благодаря ИСО ученый и открыл свой не менее знаменитый закон всемирного тяготения (а вовсе не потому, что ему на голову упало яблоко, как говорит популярная легенда об ученом).
- При помощи инерциальной системы отсчета и первого закона имени себя Исаак Ньютон объяснил законы небесной механики, казавшиеся загадкой для людей его времени.
Был долго этот мир глубокой тьмой окутан Да будет свет, и тут явился Ньютон. (Эпиграмма XVIII века).
Но стоит заметить, что законы небесной механики в действительности оказались гораздо более сложными, чем видел их Ньютон.
И когда на смену ему в ХХ век пришел другой гениальный физик по имени Альберт Эйнштейн со своей теорией относительности, человечеству вновь пришлось пересмотреть свои взгляды на устройство Вселенной, в частности выяснилось, что движение Земли (как впрочем, и других планет) вокруг Солнца все-таки не является инерциальной системой отсчета. На самом деле все гораздо сложнее.
Но сатана недолго ждал реванша – Пришел Эйнштейн, и стало все как раньше. (Эпиграмма XХ века).
Рекомендованная литература и полезные ссылки
- Лич Дж. У. Классическая механика. М.: Иностр. литература, 1961.
- Спасский Б. И.. История физики. М., «Высшая школа», 1977.
- Кудрявцев П. С. Курс истории физики. — М.: Просвещение, 1974.
- Crowell, Benjamin (2011), Light and Matter (2011, Light and Matter), especially at Section 4.2, Newton’s First Law, Section 4.3, Newton’s Second Law, and Section 5.1, Newton’s Third Law.
- Feynman, R. P. (англ.)русск.; Leighton, R. B.; Sands, M. The Feynman Lectures on Physics (неопр.). — 2nd. — Pearson/Addison-Wesley, 2005. — Т. Vol. 1. — ISBN 0-8053-9049-9.
Первый закон Ньютона, видео
И в завершении образовательное видео по теме нашей статьи.
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.
Источник: https://www.poznavayka.org/fizika/pervyj-zakon-nyutona/
10 примеров первого закона Ньютона в реальной жизни / наука
Первый закон Ньютона, также называется Законом инерции, гласящим, что каждое тело остается в покое или в равномерном и прямолинейном движении, если другое тело не стоит и не действует на него..
Это означает, что все тела имеют тенденцию оставаться в том состоянии, в котором они изначально находятся, то есть, если они находятся в движении, они будут стремиться оставаться в движении, пока кто-то или что-то не остановит их; если они неподвижны, они будут склонны молчать, пока кто-то или что-то не нарушит их состояние и не заставит их двигаться.
В наши дни это утверждение может показаться несколько очевидным, но мы не должны забывать, что это открытие, как и другие, также очень актуально, среди которых можно упомянуть закон всемирного тяготения и исследования разложения белого света в разные цвета, Исаак Ньютон сделал около 450 лет назад.
Законы Ньютона, которые включают этот Закон Инерции, в дополнение к Закону Взаимодействия и Силы и Закону Действия и Реакции — и которые вместе составляют законы Динамики Ньютона — пришли, чтобы объяснить с научной точки зрения, как объекты или тела с массой действуют и реагируют на присутствие или отсутствие сил, действующих на них.
10 примеров закона инерции
1- Автомобиль, который резко тормозит
Наиболее наглядным и ежедневным примером, объясняющим этот закон, является движение, которое делает наше тело, когда мы едем в машине с постоянной скоростью, и оно резко останавливается..
Сразу же тело начинает следовать в направлении движения машины, поэтому оно выбрасывается вперед. Это движение будет плавным, если машина остановится плавно, но будет гораздо более сильным, если оно внезапно затормозит.
В экстремальных случаях, таких как столкновение с другим транспортным средством или объектом, сила, действующая на объект (автомобиль), будет больше, а воздействие будет намного сильнее и опаснее. То есть тело будет поддерживать инерцию движения, которое оно принесло.
То же самое происходит наоборот. Когда машина полностью остановлена, и водитель резко ускоряется, наши тела будут иметь тенденцию оставаться такими, какими они были (т.е. в состоянии покоя), и поэтому они имеют тенденцию откидываться.
2- Движущаяся тихая машина
При попытке толкать машину сначала это очень сложно, потому что из-за инерции машина стремится оставаться на месте.
Но как только вы заставите его двигаться, усилие, которое нужно приложить, будет намного меньше, с тех пор инерция заставляет его двигаться.
3- Спортсмен, который не может остановиться
Когда спортсмен пытается остановить свою карьеру, ему требуется несколько метров, чтобы полностью остановиться из-за вызванной инерции.
Это наиболее четко видно на соревнованиях на треке, таких как 100 метров. Спортсмены продолжают продвигаться далеко за пределы цели.
4- Футбольный театр … или нет
В футбольных играх между игроками обеих команд часто происходят театральные падения. Много раз эти падения могут показаться преувеличенными, когда один из спортсменов делает несколько поворотов на газоне после удара. Правда в том, что это не всегда связано с историей, но с законом инерции.
Если игрок бежит с высокой скоростью через поле и грубо перехвачен кем-то из противоборствующей команды, он фактически прерывает прямолинейное движение, которое он нес, но его тело будет стремиться продолжать в том же направлении и на той же скорости. Вот почему эффектное падение.
5- Автономный велосипед
Педальное движение велосипеда позволяет ему продолжать движение на несколько метров без необходимости крутить педали благодаря инерции, возникающей при начальном педалировании.
6 — вверх и вниз
Американские горки могут подниматься на крутые склоны благодаря инерции, вызванной выраженным предшествующим спуском, что позволяет вам накопить потенциальную энергию для подъема снова.
7- Трюк или наука?
- Многие трюки, которые кажутся удивительными, на самом деле являются простой демонстрацией первого закона Ньютона.
- Это, например, случай с официантом, который может вытащить скатерть из стола, не уронив на нее предметы.
- Это связано со скоростью и силой, приложенной к движению; объекты, которые были в состоянии покоя, как правило, остаются такими.
8- Вопрос техники
Колода на один палец (или на стакан) и, на палубе, монета. Благодаря быстрому движению и силе, приложенной к колоде, она будет двигаться, но монета останется на пальце (или упадет в стекло).
9- вареное яйцо против сырого яйца
Другой эксперимент по проверке закона инерции можно выполнить, взяв вареное яйцо и заставив его перевернуться на ровной поверхности, а затем остановить движение рукой.
Приготовленное яйцо немедленно остановится, но если мы сделаем точно такой же предыдущий эксперимент с сырым яйцом, когда мы попытаемся остановить вращательное движение яйца, мы увидим, что оно продолжает вращаться.
Это объясняется тем, что белый и необработанный желток рыхлые внутри яйца и имеют тенденцию продолжать двигаться после того, как приложили силу, чтобы остановить его..
10- Блочная башня
Если башня сделана из нескольких блоков, а нижний блок сильно ударился молотком (тот, который выдерживает вес остальных), можно будет снять его, не упав при этом, используя преимущество инерции. Тела, которые все еще, имеют тенденцию оставаться неподвижными.
Законы Ньютона
Современный мир нельзя было бы представить таким, какой он есть, если бы не очень важный вклад этого британца, которого многие считают одним из самых важных научных гениев всех времен.
Возможно, не осознавая этого, многие действия, которые мы совершаем в нашей повседневной жизни, постоянно объясняют и подтверждают теории Ньютона..
- Фактически, многие из «уловок», которые обычно поражают молодых и старых на ярмарках или телевизионных шоу, являются ничем иным, как проверкой и феноменальным объяснением законов динамики, особенно этого первого закона Ньютона или Закон инерции.
- Уже поняв, что если одно тело не действует на другое, оно будет оставаться спокойным (нулевая скорость) или бесконечно двигаться по прямой линии с постоянной скоростью, также необходимо объяснить, что все движения относительны, так как это зависит от наблюдаемого объекта и опишите это движение.
- Например, стюардесса, которая летит по проходу самолета, доставляя пассажирам кофе, медленно ходит с точки зрения пассажира, ожидающего на своем месте прибытия кофе; но для того, кто с земли наблюдает за полетом самолета, если бы он мог видеть стюардессу, он сказал бы, что он движется с большой скоростью.
Таким образом, движение является относительным и зависит, в основном, от точки или системы отсчета, которые используются для ее описания..
Инерциальная система отсчета используется для наблюдения за теми телами, на которые сила не действует и, следовательно, остается неподвижной, и если она движется, она будет продолжать двигаться с постоянной скоростью.
ссылки
- Законы Ньютона. Восстановлено из thales.cica.es.
- Биография Исаака Ньютона. Восстановлено от biografiasyvidas.com.
Источник: https://ru.thpanorama.com/articles/ciencia/10-ejemplos-de-la-primera-ley-de-newton-en-la-vida-real.html
Первый закон Ньютона, формула и примеры решений
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:
- все тела обладают свойством инерции;
- 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
ПРИМЕР 2
| Задание | На столе в равномерно и прямолинейно движущемся поезде стоит легкий игрушечный автомобиль. При торможении поезда автомобиль без какого-либо внешнего воздействия покатился вперед. Выполняется ли закон инерции: а) в системе отсчета, связанной с поездом во время его прямолинейного равномерного движения? во время торможения? б) в системе отсчета, связанной с Землей? |
| Ответ | а) закон инерции выполняется в системе отсчета, связанной с поездом во время его прямолинейного движения: игрушечный автомобиль покоится относительно поезда, так как действие со стороны Земли компенсируется действием со стороны стола (реакцией опоры). При торможении закон инерции не выполняется, так как торможение – это движение с ускорением и поезд в этом случае не является инерциальной системой отсчета. б) в системе отсчета, связанной с Землей закон инерции выполняется в обоих случаях – при равномерном движении поезда игрушечный автомобиль движется относительно Земли с постоянной скоростью (скоростью поезда); при торможении поезда автомобиль пытается сохранить свою скорость относительно Земли неизменной, а потому катится вперед. |
| Задание | Можно ли объяснить инерцией следующие явления:
|
| Ответ | а) если велосипедист едет без ускорения, это движение по инерции; если движение велосипедиста ускоренное, инерцией это явление объяснить нельзя; б) да, можно; в) если движение космических кораблей равномерное прямолинейное, это движение происходит вследствие инерции. |
Источник: http://ru.solverbook.com/spravochnik/mexanika/dinamika/pervyj-zakon-nyutona/
Первый, второй и третий законы Ньютона: краткое описание, формулы, примеры
В этой статье пойдет речь о том, как правильно трактовать законы Ньютона. Для полного понятия первого, второго и третьего законов Исаака Ньютона будут предоставлены примеры их применения и примеры решения задач.
Ньютон вложил свой огромный вклад в основы классической механики благодаря трем законам. Еще в 1967 году он написал работу, которая называлась: Математические начала натуральной философии.
В рукописи он описал все познания не только свои, а и других ученых умов. Именно Исаака Ньютона ученые-физики считают основоположником данной науки.
Особой популярностью пользуются первый, второй и третий законы Ньютона, вот о них и пойдет речь далее.
Законы Ньютона: первый закон
Как трактуется первый закон Ньютона?
ВАЖНО: Уметь не только формулировать первый, второй и третий законы Ньютона, а еще и с легкостью их осуществлять на практике. И тогда вы сможете решать сложные задачи.
В первом законе говорится о системах отсчета, которые именуются инерциальными. В данных системах тела двигаются прямолинейно, равномерно (т.е. с одной и той же скоростью, по прямой), в том случае, когда на эти тела не воздействуют другие силы либо их влияние скомпенсировано.
Чтобы проще понять правило, можно его перефразировать.
Точнее привести такой пример: если взять предмет на колесах и толкнуть его, то изделие будет ехать практически бесконечно в том случае, когда на него не будет воздействовать сила трения, сила сопротивления воздушных масс и дорога будет ровной.
Гдетакое понятие, как инерция, представляет собой способность предмета не менять скорость ни по направлению, не по величине. Еще в физике первую трактовку закона Ньютона считают инерциальной.
До открытия правила Исааком Ньютоном Галилео Галилей тоже изучал инерцию и по его утверждению закон звучал следующим образом: если нет никаких сил, которые действуют на предмет, то он либо не движется, либо перемещается равномерно. Ньютон же смог более конкретно объяснить данный принцип относительности тела и сил, что воздействуют на него.
Естественно на Земле не бывает систем, в которых может действовать это правило. Когда какой-то предмет можно толкнуть и он будет равномерно двигаться по прямой, не останавливаясь.
На тело в любом случае будут влиять разные силы, их воздействие на предмет скомпенсировать нельзя. Уже одна сила притяжения Земли создает влияние на передвижение любого тела или предмета.
Также кроме нее есть сила трения, скольжения, Кориолиса и т.д.
Законы Ньютона: второй закон
Открытые законы Ньютона еще в прошлом веке, в комплексе дают возможность ученым вести наблюдения за различными процессами, что происходят во Вселенной благодаря созданию новых технологических конструкций, машин.
Второй закон Ньютона
Чтобы узнать, какие бывают причины движения, следует обратиться ко второму закону Ньютона. Именно здесь вы найдете объяснения. Благодаря ему можно решить различные задачи по теме – механика. Так же поняв его суть, вы сможете использовать его в жизни.
Первоначально он формулировался следующим образом – изменение импульса (количества передвижения) равно силе, что заставляет тело двигаться, деленное на переменную времени. Также движение предмета совпадает с направлением действия силы.
- Чтобы было понятно записывается это следующим образом:
- F = Δp/Δt
- Символ Δ представляет собой разность, именуется дифференциалом, p – это импульс (или скорость), а t – это время.
Геометрический смысл
По правилам:
Исходя из этого:
- F = m · Δv/Δp, а значение: Δv/Δp = a
Вот теперь-то формула приобретает такой вид: F = m · a; из этого равенства можно найти
Второй закон Ньютона трактуется следующим образом:
Ускорение, движущегося предмета равно частному, полученному в результате деления силы на массу тела или же предмета. Соответственно, чем сильнее приложится сила к предмету, тем больше его ускорение, а если масса тела больше, то ускорение предмета меньше. Это утверждение считается базовым законом механики.
Формула — закон Ньютона
F – в формуле обозначает сумму (геометрическую) всех сил или равнодействующую.
Равнодействующая сила представляет собой сумму величин (векторных). Причем складывать эти значения следует по правилам параллелограмма либо же треугольника. Идеально для получения ответа знать цифровые значения сил, воздействующих на предмет и величину угла между векторами сил.
Это правило можно применять как в инерциальных, так неинерциальных системах. Оно действует для произвольных предметов, материальных тел. Чтобы было понятней, если система неинерциальная, то применяют еще такие силы, как: центробежная, сила Кориолиса, в математике, это пишется так:
ma = F + Fi, где Fi – инерциальная сила.
Как применяется закон Ньютона?
Итак пример: представьте себе, что машина ехала по бездорожью и застряла. На помощь водителю приехал другой автомобиль, и водитель второго автомобиля пытается с помощью троса вытянуть авто. Формула Ньютона для первого транспортного средства будет выглядеть так:
ma = F нат.нити + Fтяги — Fтрения
Допустим, что геометрическая всех сил приравнивается к 0. Тогда автомобиль или же будет равномерно ехать, либо будет стоять.
Примеры решения задач:
- Через ролик перекинули веревку. С одной стороны ролика висит на веревке груз, с другой стороны альпинист, причем масса груза и человека идентична. Что будет с веревкой и роликом, когда альпинист будет подниматься по ней вверх. Силой трения ролика, массой самой веревки можно пренебречь.
- Решение задачи
- По второму закону Ньютона формулу математически можно составить так:
- ma1 = Fнат.нити1 — mgma1 = Fнат.нити1 — mg – это второй закон для альпиниста
- ma2 = Fнат.нити2 — mgma2 = Fнат.нити2 — mg — так математически можно трактовать закон Ньютона для груза
- По условию: Fнат.нити1 = Fнат.нити2
- Отсюда: ma1 = ma2
Если правую и левую часть неравенства разделить на m, то получится, что ускорение и подвешенного груза и поднимающегося человека равнозначны.
Законы Ньютона: третий закон
Третий закон Ньютона имеет такую формулировку: тела имеют свойство взаимодействовать друг с другом с одинаковыми силами, эти силы направляются по одной линии, но имеют разные направления. В математике – это может выглядеть следующим образом:
Fn = — Fn1
третий закон Исаака Ньютона
Пример его действия
Для более тщательного его изучения рассмотрим пример. Представьте старинную пушку, которая стреляет большими ядрами. Так вот – ядро, которое вытолкнет грозное оружие, будет воздействовать на нее с такой же силой, с какой она его и вытолкнет.
Fя = — Fп
Потому и происходит откат орудия назад при выстреле. Но ядро улетит далеко, а пушка сдвинется немного в противоположную сторону, это происходит потому, что у орудия и ядра различная масса. Тоже произойдет и при падении на Землю любого предмета. Но реакции Земли заметить невозможно ведь все падающие предметы в миллионы раз весят меньше нашей планеты.
Вот еще пример третьего правила классической механики: рассмотрим притяжение разных планет. Вокруг нашей планеты вращается Луна. Это происходит по средствам притяжения к Земле.
Но и Луна тоже притягивает Землю – согласно третьему закону Исаака Ньютона. Однако массы круглых планет разные.
Потому Луна не способна притягивать большую планету Землю к себе, но она может вызывать приливы воды в морях, океанах и отливы.
Задача
- Насекомое ударяется в стекло машины. Какие возникают силы, и как они действуют на насекомое и авто?
Решение задачи:
Согласно третьему закону Ньютона, тела или предметы при воздействии друг на друга имеют равные силы по модулю, но по направлению – противоположные.
Исходя из данного утверждения получается следующее решение данной задачи: насекомое воздействует на автомобиль с той же силой, что и авто воздействует на него.
Но само действие сил несколько разнится, ведь масса и ускорение машины и насекомого различные.
Видео: Первый, второй и третий законы Ньютона
Источник: https://heaclub.ru/pervyj-vtoroj-i-tretij-zakony-nyutona-kratkoe-opisanie-formuly-primery
Законы Ньютона: кратко и понятно о формулах и формулировках на конкретных примерах
В школьном курсе физики изучаются три закона Ньютона, являющиеся основой классической механики. Сегодня с ними знаком каждый школьник, но во времена великого ученого подобные открытия считались революционными. Законы Ньютона, кратко и понятно будут описаны ниже, они помогают не только понять основу механики и взаимодействия объектов, но и помогают записать данные в качестве уравнения.
Вводная информация
Впервые три закона Иссак Ньютон описал в труде «Математические начала натуральной философии» (1867 год), в котором были подробно изложены не только собственные выводы ученого, но все знания по этой теме открытые другими философами и математиками. Таким образом, труд стал фундаментальным в истории механики, а позднее и физики. В нем рассмотрены перемещение и взаимодействие массивных тел.
Интересно знать! Исаак Ньютон был не только талантливым физиком, математиком и астрономом, но и считался гением в механике. Занимал должность президента королевского общества Лондона.
Каждое утверждение освещает одну из сфер взаимодействия и перемещения предметов в природе, правда обращение к ним было несколько упразднено Ньютоном, и они были приняты как точки без определенного размера (математические).
Именно это упрощение позволило проигнорировать естественные физические явления: воздушное сопротивление, трение, температуру или другие физические показатели объекта.
Полученные данные могли быть описаны только по времени, массе или длине. Именно из-за этого формулировки Ньютона обеспечивают лишь подходящие, но приближенные значения, которые нельзя использовать для описания точной реакции крупных или изменяемых по форме объектов.
Перемещение массивных предметов, которые участвуют в определениях, принято исчислять в инерциальной системе отсчета, представленной в виде системы координат из трех измерений, и при этом она не увеличивает свою скорость и не оборачивается вокруг своей оси.
Ее часто называют системой отсчета Ньютона, но при этом ученый никогда не создавал и не использовал подобной системы, а использовал нерациональную. Именно в этой системе тела могут двигаться так, как описывает это Ньютон.
Первый закон
Называется законом инерции. Не существует его практической формулы, зато есть несколько формулировок.
В учебниках по физике предлагается следующая формулировка первого закона Ньютона: есть инерциальные системы отсчета, в отношении которых объект, если он свободен от воздействия любых сил (или же они моментально компенсируется), находиться в полном покое или же двигается по прямой и с одинаковой скоростью. Что означает данное определение и как его понять?
Простыми словами первый закон Ньютона объясняется так: любое тело, если его не трогать и никоим образом не воздействовать на него, будет оставаться постоянно в состоянии покоя, то есть бесконечно стоять на месте. То же самое происходит и при его движении: оно будет равномерно двигаться по заданной траектории бесконечно, пока на него не воздействует что-либо.
Подобное утверждение озвучивал Галилео Галилей, но не смог уточнить и точно описать это явление. В этой формулировке важно правильно понять, что такое инерциальные системы отсчета. Если сказать совсем простыми словами, то это система, в которой выполняется действие данного определения.
Это интересно! Изучаем термины: энтропия – что же это такое простыми словами
В мире можно увидеть огромное множество подобных систем, если понаблюдать за движением:
- поезда на заданном участке с одинаковой скоростью;
- Луны вокруг Земли;
- колеса обозрения в парке.
Это интересно! Как правильно перевести МПА атмосферы
В качестве примера рассмотрим некоего парашютиста, который уже раскрыл парашют и движется прямолинейно и при этом равномерно по отношению к поверхности Земли.
Движение человека не прекратиться до тех пор, пока земное притяжение будет компенсироваться движением и сопротивлением воздуха.
Как только это сопротивление уменьшится, то притяжение увеличится, что приведет к изменению скорости парашютиста – его движение станет прямолинейным и равноускоренным.
Именно в отношении этой формулировки существует яблочная легенда: Исаак отдыхал в саду под яблоней и размышлял о физических явлениях, когда с дерева сорвалось спелое яблоко и упало в траву. Именно ровное падение заставило ученого изучить этот вопрос и выдать в итоге научное объяснение движению предмета в некой системе отсчета.
Интересно знать! Помимо трех явлений в механике, Исаак Ньютон также объяснил движение Луны как спутника Земли, создал корпускулярную теорию света и разложил радугу на 7 цветов.
Второй закон
Данное научное обоснование касается не просто движения предметов в пространстве, а взаимодействия их с другими объектами и результатов этого процесса.
Закон гласит: увеличение скорости объекта с некоторой постоянной массой в инерциальной системе отсчета прямо пропорционально силе воздействия и обратно пропорционально постоянной массе движущегося предмета.
Проще говоря, если существует некое движущиеся тело, масса которого не изменяется, и на него вдруг начнет воздействовать посторонняя сила, то оно начнет ускоряться. А вот скорость ускорения будет прямо зависеть от воздействия и обратно пропорционально зависеть от массы движущегося предмета.
Для примера можно рассмотреть снеговой шар, который катиться с горы. Если шар толкать по ходу движения, то ускорения шара будет зависеть от мощности воздействия: чем она больше, тем больше ускорение.
Но, чем больше масса данного шара, тем меньше будет ускорение.
Данное явление описывается формулой, в которой учитывается ускорение, или «a», равнодействующая масса всех воздействующих сил, или «F», а также масса самого предмета, или «m»:
а = F/m
Следует уточнить, что данная формула может существовать только в том случае, если равнодействующая всех сил не меньше и не равна нулю. Применяется закон только относительно тел, которые двигаются со скоростью меньше световой.
Это интересно! Квантовые постулаты Нильса Бора: кратко об основных положениях
Источник: https://znaniya.guru/fizika/zakon-isaaka-nyutona.html
