Как объяснить школьнику 3 закона Ньютона по примерам из жизни?

Зако́ны
Ньюто́на — три закона,
лежащие в основе классической
механики и позволяющие записать
уравнения
движения для любой механической
системы, если известны силовые
взаимодействия для составляющих
её тел. Впервые в полной мере сформулированы
Исааком
Ньютоном в книге «Математические
начала натуральной философии»
(1687
год).

Основной закон динамики

Существует связь между силой (F), которая действует на тело (массы m), и ускорением (a). Тело приобретает ускорение из-за действующей на него силы.

Например, если взять два круглых предмета разной массы и ударить по ним битой (на картинке — бейсбольный мяч и шар для боулинга) с одинаковой силой, то результат будет разный.

Поскольку у них разная масса, то при ударе с одинаковой силой они будут перемещаться на разное расстояние и с разной скоростью. Если увеличится сила удара по тому же бейсбольному мячу, то результат тоже изменится — он улетит дальше.

Насколько объект ускоряется (a), зависит от массы тела (m) и силы, приложенной к нему (F).

Например, воздействие силы (F) 15 Н (Ньютонов) на бейсбольный мяч (массой m1) будет намного больше, чем та же самая сила, действующая на шар для боулинга (массой m2).

Формула

Законы Ньютона — это законы соотношения между силами, действующими на массивное тело, и движением тела, это их взаимодействие; всего их 3, и впервые их сформулировал английский физик и математик сэр Исаак Ньютон в 1686 году.

Законы Ньютона кратко:

1-й закон Ньютона: закон инерции — если на тело не действуют внешние силы, то покоящееся тело будет оставаться в покое, а движущееся тело останется в равномерном движении по прямой.

2-й закон Ньютона: основной закон динамики — существует связь между силой, которая действует на тело и ускорением (тело приобретает ускорение из-за действующей на него силы, т.е. F = m × a).

3-й закон Ньютона: закон равенства действия и противодействия — на каждое действие существует равное и противоположное противодействие.

Сила — это мера взаимодействия тел и измеряется в ньютонах (Н; единица измерения 1 Н = 1 кг·м/с²). Ньютон — это интенсивность силы, приложенная к частице массой 1 кг, вызывающая ускорение 1 метр в секунду в секунду, т.е. 1 м/с².

DПервый закон Ньютона

Первым, кто начал работу над законами инерции, был итальянский ученый Галилео Галилей. Он провел опыт, в процессе которого пускал по разным поверхностям в наклонной плоскости шарик. В результате он выяснил, что шарик, скатывающийся в песчаную поверхность, быстро останавливается; шарик, который скатывается по тканевой поверхности, катится намного дольше; а шарик, который скатывается по стеклу, катится дольше всего. Этот опыт позволил сформулировать простое определение понятию «инерция».

По Галилео Галилею инерция — «неистребимо запечатленное движение». Закон инерции во времена Галилея гласил: «при отсутствии внешних сил тело либо покоится, либо движется равномерно».

Инерция — возможность тел сохранять скорость по величине, по направлению, если на тело ничто не воздействует.

Второй закон Ньютона

Представим снова фигуристку, которая катится по абсолютно ровному льду, но приложим к ней силу. В этом случае фигуристка будет катиться, но в итоге все равно остановится. Логично, что скорость фигуристки изменится.

Сформулируем второй закон Ньютона:

Ускорение тела в инерциальных системах отсчета прямо пропорционально приложенной к нему силу и обратно пропорционально массе.

Масса тела — такая физическая величина, которая определяет свойства инерции и гравитации. Чем больше масса тела, тем большую силу к нему нужно приложить, чтобы придать ему ускорение.

Третий закон Ньютона

Третий закон Ньютона в физике описывает взаимодействие тел. Если кратко, то можно представить закон Ньютона как фразу «на каждое действие найдется противодействие».

Представим, что ребенок тянет канат с другим ребенком. Ясно, что на оба тела воздействуют одинаковые силы.

Сформулируем третий закон Ньютона:

Два тела воздействуют друг на друга с силами, которые противоположны по направлению, но равны по модулю.

Примеры задачи на законы Ньютона

Какие формулы нужны для решения задач на законы Ньютона?

Законы механики Ньютона

Механика – это наука о движении тел. Строгий научный вид механика приобрела в эпоху Возрождения. Особое место среди ученых, изучавших механику, принадлежит И. Ньютону, который четко сформулировал законы механики. Рассмотрим суть этих законов.

Динамика как главный раздел механики

Классическая механика, изучаемая в 10 классе, состоит из трех разделов – кинематики, статики и динамики.

• Кинематика изучает само движение, безотносительно его причин.
• Статика изучает причины отсутствия движения.
• Динамика изучает причины изменений в движении, в том числе его начала и конца.

Рис. 1. Разделы механики.

Получается, что кинематика и статика – это «подчиненные» разделы, поскольку любое движение сперва должно начаться, а если движение отсутствует, то причины этого невозможно понять, не зная причин движения вообще. В результате, можно утверждать, что ведущим разделом механики является именно динамика.

Центральным понятием динамики является понятие силы – меры взаимодействия тел. Более того, утверждение о том, что причиной любых изменений в движении является сила – это основное утверждение механики.

Законы механики И. Ньютона

Законы, описывающие механизм действия сил в механике, сформулированы великим ученым эпохи Возрождения И.Ньютоном.

Рис. 2. И. Ньютон.

Таких закона три.

• Первый закон описывает движение тела вне действия сил.
• Второй закон описывает результат действия силы на тело.
• Третий закон устанавливает «взаимность» действия сил, и запрещает «одностороннее» воздействие.

Рассмотрим законы механики ньютона подробнее.

Первый закон Ньютона, во-первых, устанавливает понятие инерциальной Системы Отсчета, относительно которой рассматриваемое тело движется равномерно и прямолинейно (или покоится). Во-вторых, этот закон устанавливает существование таких Систем для тела, на которое не действуют никакие силы.

Иногда этот закон формулируют в упрощенном виде, как «вне действия сил тело движется равномерно и прямолинейно». Однако, здесь упущена важная тонкость. Так происходит исключительно в инерциальной Системе Отсчета. Если принятая Система Отсчета инерциальной не является (если она движется с ускорением), то этот закон выполняться не будет.

Второй закон Ньютона утверждает, что результат действия любой силы на тело – это ускорение, приобретаемое телом. Это ускорение равно отношению силы, приложенной к телу, к массе этого тела. В виде формулы:

Таким образом, по законам Ньютона сила в механике – это единственная причина изменения движения.

Третий закон Ньютона устанавливает взаимность действия силы. В упрощенной формулировке он звучит как «действие равно противодействию». Это значит, что если на тело действует сила со стороны другого тела, то должна существовать другая сила, такая же по модулю, но направленная в противоположную сторону, действующая со стороны первого тела на второе. Эти две силы не компенсируют друг друга, поскольку приложены к разным телам.

Третий закон запрещает «одностороннее» действие силы. Именно благодаря его действию, мы, делая шаг – перемещаемся вперед, хотя сила наших мускулов направлена в противоположном направлении.

Рис. 3. Три закона Ньютона.

Что мы узнали

Ведущим разделом механики является динамика, изучающая причины изменений в движении. Три закона динамики были выведены И. Ньютоном. Первый описывает движение тела вне действия сил. Второй описывает изменение в движении тела под действием силы. Третий запрещает одностороннее взаимодействие, устанавливая «взаимность» силового влияния.

Тест по теме

Чтобы попасть сюда – пройдите тест.

Оценка доклада

А какая ваша оценка?

Законы движения Ньютона — это три утверждения, описывающие отношения между силами, действующими на тело, и движением тела. Они были сформулированы физиком и математиком Исааком Ньютоном. Чтобы их изучить и понять, не нужно идти в какую-то специальную лабораторию. Надо лишь попробовать уделить больше внимания вещам, которые происходят вокруг вас, и подумать, какой закон Ньютона за этим стоит.

Мы в «Бери и Делай» не сомневаемся в том, что изучение точных наук может быть очень увлекательным. И рассказываем, как объяснить 3 закона Ньютона на простых примерах из жизни.

1-й закон Ньютона

• Формулировка закона: «Если тело покоится или движется с постоянной скоростью по прямой линии, оно останется в покое или продолжит двигаться по прямой линии с постоянной скоростью, если на него не действует сила». Этот постулат также известен как «закон инерции».
• Примеры из жизни, иллюстрирующие 1-й закон Ньютона:

✔ Самый простой пример, объясняющий этот закон Ньютона, — объект, который просто помещен на поверхность Земли. Он будет сохранять состояние покоя до тех пор, пока на него не будет воздействовать какая-нибудь сила. Так, книга на книжной полке не поменяет своего положения, пока на нее не окажет воздействия какая-нибудь сила. Или мяч, находящийся на газоне футбольного стадиона, не будет двигаться сам, если его не толкнуть или не потянуть. Порыв ветра может заставить мяч двигаться. То есть сила не обязательно должна исходить от человека.

✔ Во время поездки в транспорте, когда водитель резко тормозит, мы ощущаем мгновенное движение нашего тела вперед. Причиной этого рывка, который ощущают пассажиры, сидящие внутри автобуса, является закон инерции. Из-за инерции движения наше тело продолжает двигаться даже после остановки транспорта, тем самым подталкивая нас вперед.

✔ Марафонец не может остановиться сразу после пересечения финишной черты. Он продолжает бежать еще несколько метров. Это происходит из-за инерции, которая не позволяет телу резко остановиться и заставляет его сохранять свое состояние движения.

✔ Мяч, катящийся по земле, имеет тенденцию сохранять свое состояние движения до бесконечности, если на него не действует внешняя сила. Однако такая сила существует. Это сила трения, которая действует на мяч извне и помогает остановить движение мяча.

2-й закон Ньютона

• Формулировка закона: «Сила, действующая на объект, равна произведению массы этого объекта на его ускорение». Это означает, что ускорение, создаваемое телом, прямо пропорционально приложенной к нему силе и обратно пропорционально массе тела.
• Примеры из жизни, иллюстрирующие 2-й закон Ньютона:

✔ Толкание легкового автомобиля и грузовика: после того как грузовик и автомобиль толкнут с одинаковой силой, автомобиль разгонится больше, чем грузовик. Потому что масса автомобиля меньше массы грузовика.

✔ Толкать пустую корзину также легче, чем загруженную. Это связано с соотношением между массой объекта, приложенной к нему силой и создаваемым ускорением.

✔ Футбольный мяч после удара развивает определенное ускорение. Это ускорение прямо пропорционально приложенной к нему силе. Говоря простым языком, чем сильнее вы ударите по мячу, тем быстрее он будет двигаться, тем самым демонстрируя 2-й закон Ньютона в повседневной жизни.

3-й закон Ньютона

• Формулировка закона: «При взаимодействии двух тел они прикладывают друг к другу силы, равные по величине и противоположные по направлению». 3-й закон также известен как «закон действия и противодействия».
• Примеры из жизни, иллюстрирующие 3-й закон Ньютона:

✔ Когда резиновый мяч падает на пол, то, ударяясь о пол, он на него действует с силой, направленной вниз. Это действие. В противодействие пол действует на мяч с такой же силой, только направленной вверх. Поэтому мяч подскакивает вверх.

✔ Воздух, находящийся внутри незавязанного воздушного шара, выталкивается через открытый конец. Это заставляет воздушный шар двигаться в противоположном направлении. Сила выхода воздуха — это действие. Движение воздушного шара — это противодействие.

✔ Если человек выпрыгивает из лодки, то его действие вызовет ответное действие. Оно будет равным, но противоположно направленным: в момент прыжка лодка отплывет назад. Из-за этого человек рискует оказаться не на берегу, а в воде.

Основу динамики составляют три закона Ньютона:

Первый закон Ньютона – Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела (или действие других тел скомпенсировано).

R – равнодействующая всех сил, приложенных к телу

v – скорость тела

Второй закон Ньютона — Ускорение тела пропорционально силе, действующей на тело и обратнопропорционально массе этого тела.

Третий закон Ньютона – Тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной прямой, равными по модулю и противоположными по направлению.

Эти Силы :

– действуют вдоль одной прямой;- направлены в противоположные стороны;- равны по величине;- приложены к разным телам, поэтому не уравновешивают друг друга;- одинаковой природы.

Основу динамики составляют три закона Ньютона, которые справедливы для макроскопических тел, скорость движения которых много меньше скорости движения света в вакууме. Существует несколько формулировок каждого из законов. Все они являются верными.

1) Первый закон Ньютона – Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела (или действие других тел скомпенсировано).

2) Первый закон Ньютона – если на тело не действует внешняя сила, то тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

3) Первый закон Ньютона – материальная точка сохраняет состояние покоя или равномерного движения до тех пор, пока внешние воздействия не изменят этого состояния.

Первый закон Ньютона – закон инерции.

Инерцией называют явление сохранения скорости движения тела при отсутствии внешних воздействий или при их компенсации.

б) если действия скомпенсированы (R=0) – движение равномерное прямолинейное (v=const)

Системы отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона, называются инерциальными системами отсчета. Все системы отсчета, движущиеся прямолинейно и равномерно относительно данной инерциальной системы отсчета, тоже являются инерциальными.

1) Второй закон Ньютона — Ускорение тела пропорционально силе, действующей на тело и обратнопропорционально массе этого тела.

2) Второй закон Ньютона — Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение

Закон справедлив для любых сил

Из второго закона Ньютона следует :

– приложенная к телу сила определяет его ускорение;   – сила – причина изменения движения (скорости);

Ускорение, приобретаемое материальной точкой в инерциальной системе отсчета:

– прямо пропорционально действующей на точку силе;   – обратно пропорционально массе точки;   – направление ускорения всегда совпадает с направлением силы;

Если на тело одновременно действуют несколько сил (например,F1,F2 и F3) то под силой в формуле, выражающей второй закон Ньютона, нужно понимать равнодействующую всех сил:    F=F1+F2+F3

Третий закон Ньютона – Тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной прямой, равными по модулю и противоположными по направлению.

На картинке показан как действует третий закон Ньютона. Человек воздействует на груз с такой же по модулю силой, с какой груз действует на человека. Эти силы направлены в противоположные стороны. Они имеют одну и ту же физическую природу – это упругие силы каната. Сообщаемые обоим телам ускорения обратно пропорциональны массам тел.

Третий закон выполняется во всех случаях при взаимодействии тел.

Силы взаимодействия имеют одинаковую природу.

Законы движения Ньютона устанавливают, утверждают, показывают:

• Первый закон Ньютона утверждает, что существуют инерциальные системы отсчета, и позволяет их находить.
• Второй закон Ньютона устанавливает связь между силой и вызванным ею ускорением.
• Третий закон Ньютона показывает, что действие одного тела на другое носит взаимный характер.

Предмет, лежащий на полке, действует на нее с определенной силой. В ответ на это полка противодействует этой силе с аналогичной силой. Однако аналогичным является лишь значение, направление же противоположно. Такое взаимодействие отражено в третьем законе Ньютона.

Классическая механика опирается на три закона, сформулированные Ньютоном в конце XVII века.

Пальма первенства первого закона принадлежит основоположнику экспериментальной физики Галилео Галилею. Он носит название закона инерции и был включен Ньютоном в систему законов классической механики.

Закон инерции: когда на тело отсутствует воздействие других тел, оно пребывает в состоянии покоя или осуществляет прямолинейное равномерное движение.

К примеру, по дороге движется машина. Если компенсировать действие силы тяги двигателя, а также силы трения поверхности дороги, то машина будет двигаться равномерно.

В физике говорят, что в такой ситуации тело движется по инерции.

Таким образом, понятно, что тело будет находиться в покое, если воздействие на него других тел компенсируется.

Второй закон Ньютона направлен на установление зависимости ускорения тела, взаимодействующего с другим телом, от его массы и силы, воздействующей на него. Из опытов следует, что более интенсивная сила вызывает большее ускорение.

Например, водитель автобуса, нажимая на педаль тормоза, регулирует скорость остановки. В то же время ускорение будет зависеть от массы тел. Так, грузовой автомобиль имеет больший тормозной путь с выключенным двигателем.

Второй закон Ньютона: ускорение тела прямо пропорционально силе, действующей на тело и обратно пропорционально его массе.

Третий закон Ньютона выражает особенности ситуации возникновения силы в опоре либо теле, подвергшемся действию силы. Такие ситуации окружают человека повсюду, в окружающей природе и в быту. Например, толкая мяч, человек испытывает ответное давление на ногу со стороны мяча.

Чувствовать его интенсивность не получается, поскольку масса мяча значительно меньше, чем человека. В то же время, если пнуть металлический шар, ноге станет больно. Проекцией данной ситуации в крупном масштабе является ходьба людей по земному шару. Каждый шаг — это «пинок», в ответ на который земля отталкивает ногу.

Указанные примеры отражают факт, что при взаимодействии тел силы в природе существуют парами. Однако их уравновешивание будет нарушаться, если точки приложения принадлежат разным телам.

Когда тела действуют друг на друга, каждое из них приобретает ускорение. Так, груз, который подвесили на нити, воздействует на нее. Вектор этой силы направлен вниз, поэтому характеризуется свойством растягивать нить, которая также воздействует на груз. Однако вектор этой силы направлен вверх. По модулю значения этих двух сил равны, однако их направления противоположны.

Пояснения к третьему закону Ньютона

Объяснение третьего закона Ньютона можно дать следующим образом:

Из рассмотренного выше следует:

Единицей измерения силы является Ньютон.

Красный и черный векторы равны, при этом перед одним из них стоит знак «минус». Благодаря такому обозначению мы понимаем, что векторы имеют противоположные направления. Поэтому формулу правильно записать так:

Знак равенства между векторами подчеркивает особенность, что по модулю векторы равны.

Проявлениями третьего закона Ньютона являются следующие характеристики:

• Когда тела взаимодействуют, силы действуют как на одно, так и на другое тело.
• По модулю силы, действующие на оба тела, равны.
• Действующие на оба тела силы имеют противоположное направление.

Мы подошли к формулировке третьего закона Ньютона.

Формулировка третьего закона Ньютона, формула

Взаимодействие тел происходит с силами, значения по модулю которых равны, а направления противоположны. Действия сил происходят вдоль прямой, соединяющей эти материальные точки (тела).

Так звучит третий закон Ньютона. Его просто выразить с помощью формулы:

Смысл закона заключается в том, что силы между взаимодействующими телами возникают парами. При этом одна из них носит название «сила действия», а вторая — «сила противодействия». Принимая во внимание, что силы действуют на разные тела, складывать их нельзя, как и утверждать, что они могут уравновешивать друг друга.

Все три закона Ньютона являются справедливыми при условии инерциальных систем отсчета.

В отличие от первого и второго законов Ньютона, в третьем речь идет не об одном, а о двух телах. Силы взаимодействия, возникающие между ними, приложены к разным телам, однако они одинаковы по модулю и направлены в противоположные стороны.

Примеры применения третьего закона Ньютона

Применение третьего закона Ньютона в жизни человека встречается часто. Без него не обходится строительство зданий, мостов, с учетом его действия не тонут корабли, да и сами люди не проваливаются под землю. Причина этому — присутствие сил взаимодействия с другими телами. Любой из названых предметов имеет опору (земля, подставка, стол, вода, воздух и т.д.). Простыми словами, силу, которая тянет физические тела к центру Земли, компенсирует ответное действие опоры.

Границы действия закона необходимо учитывать в таких ситуациях, как, например, выпрыгивание из лодки. В момент прыжка лодка отплывет назад, поскольку на нее будет действовать сила с направлением, противоположным направлению прыжка. Прыгающий на берег человек упадет в воду, не рассчитав возникшее дополнительное расстояние.

Таких ситуаций в жизни много. Изменить их проявление можно с помощью дополнительных опор.

Пароходы, лодки и катера могут двигаться вперед за счет взаимодействия с водой. Такие технические плавсредства, как и водоплавающие животные, в результате работы винтов (с помощью лапок, хвостов, плавников) отталкивают воду назад и, испытывая ответное действие воды, плывут вперед.

Аналогичная ситуация с самолетами, вертолетами, птицами и прочими летающими живыми существами. Их движение становится в воздухе реальным по причине взаимодействия с воздухом. Отталкивая воздух назад, с учетом ответного действия, они совершают движение вперед.

Человек использует такие природные закономерности в своей профессиональной деятельности. Так, электромонтеры (связисты), которым необходимо подниматься на столбы, пользуются «кошками» — специальными приспособлениями, представляющими собой две железные дуги, имеющие острые зубцы, и опоры для ног.

Работник охватывает «кошкой» столб, ее шипы впиваются в дерево (бетон). Перенося центр тяжести своего тела на эту «кошку», он закрепляет вторую ногу. Так, поочередно «шагая» вверх, он поднимается на нужную высоту. Если предположить, что со столбом отсутствует взаимодействие, такого результата рабочий достичь бы не смог.

Лекция 06. Законы динамики Ньютона. Импульс.

Динамика – раздел механики, в котором изучают закономерности механического движения материальных тел под действием приложенных к ним сил и причины возникновения у тел ускорений.

Основная задача динамики состоит в том, чтобы по известным законам движения определить силы, действующие на тело.

Изменение скорости тела происходит под действием другого тела. Покажем это.

Опыт с тележками. К тележке прикрепим упругую пластинку. Затем изогнем ее и свяжем нитью. Тележка относительно стола находится в покое.

Станет ли двигаться тележка, если упругая пластинка выпрямится? Для этого перережем нить. Пластинка выпрямится. Тележка же останется на прежнем месте.

Затем вплотную к согнутой пластинке поставим еще одну такую же тележку.

Вновь пережжем нить. После этого обе тележки приходят в движение относительно стола. Они разъезжаются в разные стороны.

Чтобы изменить скорость тележки, понадобилось второе тело. Опыт показал, что скорость тела меняется только в результате действия на него другого тела (второй тележки). В нашем опыте мы наблюдали, что в движение пришла и вторая тележка. Обе стали двигаться относительно стола.

Тележки действуют друг на друга , т.е они взаимодействуют. Значит, действие одного тела на другое не может быть односторонним, оба тела действуют друг на друга, т. е. взаимодействуют.

Действие тел друг на друга называют взаимодействием.

Пуля также находится в покое относительно ружья перед выстрелом. При взаимодействии (во время выстрела) пуля и ружье движутся в разные стороны. Получается явление – отдачи.

Если человек, сидящий в лодке, отталкивает от себя другую лодку, то происходит взаимодействие. Обе лодки приходят в движение.

Если человек прыгает с лодки на берег, то лодка отходит в сторону, противоположную прыжку. Человек подействовал на лодку. В свою очередь, и лодка действует на человека. Он приобретает скорость, которая направлена к берегу.

Итак, в результате взаимодействия оба тела могут изменить свою скорость.

В повседневной жизни мы постоянно встречаемся с различными видами воздействий одних тел на другие. Чтобы открыть дверь, нужно «подействовать» на нее рукой, от воздействия ноги мяч летит в ворота, даже присаживаясь на стул, вы действуете на него. В то же время, открывая дверь, мы ощущаем ее воздействие на нашу руку, действие мяча на ногу особенно ощутимо, если вы играете в футбол босиком, а действие стула не позволяет нам упасть на пол. То есть действие всегда является взаимодействием: если одно тело действует на другое, то и другое тело действует на первое.

Эти  примеры  подтверждают  вывод  ученых о том, что в природе мы всегда имеем дело с вза­имодействием,  а не с односторонним действием.

Величину, характеризующую взаимодействие тел, называют сила.

Сила — физическая величина, которая количественно характеризует действие одного тела на другое.

F – обозначение силы

Сила – векторная величина; она характеризуется:

• модулем (абсолютной величиной);
• направлением;
• точкой приложения.

Измеряется при помощи прибора «динамометр».Простейший динамометр состоит из пружины с двумя крючками, закрепленной на дощечке. На дощечку нанесена шкала.

Если на тело одновременно действуют несколько сил (например,F1,F2 и F3) то под силой, действующей на тело, нужно понимать равнодействующую всех сил: F=F1+F2+F3

Равнодействующая сил – это сила, действие которой заменяет действие всех сил, приложенных к телу. Это векторная сумма этих сил, приложенных к телу.

Принцип суперпозиции сил: если тело взаимодействует одновременно с несколькими телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других тел.

Для заряженных тел:

Для тела, движущегося по поверхности:

В басне Крылова “Лебедь, рак и щука” они не могли сдвинуть телегу, т.к. равнодействующая сил, приложенных к телеге была равна нулю.

• Первый закон Ньютона – если на тело не действует внешняя сила, то тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.
• Первый закон Ньютона – материальная точка сохраняет состояние покоя или равномерного движения до тех пор, пока внешние воздействия не изменят этого состояния.

Первый закон Ньютона – закон инерции. Инерцией называют явление сохранения скорости движения тела при отсутствии внешних воздействий или при их компенсации.

Системы отсчета, в которых выполняется Первый закон Ньютона, называются инерциальными системами отсчета. Все системы отсчета, движущиеся прямолинейно и равномерно относительно данной инерциальной системы отсчета, тоже являются инерциальными.

Инерциальная система отсчета (ИСО) – система отсчета относительно которой тело, при отсутствии внешних воздействий или при их компенсации, движется прямолинейно и равномерно.

Явление инерции позволяет определить массу тел. Если два тела взаимодействуют между собой, то приобретаемые ими скорости зависят от массы этих тел. Чем тело массивнее, тем меньшую скорость оно приобретаем (говорят, что тело более инертное). Чем тело менее массивное, тем большую скорость оно приобретает (менее инертное). Вспомните, что проще сдвинуть яблоко или арбуз?

Опыт по столкновению двух тележек.

Отношение масс тел при их взаимодействии равно обратному отношению модулей ускорений:

Свойство тела, от которого зависит его ускорение при взаимодействии с другими телами, называется инертностью.

Одни тела более инертны, другие менее инертны (разгон легкового автомобиля и грузового, столкновение пластмассового шарика и стального – у какого шарика будет больше ускорение при столкновении? У пластмассового, т.к. он легче или, как говорят физики, менее инертен)

Опыт № 1. Инертность тела. (Объяснение опыта: любое тело старается сохранить состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Когда бумажную ленту тянут медленно, то за ней движется колба, если же ленту вырывают быстро она остается на месте, т.е. сохраняет состояние покоя.)

Опыт № 2. Инертность тела. (Объяснение опыта: Любое тело старается сохранить состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Если медленно двигать подставку, то шарик движется вместе с ней, а если резко выбить подставку шарик остается на месте.)

Количественная мера инертности тела – масса тела.

Масса тела – это физическая величина, выражающая его инертность.

Любое тело обладает массой.Масса обозначается буквой m.

Килограмм – это масса эталона. Эталон килограмма находится в городе Севре около Парижа.

Измеряется масса с помощью весов (взвешиванием) и по ускорению при взаимодействии с эталоном.

Второй закон Ньютона — Ускорение тела пропорционально силе, действующей на тело и обратнопропорционально массе этого тела.

F — Сила действующая на тело

m — Масса тела

a — Ускорение тела

Второй закон Ньютона — Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение

Из Второго закона Ньютона следует :

– Прямо пропорционально действующей на точку силе;- Обратно пропорционально массе точки;- направление ускорения всегда совпадает с направлением силы;

Если на тело одновременно действуют несколько сил (например,F1,F2 и F3) то под силой в формуле, выражающей второй закон Ньютона, нужно понимать равнодействующую всех сил: F=F1+F2+F3

Третий закон Ньютона – Тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной прямой, равными по модулю и противоположными по направлению.

— Сила действующая на 2 предмет

— Сила действующая на 1 предмет

Современная формулировка

В
современной физике первый закон Ньютона
принято формулировать в следующем виде

Закон
верен также в ситуации, когда внешние
воздействия присутствуют, но взаимно
компенсируются (это следует из 2-го
закона Ньютона, так как скомпенсированные
силы сообщают телу нулевое суммарное
ускорение).

Этот закон также используется как определение инерции.

Если на объект не действует внешняя сила, то его скорость будет постоянной. Если скорость будет нулевой, то и объект не сдвинется с места. Если будет существовать внешняя сила, из-за этой силы его скорость изменится.

Имеется в виду, что вещи не останавливаются, не начинают двигаться сами по себе и не меняют направление без силы, которая действует на них извне, что и вызывает такие изменения их движений.

Например, при игре в футбол мяч полетит в ту сторону, куда игрок его пнёт. Так, объект, на который действует сила, может изменить свою скорость и направление. Когда мяч попадает в ворота, другая сила (сила сетки ворот) действует на него, останавливая.

Другое определение инерции:

Инерция — это свойство тел, заставляющее их сопротивляться изменениям скорости и/или направления.

Формулы первого закона Ньютона не существует.

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

Изображение 7

Сначала тележка движется прямолинейно и равномерно относительно земли. На ней находятся два шарика, один из которых лежит на горизонтальной поверхности, а другой подвешен на нити. Силы, действующие на каждый из шариков по вертикали, уравновешены, по горизонтали никакие силы на них не действуют (силу сопротивления воздуха в данном случае можно не учитывать). Шарики будут находиться в покое относительно тележки при любой скорости её движения (U1, U2, U3, и.т.д.) относительно земли – главное, чтобы эта скорость была постоянна. Но когда тележка попадает на песочную насыпь её скорость быстро уменьшается, в результате чего тележка останавливается. Во время торможения тележки оба шарика приходят в движение, т.е. изменяют свою скорость относительно тележки, хотя нет никаких сил, которые толкали бы их. Значит, в системе отсчёта, связанной с тележкой, тормозящей относительно земли, закон инерции не выполняеться.

При
подходящем выборе единиц
измерения, этот закон можно
записать в виде формулы:

—
сила,
приложенная к материальной точке;

m —
масса
материальной точки.

Или
в более известном виде:

В
случае, когда масса материальной точки
меняется со временем, второй закон
Ньютона формулируется с использованием
понятия импульс:

—
производная
импульса по времени.

Когда
на тело действуют несколько сил, с учётом
принципа
суперпозиции второй закон
Ньютона записывается:

Второй
закон Ньютона действителен только для
скоростей, много меньших скорости
света и в инерциальных системах
отсчёта. Для скоростей, приближенных к
скорости света, используются законы
теории
относительности.

Нельзя
рассматривать частный случай (при

)
второго закона как эквивалент первого,
так как первый закон постулирует
существование ИСО, а второй формулируется
уже в ИСО.

Закон равенства действия и противодействия

На каждое действие существует равное и противоположное противодействие/реакция.

Имеется в виду, что на каждую силу действия, приложенную к телу, возникает другая сила противодействия в другом теле, и эта сила (реакции/противодействия) имеет ту же интенсивность, что и сила действия, но она действует в противоположном направлении. Так, парами, эти силы появляются и компенсируют друг друга.

Действие — это сила стопы атлета на земле, а сила противодействия заключается в том, что земля отталкивает тело в противоположном направлении.
Таким образом, 3 закон Ньютона объясняет то, как мы можем бегать и ходить по земле.

Другой пример: когда каратист ударяет по боксёрской груше, она “ударяет” каратиста с той же силой, и это понятно по тому, как у него болит от этого удара нога.

Для постоянной массы тела справедлива следующая формула:

F1 — сила действия первого тела на второе;

F2 — сила действия второго тела на первое.

Эта формула означает, что взаимодействие двух тел даёт пару сил F1 и F2, которые:

• взаимодействуют друг с другом;
• равняются по модулю;
• ориентированы в противоположные направления вдоль прямой, которая совмещает эти два тела.

Узнайте также про Закон сохранения энергии, Ускорение свободного падения и Силу Архимеда.