Третий закон Ньютона
Если в первом и втором законах главную роль играло только одно тело, то третий закон Ньютона подразумевает уже взаимодействие тел, то есть влияние друг на друга.
Формулировка у него следующая: Два тела воздействуют друг на друга с силами, которые противоположны друг другу по направлению, но равны по своему модулю.
Третий закон Ньютона.
F1 = -F2
Проще говоря, третий закон Ньютона, формула которого приведена выше, звучит так: «Сила действия равна силе противодействия». Это, например, оружейная отдача при выстреле, отскок мяча от стены, прыжок в воду из лодки (лодка отплывает назад) и многое другое. Чем-то примерно напоминает импульс и закон его сохранения.
Кстати, третий закон Ньютона, формула которого самая простая для понимания, может быть применена к абсолютно любым телам и явлениям.
Нет времени решать самому?
Наши эксперты помогут!
Физика простыми словами
Взаимодействие тел рассматривает динамика, в основе которой лежат 3 закона, носящих имя прославленного английского физика сэра Исаака Ньютона.
Первый закон Ньютона гласит: тело будет находится в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения пока и поскольку на него не подействуют другие тела. Это как раз то, о чем мы и говорили.
То есть автомобиль не может остановиться без взаимодействия колес с дорогой, с другой стороны, отсутствие этого взаимодействия не позволит неподвижному автомобилю тронутся с места, колеса будут просто напросто пробуксовывать.
Количественно взаимодействие тел в физике определяют силой — векторной физической величиной, которую принято обозначать буквой F и измерять в ньютонах.
К примеру, вы решили прокатить понравившуюся девушку на своём мотоцикле, она садится сзади и относительно мотоцикла неподвижна.
В обоих примерах, если брать мотоцикл за тело отсчета, и рассматривать движение относительно его, вы не обнаружите сил, которые действуют на вас или вашу девушку, вызывая изменение скорости.
Поэтому когда говорят о первом законе Ньютона, уточняют, что он справедлив для инерциальных систем отсчета, то есть систем, относительно которых тело сохраняет свою скорость при отсутствии на него воздействий внешних сил, ну или при их взаимной компенсации.
Если же система отсчета движется с ускорением, то она неинерциальная. Понятно? Нет. Идем дальше.
Второй закон Ньютона позволяет нам определить как же изменяется скорость при взаимодействии тел, или, проще говоря, позволяет найти ускорение. Давайте попробуем разобраться и вывести этот закон.
Чем масса больше, тем труднее изменить скорость тела. Поэтому иногда говорят, что масса является мерой инертности тела, то есть характеризует его способность сохранять скорость постоянной.
Если собрать все вместе можно сформулировать второй закон Ньютона следующим образом: ускорение прямо пропорционально силе приложенной к телу и обратно пропорционально его массе.
Часто этот закон можно встретить в другой интерпретации: сила, действующая на тело, равна произведению его массы и ускорения.
Третий закон Ньютона определяет силы, с которыми тела взаимодействуют друг с другом. Как вы думаете, зачем боксерам перчатки? Наиболее часто встречаются два варианта ответа. Первый, чтоб не травмировать свои руки, и второй, чтоб излишне не травмировать противника. В принципе, оба ответа верны.
Согласно третьему закону Ньютона, если мы действуем на какое-либо тело с силой F, то это тело будет действовать на нас с той же по модулю силой, но обратной по направлению:
Или как еще говорят, сила действия равна силе противодействия.
Законы Ньютона в логике курса механикиПравить
Существуют методологически различные способы формулирования классической механики, то есть выбора её фундаментальных постулатов, на основе которых затем выводятся законы-следствия и уравнения движения. Придание законам Ньютона статуса аксиом, опирающихся на эмпирический материал, — только один из таких способов («ньютонова механика»). Этот подход принят в средней школе, а также в большинстве вузовских курсов общей физики.
Альтернативным подходом, использующимся преимущественно в курсах теоретической физики, выступает лагранжева механика. В рамках лагранжева формализма имеются одна-единственная формула (запись действия) и один-единственный постулат (тела движутся так, чтобы действие было стационарным), являющийся теоретической концепцией. Из этого можно вывести все законы Ньютона, правда, только для лагранжевых систем (в частности, для консервативных систем). Все известные фундаментальные взаимодействия описываются именно лагранжевыми системами. Более того, в рамках лагранжева формализма можно рассмотреть гипотетические ситуации, в которых действие имеет какой-либо другой вид. При этом уравнения движения станут уже непохожими на законы Ньютона, но сама классическая механика будет по-прежнему применима.
Второй закон Ньютона
Вернемся к примеру с велосипедом. Сам по себе он не поедет, нам придется покрутить педали, а значит, приложить силу. При этом велосипед будет двигаться с разной скоростью, ведь сначала мы будем разгоняться, а затем остановимся, когда перестанем крутить педали.
Когда мы начинаем разгоняться, скорость возрастает, то есть велосипед будет двигаться с ускорением. Если велосипед будет разгоняться и останавливаться с равномерными показателями возрастания и убывания скорости, то это движение называется равноускоренным.
Если велосипед сбросить с крыши многоэтажки, то он будет падать равноускоренно, поскольку показатель ускорения будет постоянным – это называется ускорение свободного падения, которое обозначается как «g». Кстати, это касается не только падающего с крыши велосипеда, а и теннисного мяча, гантели, и даже рояля. Показатель ускорения свободного падения для всех тел одинаковый. Кстати, он равен 9,81 м/с2, но это уже другая история.
А теперь несколько распространенных мифов
- Пресловутое яблоко, наверное, известно каждому школьнику. Во время начала эпидемии чумы (1665 год) Ньютон, раздав студентам домашние задания, вынужден был уехать из Кембриджа и остановиться в деревушке, о названии которой история умалчивает. Именно тогда и родилась легенда о яблоке, ведь ученый не переставал работать и удивлял новыми открытиями. Впрочем, биографы Ньютона так и не сошлись во мнениях: был ли такой случай, либо же нет.
- За свои заслуги перед Кембриджским университетом в 1689 году уважаемого ученого избрали членом парламента, что было довольно престижной должностью. При этом, за все время заседаний этого парламента со своим участием Ньютон высказался всего один раз. Он попросил закрыть окно, поскольку было прохладно.
- Неизвестно, откуда пошла эта легенда, но многие считают, что Ньютон изобрел маленькую откидную дверцу во входных дверях, как сейчас делают для кошек. Якобы у него была кошка, и чтобы она не мешала работать, он сделал ей такою дверцу.
- На самом деле Ньютон был посвящен в рыцари вовсе не за научные заслуги, как принято считать. Королева Анна даровала ему рыцарский титул ради поддержки партии вигов, от которых ученый баллотировался в Парламент. Впрочем, он все равно проиграл выборы.
Исаак Ньютон внес неоценимый вклад в науку. Его три главных закона механики стали основой для множества открытий, причем даже через сотни лет, после него. Мы разобрали законы Ньютона кратко и с формулами. Надеемся, вам будет полезна эта информация.
В примере с автобусом видно, что пассажиры стараются сохранить свою скорость относительно Земли — инерциальной системы отсчета. Такое явление называется инерцией.
Инерция — явление, при котором тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
Инертность — физическое свойство, заключающееся в том, что любое тело оказывает сопротивление изменению его скорости (как по модулю, так и по направлению).
Не все тела одинаково инертны. Вы можете взять мячик и придать ему большое ускорение. Но вы не можете придать такое же ускорение гире, хотя она обладает похожим размером. Но мячик и гиря различаются между собой массой.
Масса — скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела. Чем больше масса, тем больше инертность тела.
Масса обозначается буквой m. Единица измерения массы — кг. Прибор для измерения массы — весы.
Чтобы придать одинаковую скорость двум телам с разной инертностью, к телу с большей инертностью придется приложить больше силы. Попробуйте сдвинуть с места стол, а затем — шкаф. Сдвинуть с места стол будет проще.
Если же приложить две одинаковые силы к телам с разной инертностью, будет видно, что тело с меньшей инертностью получает большее ускорение. Если приставить к пружине теннисный шарик, а затем сжать ее и резко отпустить, шарик улетит далеко. Если вместо теннисного шарика взять железный, он лишь откатится на некоторое расстояние.
Описанные выше примеры показывают, что между силой, прикладываемой к телу, и ускорением, которое оно получает в результате прикладывания этой силы, и массой этого тела есть взаимосвязь. Она раскрывается во втором законе Ньютона.
Сила, действующая на тело, равна произведению массы этого тела на ускорение, которое сообщает эта сила.
где — сила, которую прикладывают к телу, — ускорение, которое сообщает эта сила, m — масса тела
Сила — количественная мера действия тел друг на друга, в результате которого тела получают ускорения.
Сила — векторная физическая величина. Обозначается . Единица измерения — Н (Ньютон). Прибор для измерения силы — динамометр.
Пример №1. Определить, с какой силой действует Земля на яблоко, если, упав с ветки, оно получило ускорение 9,8 м/с2. Масса яблока равна 200 г.
Сначала переведем массу яблока в кг. 200 г = 0,2 кг. Теперь найдем силу, действующую на яблоко со стороны Земли, по второму закону Ньютона:
F = ma = 0,2 ∙ 9,8 = 1,96 (Н)
Законы Ньютона и силы инерцииПравить
Использование законов Ньютона предполагает задание некой ИСО. Однако, на практике приходится иметь дело и с неинерциальными системами отсчёта. В этих случаях, помимо сил, о которых идёт речь во втором и третьем законах Ньютона, в механике вводятся в рассмотрение так называемые силы инерции.
Интересные факты и мифы из жизни ученого
Ученый редко сидел без дела. Он постоянно работал и учился. Ньютон действительно сделал огромный вклад не только в науку своей эпохи, а и заложил прочный фундамент для будущих открытий.
В 45 лет он опубликовал свой ключевой труд, при этом интересовался не только механикой и физикой, а и химией, оптикой, астрономией и рядом других наук. Он даже был неплохим поэтом и художником, но такие его увеличения полностью померкли перед его основным талантом. Вполне неординарная и интересная личность для своей эпохи. Немудрено, что вокруг него витала аура таинственности и, разумеется, он был окружен различными мифами.
