Физика для чайников. Урок 7. Законы Ньютона
Если кинематика занимается чистым движением, то динамика подразумевает, что у движущихся тел есть масса и на них могут действовать различные силы. Законы Ньютона – это как раз про силы. Давайте рассмотрим их. Сначала я приведу научную формулировку, а затем объясню простыми словами.
Первый закон Ньютона. Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.
Теперь объяснение. Что такое материальная точка вы можете прочитать в статье Физика для чайников. Урок 3. Кинематика . Но если лень читать «много букв» тогда просто запомните, что материальная точка такой объект, размеры которого нам вообще без разницы. Система отчета – это просто система координат, относительно которой мы определяем движение. Помните, что движение может быть только относительно чего-то (так же в уроке про кинематику об этом написано). По сути, система отчета – это место, относительно которого мы измеряем движение.
Ну а теперь можно перевести первый закон Ньютона на простой язык. Это будет звучать так: есть такие места, которые называться инерциальными системами отчета. В этих местах, если что-то движется или стоит на месте, и на него не действуют никакие силы, или действуют, но уравновешивают друг друга, то это нечто будет двигаться или стоять в одном месте до тех пор, пока на него не подействует какая-то другая сила. Яркий пример такой инерциальной системы отчета – это МКС (Международная космическая станция), где космонавты находится в состоянии невесомости и могут свободно летать по салону космического корабля.
Второй закон Ньютона. В инерциальной системе отсчёта ускорение, которое получает материальная точка с постоянной массой, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе. Это можно описать в виде формулы:
А если простыми словами, то чем больше силу приложить к некому физическому телу, те сильнее оно будет ускоряться. Но массивные тела ускорить сложнее, надо больше сил прикладывать. Да, тяжелое двигать тяжело. А если двигать сильно, то будет двигаться быстро. Вот и весь житейский смысл этого закона.
А еще из этого закона вытекает определение силы. Сила изменяется в ньютонах, и один ньютон означает, что под действием такой силы тело массой 1 кг приобретёт ускорение 1 м/с^2. Кстати, не следует путать вес и массу. Масса – это мера инертности тела, а вес – это сила тяжести. Вообще, кроме ньютонов сила измеряется в еще и в килограммах силы (кгс). Один килограмм силы это примерно 9.8 ньютонов. Если тушку весом 120 кг перенести на Луну, то там ее вес будет всего 20 кг. А вот масса так и останется 120 кг. На Земле вес и масса численно почти равны (могут отличаться незначительно, так как в разных местах земли ускорение свободного падение чуть-чуть разное).
Третий закон Ньютона. Материальные точки взаимодействуют друг с другом силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, равными по модулю и противоположными по направлению.
Простыми словами это можно сформулировать так. Вот представьте, что вы давите на стенку. Так вот, стенка с такой же силой давит на вас. И эти силы уравновешивают друг друга, поэтому вы остаетесь неподвижными. Точно так же, если камень лежит на земле, то он давит на нее своей силой тяжести. А в ответ получает силу реакции опоры, которая уравновешивает силу тяжести. Если камень положить на поверхность воды, то он утонет. Почему? Потому что вода жидка и не дает той реакции опоры, которая бы уравновесила силу тяжести. Таким образом, сила тяжести увлекает его вниз.
Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/id/5c3064b087b8d700aa624c80/fizika-dlia-chainikov-urok-7-zakony-niutona-5f0022a7fcd270151004eb8a
Первый закон Ньютона
Поскольку наш материал про три закона Ньютона пользуется большой популярностью, а большинство читателей с трудом ориентируется в этих вещах и постоянно задают вопросы в личные сообщения, мы решили подробнее расписать каждый из этих фундаментальных законов.
Начнем, само собой, с первого закона Ньютона.
Полезно знать, что основы заложил ещё Галилей , сформулировав закон инерции. Из него следует, что при отсутствии внешних сил тело либо покоится, либо движется равномерно.
Ньютон же «осовременил» и дополнил эту формулировку, обозначив понятие относительности.
Давайте сформулируем первый закон Ньютона так, как это обычно сделано в учебниках.
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.
Вот, вроде бы, мало написано. Но о чём тут вообще написано?
Первая мысль, которая появляется при прочтении этих строк — для чего это вообще и что это за бред ? Да, именно бред.
Когда нам рассказывают про этот закон, аналитическое мышление ещё не до конца сформировано и жизненного опыта маловато. Поэтому, давайте разбирать вопрос буквально по буквам. И после нашей аналитической работы вы будет воспринимать первый закон Ньютона как один из фундаментальных законов механики, а не что-то из учебника.
Вся сложность ни в первом законе, а в мудреной формулировке! Вот мы и не понимаем ничего 🙂 Оно как на древнерусском языке написано.
Читаем поэтапно:
Система отсчёта
Существуют такие системы отсчёта. Стоп-слово системы отсчёта. Что такое система отсчёта ?
В данном случае, это обстоятельство указывает на принадлежность рассматриваемых тел к одной системе отсчёта.
Если мы едем на поезде и проезжаем мимо станции, то можно рассматривать и поезд, и станцию в одной системе отсчёта, а можно как разные.
В одной общей системе отсчёта, привязанной к станции, поезд будет ехать, а станция стоять.
В другой, привязанной к поезду, поезд будет стоять, а станция проедет мимо.
Мы можем сидеть на стуле в комнате, а земля в это время крутится. Относительно земли мы сидим, а относительно пространства или, скажем, луны, крутимся.
Именно это обстоятельство и обозначается понятием система отсчёта.
Инерциальная система отсчёта
Следующее новое слово — инерциальная система отсчёта .
Что это такое? Да всё тоже очень просто. Это система отсчёта, в которой существует инерция.
Инерция есть способность тела сохранять скорость как по направлению, так и по величине, при отсутствии воздействий на тело. Если поезд разгоняется, мы начинаем падать противонаправлено его движению, когда тормозит — падаем вперед. Вот она инерция. Врезаемся передним колесом велосипеда в бордюр и что-то тянет нас через руль. Опять инерция. Она появляется в следствие того, что у тела есть некоторая собственная масса. И в случае с поездом, эта масса продолжает своё свободное движение по инерции, тогда как колёса поезда уже тормозятся.
Как мы помним, первый закон Ньютона — это ещё и закон инерции .
Равномерно и прямолинейно
Здесь, наверное, ничего пояснять не нужно.
Прямолинейно — это по прямой линии.
Равномерно — значит за любые равные промежутки времени проходит одно и то же расстояние, и имеет неизменную скорость.
Н а них не действуют никакие силы.
Для чего это обозначается?
В реальной жизни и в нашем пространстве в нашей системе отсчёта, мы всегда испытываем действия каких-либо сил.
Если санки катятся с горы, то на них, как минимум, действует сила притяжения Земли и сила трения, возникающая между полозьями и снегом. Представить себе обратную ситуацию в реальной жизни довольно сложно. А тут на этом заостряется внимание.
Действие других сил скомпенсировано .
Понятие более сложное, чем предыдущие обозначенные моменты.
Как представить себе компенсацию сил?
Представьте себе, что лыжник скатывался с горы и в какой-то момент подул ветер, который остановил лыжника. В момент остановки силы и были скомпенсированы. Или, результирующая всех сил была равна нулю.
Проще всего представить себе эту ситуацию, когда мы говорим про плавание.
Простая формулировка Первого закона Ньютона
Теперь, изучив всю матчасть, мы модем сформулировать закон в оченой простой форме.
Если велосипедист едет по абсолютно ровной дороге, после того, как его кто-то толкнул вперед,а дорога без наклона и сила трения колёс, а также сопротивление ветра (как и ВСЕ внешние сопротивления) отсутствуют, то он будет катиться так с одинаковой скоростью бесконечно долго. Но в реальной системе отсчёта ВСЕГДА будут действовать силы противодействия (трение, ветер, кочки) и велосипедист начнет останавливаться, если не будет крутить педали.
Не прозвучало тут про компенсацию сил. Как бы выглядела бы компенсация сил на примере такого велосипедиста?
Пусть в лицо велосипедисту дует ветер и воздействует на него с силой 50 Ньютонов, а за спиной у велосипедиста будет винт, как у Карлсона, который создает силу движения вперед 50 Ньютонов. Вот мы и уравновесили все силы и получили результирующий ноль.
Примерно так будет звучать простая версия первого закона Ньютона.
Для чего оно всё нужно?
Если вы уже решали задачи, то наверняка сталкивались с рисованием схемы для задачи, где отображены все силы:
Сказали мы всё это, для того, чтобы в дальнейшем вы представляли, себе, как и для чего рисуется такая схема, откуда вылезает понятие равнодействующей и как взаимодействуют силы друг с другом. Плюс никто не отменял и законы природы :).
Надеюсь, что статья была для вас полезна!
Подписывайтесь на наш проект, ставьте лайки и смотрите Инженерные знания на YouTube !
Полезные материалы в моем блоге по теме:
Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/inznan/pervyi-zakon-niutona-5f2aa8d20c6f30562b47a7bd
Первый закон Ньютона
Первый закон Ньютона — это закон для инерциальных систем отсчета , в которых тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, если равнодействующая всех сил, действующих на тело, равна нулю.
Инерциальная система отсчета — это система отсчета, которая, сама по себе, находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.
Соответственно, неинерциальной называется система отсчета, которая движется с ускорением.
Все системы отсчета, которые по отношению к инерциальной системе отсчета, находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, тоже являются инерциальными. Системы отсчета, которые по отношению к инерциальной системе, имеют ускорение, являются неинерциальными.
Пример. Пусть система координат XOY связана с Землей, а система координат xoy связана с тележкой:
На абсолютно гладкой поверхности тележки находится шарик. Рассмотрим два простых случая:
1) Тележка и связанная с ней система координат xoy находятся в состоянии покоя: Vо = 0.
В этом случае скорость шарика относительно систем координат XOY и xoy равна нулю: Vш XOY = 0, Vш xoy = 0.
Т. е. системы координат XOY и xoy являются инерциальными по отношении к шарику.
2) Тележка и связанная с ней система координат xoy движутся с ускорением а относительно системы координат XOY : V xoy = a t
В этом случае шарик, в отсутствии внешних сил, приобретает скорость относительно системы координат xoy: Vш xoy = — a t,
а, относительно системы координат XOY, скорость шарика по прежнему равна нулю: Vш XOY = 0.
Т. е. по отношении к шарику система координат xoy является неинерциальной и в ней не работает первый закон Ньютона , а система координат XOY – инерциальной и в ней положение шарика X1 не изменилось в соответствии с первым законом Ньютона.
В основе динамики лежат три закона Ньютона, переходите по ссылкам, чтобы узнать о них больше:
- Заходите на наш YouTube канал «Элементарная Физика» , где в доступной и живой форме объясняются фундаментальные законы физики.
- Спасибо за внимание. Если у вас есть вопросы, пожелания или замечания, напишите об этом в комментариях. Мы постараемся дать подробный ответ.
- Ставьте лайки и подписывайтесь 🙂
Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/elemphys/pervyi-zakon-niutona-5e761b72eca13f62413954aa
Первый закон Ньютона.
Ньютон сформулировал закон инерции, включив его в основу механики в качестве первого из трех законов. Поэтому этот закон называют первым законом Ньютона.
Первый закон механики, или закон инерции был сформулирован Ньютоном следующим образом:
Любое тело удерживается в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока под действием приложенных сил не изменяет это состояние.
В окружении любого тела, покоится оно или движется, есть другие тела, некоторые из которых или все как-то действуют на тело, влияют на состояние его движения. Чтобы выяснить влияние окружающих тел, надо исследовать каждый отдельный случай.
Рассмотрим какое-либо покоящееся тело, не обладающее ускорением, а скорость постоянна и равна нулю. Допустим, это будет шарик, подвешенный на резиновом шнуре. Он находится в покое относительно Земли. Около шарика множество различных тел: шнур, на котором он висит, множество предметов в комнате и других помещениях и, конечно, Земля. Однако, действие всех этих тел на шарик не одинаково. Если, например, убрать мебель в комнате, это не окажет какого-либо влияния на шарик. Но если перерезать шнур, шарик под влиянием Земли начнет падать вниз с ускорением. Но пока шнур не был перерезан, шарик находился в покое. Этот простой опыт показывает, что из всех тел, окружающих шарик, только два заметно влияют на него: резиновый шнур и Земля. Их совместное влияние и обеспечивает состояние покоя шарика. Стоило устранить одно из этих тел — шнур, и состояние покоя нарушилось. Если бы возможно было убрать Землю, это тоже нарушило бы покой шарика: он стал бы двигаться в противоположном направлении.
Отсюда приходим к выводу, что действия на шарик двух тел — шнура и Земли, компенсируют (уравновешивают) друг друга. Когда говорят, что действия двух или нескольких тел компенсируют друг друга, то это значит, что результат их совместного действия такой же, как если бы этих тел вовсе не было.
Рассмотренный пример, как и другие подобные примеры, позволяют сделать следующий вывод: если действия тел компенсируют друг друга, то тело под влиянием этих тел находится в состоянии покоя.
Таким образом, мы пришли к одному из основных законов механики, который называют первым законом Ньютона:
Существуют такие системы отсчета, относительно которых движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела или действие других тел компенсируется.
Однако, как выяснилось со временем, первый закон Ньютона выполняется только в инерциальных системах отсчета. Поэтому с точки зрения современных представлений закон Ньютона формулируют следующим образом:
Системы отсчета, относительно которых свободное тело при компенсации внешних воздействий движется равномерно и прямолинейно, называют инерциальными системами отсчета.
Свободным телом в этом случае называют тело, на которое другие тела не оказывают воздействия.
Необходимо помнить, что в первом законе Ньютона рассматриваются тела, которые могут быть представлены в качестве материальных точек.
Источник статьи: http://www.calc.ru/Perviy-Zakon-Nyutona.html