Демонстрация второго закона ньютона опыт с тележками кратко

Обновлено: 05.07.2024

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Выберите документ из архива для просмотра:

Выбранный для просмотра документ второй закон ньбтона.docx

Урок проводится в 9 классе .

Программа составлена в соответствии с утвержденным в 2004 г. федеральным компонентом государственного стандарта основного общего образования по физике. [3, 4]

Тип урока : комбинированный (урок изучения нового материала с использованием мультимедийного сценария урока, с использованием компьютерного измерительного блока).

образовательная: экспериментально исследовать зависимость ускорения тела от силы и массы, научить учащихся применять знания в новой ситуации, совершенствовать навыки решения качественных экспериментальных расчетных задач, расширить кругозор учащихся;

развивающая: развить умение объяснять окружающие явления, устную речь, память, навыки коллективной творческой работы в сочетании с самостоятельностью учащихся; повышать интерес к физике за счет уже имеющихся интересов к другим видам деятельности;

воспитывающая: создать условия для раскрытия учащимися своих способностей.

Требования к базовому уровню подготовки: уметь вычислять ускорение тела, силу, действующую на тело, или массу на основе второго закона Ньютона.

I. Актуализация знаний.

Объявление темы и цели урока

Учитель: Сегодня мы с вами продолжаем изучение динамики. На прошлом уроке мы познакомились с первым законом Ньютона, разобрались с понятиями инерция и инерциальные системы отсчета. Сейчас вам предстоит ответить на вопросы блиц-опроса по домашнему заданию.

Фронтальный блиц-опрос по материалу прошлого урока (первый закон Ньютона)

Что изучает динамика?
Какое движение называется движением по инерции?
Какую систему отсчета называют инерциальной?
Сформулируйте первый закон Ньютона.

II. Формирование новых знаний и способов действий.

Изучение нового материала.

Определение понятия силы как меры взаимодействия тел.

1. На демонстрационном столе две легкоподвижные тележки. На одной из них закреплена упругая пластина. Пластина изогнута и связана нитью. Тележка находится в состоянии покоя относительно стола.

Рисунок 1. Иллюстрация виртуального эксперимента с легкоподвижной тележкой

Начнет ли тележка двигаться, если пластина выпрямится?

Как вы думаете, все ли предложенные вами варианты поведения тележки реальны? Почему?

Учитель на демонстрационном столе проводит эксперимент, пережигая нить, удерживающую упругую пластину. Делается вывод о том, что если нет взаимодействия – нет и изменения скорости тела . Можно привести пример с известной историей про барона Мюнхаузена о том, как он якобы вытянул себя из болота за волосы.

Далее учителем проводится реальный эксперимент, подтверждающий предположения учащихся.

Рисунок 2. Иллюстрация виртуального эксперимента со взаимодействием легкоподвижных тележек

Можно показать варианты этого эксперимента, удерживая одну из взаимодействующих тележек.

Количественную меру действия тел друг на друга, в результате которого тела получают ускорения (т.е. изменяют свою скорость), называют силой. (force – сила)

Сила определяется: модулем, направлением, точкой приложения.

На слайде несколько иллюстраций, на которых показаны направления и точки приложения сил, действующих на тела. Из курса физики 7 класса учащиеся уже знакомы с этими силами.

В реальных условиях на тело действует не одна сила, а несколько. Ускорение телу сообщает равнодействующая этих сил, которая равна их геометрической сумме.

Ускорение, которое сообщает равнодействующая сил, всегда направлено в сторону действия результирующей (равнодействующей) силы.

Количественно связь между массой тела, ускорением, с которым оно движется, и равнодействующей приложенных к телу сил, выражается вторым законом Ньютона (или второй закон динамики) .

В инерциальной системе отсчета ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей сил, приложенных к телу и обратно пропорционально его массе.

Напоминание, как работать с формулой такого типа.

Рисунок 3. Треугольник для запоминания формулы

Как и первый закон, второй закон динамики имеет границы применимости .

В нем под телом подразумевается материальная точка, она движется в инерциальной системе отсчета, причем ее скорость много меньше скорости света ( ).

Необходимо озвучить применение второго закона Ньютона (учащиеся коротко записывают в тетради).

III. Формирование умений и навыков .

Заполните пропуски (фронтальные ответы учащихся):

Под действием постоянной силы тело движется равноускоренно

Если при неизменной массе тела увеличить силу в 2 раза, то ускорение увеличится в 2 раз(а)

Если массу тела уменьшить в 4 раза, а силу, действующую на тело, увеличить в 2 раза, то ускорение увеличится в 8 раз(а)

Если силу увеличить в 3 раза, а массу в 3 раза, то ускорение останется неизменным.

Решение количественных задач.

Определите силу, под действием которой велосипедист скатывается с горки с ускорением, равным 0,8 м/с 2 , если масса велосипедиста вместе с велосипедом равна 50 кг.

Л. 318
Какую скорость приобретает тело массой 3кг под действием силы, равной 9 Н, по истечении 5 с?

Л. 319
Поезд массой 500 т, трогаясь с места, через 25 с набрал скорость 18 км/ч. Определите силу тяги.

Домашнее задание : §11, Упр.11(2) письменно [1]

IV. Подведение итога урока.

Что нового узнали? Как называется физическая величина, характеризующая меру действия одного тела на другое? Что является причиной изменения скорости тела? Какой формулой описывается второй закон динамики? Что особенно запомнилось?

При наличии времени учащимся можно предложить дополнительные сведения, запустив Слайд 13

Список литературы и ресурсов Интернет:

Перышкин А.В. Физика. 9 кл.: Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений/А. В. Перышкин, Е. М. Гутник. – М.: Дрофа, 2010.)

Программы для общеобразовательных учреждений: Физика. Астрономия. 7-11 кл./сост. В.А. Коровин, В.А. Орлов.– 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2009.

Из курса физики 7 класса вам известно, что причиной изменения скорости тела, а значит, и причиной возникновения ускорения является действие на это тело других тел с некоторой силой.

Когда на тело действует сразу несколько сил, то оно движется с ускорением, если равнодействующая F этих сил не равна нулю. Напомним, что равнодействующей нескольких сил, одновременно приложенных к телу, называется сила, производящая на тело такое же действие, как все эти силы вместе.

Лыжник движется с ускорением, так как F > 0

Поскольку ускорение возникает в результате действия силы, то естественно предположить, что существует количественная взаимосвязь между этими величинами.

Жизненный опыт убеждает нас в том, что чем больше будет равнодействующая приложенных к телу сил, тем большее ускорение получит при этом тело. Например, чем сильнее футболист бьёт ногой по лежащему на поле мячу, тем большее ускорение приобретает при этом мяч и тем большую скорость он успевает набрать за те доли секунды, пока взаимодействует с ногой футболиста (о приобретённой мячом скорости можно судить по тому, насколько далеко он отлетает после удара).

Чем сильнее футболист бьёт по мячу, тем дальше он полетит

Многочисленные наблюдения и опыты свидетельствуют также о том, что ускорения, получаемые телами, зависят от массы этих тел.

Чтобы в этом удостовериться, проделаем опыт. Возьмём два одинаковых воздушных шарика. В один из них вложим маленькую бусинку такого веса, чтобы шарик вместе с бусинкой мог взлететь. Наполним оба шарика гелием до одного и того же объёма. Расположим шарики на одной и той же высоте (ближе к полу) и отпустим. Мы увидим, что шарик с бусинкой достигнет потолка позже (рис. 20). Значит, под действием одной и той же равнодействующей силы F, равной разности действующих на шарики архимедовой силы и силы сопротивления воздуха (F = F_A - F_conp), шарик без груза получил большее ускорение. О величине его ускорения можно судить по тому, что одно и то же расстояние — от места старта до потолка — он прошёл за меньший промежуток времени, чем шарик с бусинкой, масса которого больше. Значит, его скорость росла быстрее, что свидетельствует о большем ускорении движения.

Рис. 20. Опыт, свидетельствующий о том, что ускорение, получаемое телом, зависит от массы тела

Для подтверждения того, что при данной силе получаемое телом ускорение зависит от массы этого тела, рассмотрим ещё один опыт.

На рисунке 21, а изображена легкоподвижная тележка с укреплёнными на ней маленькой капельницей и двумя одинаковыми лёгкими вентиляторами (работающими от находящейся внутри каждого из них батарейки одной и той же мощности). Допустим, масса тележки вместе с капельницей и вентиляторами нам известна.

Рис. 21. Демонстрация второго закона Ньютона

К тележке привязан один из концов нити, перекинутой через блок. К другому концу нити прикреплён небольшой груз. Этот груз нужен для того, чтобы скомпенсировать силу трения, действующую на движущуюся тележку.

Вдоль траектории движения тележки расположим бумажную ленту. Откроем кран и включим вентиляторы. В результате взаимодействия их винтов с воздухом вентиляторы будут толкать тележку с некоторой постоянной силой по направлению к ограничителю на краю стола. При этом на бумажной ленте будут оставаться следы капель, падающих через равные промежутки времени Т.

После того как тележка остановится, выключим вентиляторы. Измерив расстояния между соседними метками на ленте, можно убедиться в том, что эти расстояния относятся как ряд нечётных последовательных чисел (1:3:5:7:9. ). Значит, под действием постоянной силы тележка двигалась равноускоренно.

Чтобы определить ускорение движения тележки, измерим модуль (s) вектора её перемещения (т. е. расстояние между крайними метками на ленте). Затем посчитаем число (n) промежутков между соседними метками на ленте, или, что то же самое, число промежутков времени Т за время движения тележки. По формуле t = Tn вычислим промежуток времени t, за который тележка переместилась на расстояние s. Из формулы

выразим модуль ускорения

и рассчитаем его.

Теперь удвоим массу всей движущейся системы (состоящей из тележки с вентиляторами и капельницей и груза на нити) с помощью гирь, как показано на рисунке 21,б (при этом одна гирька добавляется к уже имеющемуся грузу на конце нити для компенсации возросшей силы трения).

Повторим опыт. Определив ускорение и сравнив его с ускорением в предыдущем опыте, можно убедиться в том, что при действии одной и той же силы система тел, масса которой стала вдвое больше, приобрела в 2 раза меньшее ускорение, т.е. a/2.

Из рассмотренного опыта и ряда подобных следует, что ускорения, сообщаемые телам одной и той же постоянной силой, обратно пропорциональны массам этих тел.

С помощью этой же экспериментальной установки можно провести опыт, позволяющий установить количественную взаимосвязь между ускорением и силой, сообщающей телу это ускорение.

Для этого снимем добавленные в предыдущем опыте гири, чтобы масса системы опять стала такой, как в первом опыте (рис. 21, в). Но теперь приведём тележку в движение, включив только один вентилятор, в результате чего на тележку будет действовать в 2 раза меньшая сила, чем при двух включённых вентиляторах (придававших тележке ускорение а).

Как показывают измерения и вычисления, при уменьшении силы в 2 раза ускорение тоже уменьшается в 2 раза, т. е. становится равным a/2 (при неизменной массе тележки).

Значит, ускорение, с которым движется тело постоянной массы, прямо пропорционально приложенной к этому телу силе, в результате которой возникает ускорение.

ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей сил, приложенных к телу, и обратно пропорционально его массе

Следует помнить, что во втором законе Ньютона, так же как и в первом, под телом подразумевается материальная точка, движение которой рассматривается в инерциальной системе отсчёта.

Математически второй закон Ньютона записывается так:

Из формулы следует, что вектор ускорения совпадает по направлению с вектором равнодействующей приложенных к телу сил.

В скалярном виде второй закон Ньютона можно записать:

где а_х и F_x — проекции векторов ускорения и силы на ось X, а а и F — модули этих векторов.

Вам уже известно, что сила измеряется в ньютонах (Н).

Покажем, как с помощью второго закона Ньютона даётся определение единицы силы — 1 Н. Для этого выразим модуль силы:

В соответствии с этой формулой сила равна единице (1 Н), если масса равна единице (1 кг) и ускорение равно единице (1 м/с 2 ).

В СИ за единицу силы принимается сила, сообщающая телу массой 1 кг ускорение 1 м/с 2 в направлении действия силы.

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.

Был долго этот мир глубокой тьмой окутан
Да будет свет, и тут явился Ньютон.

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.

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".

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Когда тело движется ускоренно?
От чего зависит результат действия силы?

Установить на опыте связь между ускорением и силой с абсолютной точностью нельзя, так как любое измерение даёт только приблизительное значение измеряемой величины. Но определить характер зависимости ускорения от силы можно с помощью несложных опытов. Уже простые наблюдения показывают, что, чем больше сила, тем быстрее меняется скорость тела, т. е. больше его ускорение. Естественно предположить, что ускорение прямо пропорционально силе. Ускорение, конечно, может зависеть от силы и гораздо более сложным образом, но сначала надо посмотреть, не справедливо ли самое простое предположение.

Проще всего изучить поступательное движение тела, например металлического бруска, так как только при поступательном движении ускорение всех точек одинаково, и мы можем говорить об определённом ускорении тела в целом. Однако в этом случае сила трения о стол довольно велика и, главное, её трудно точно измерить. Поэтому возьмём установленную на рельсы тележку с лёгкими колёсами. Тогда сила трения будет сравнительно невелика, а массой колёс можно пренебречь по сравнению с массой тележки (рис. 2.9).

Пусть на тележку действует постоянная сила со стороны нити, к концу которой прикреплён груз. Модуль силы измеряется пружинным динамометром. Эта сила постоянна, но не равна при движении силе тяжести, действующей на подвешенный груз. Измерить ускорение тележки можно, определяя время, затрачиваемое тележкой на прохождение пути s.

Предположив, что ускорение постоянно и начальная скорость равна нулю, согласно уравнению движения запишем

где x₀ и х₁ — начальная и конечная координаты тела.

Тщательные измерения модулей сил и ускорений показывают прямую пропорциональность между ними: а ~ F. Векторы и направлены по одной прямой в одну и ту же сторону.

На основании экспериментов было выявлено, что отношение модуля силы к модулю ускорения является постоянной величиной, не зависящей от силы:

Величину F/a, равную отношению модуля силы к модулю ускорения, называют массой тела.

Итак, мы выяснили, что ускорение тела прямо пропорционально действующей на него силе и тем меньше, чем больше масса тела.

Второй закон Ньютона

Ускорение тела прямо пропорционально силе, действующей на него, и обратно пропорционально его массе:

Эта формула выражает один из самых фундаментальных законов природы, которому с удивительной точностью подчиняется движение как громадных небесных тел, так и мельчайших песчинок.

С помощью этого закона можно рассчитать движение поршня в цилиндре автомобиля и сложнейшие траектории космических кораблей. Для решения задач мы чаще пользуемся другой формулировкой второго закона Ньютона.

Произведение массы тела на ускорение равно сумме действующих на тело сил:

mа = ₁ + ₂ + ₃ + . (2.2)

Ньютон ввёл понятие массы как количества вещества в данном теле.

Заметим, что если на тело не действуют силы или их сумма равна нулю ( = 0), то относительно инерциальной системы отсчёта = 0 и, следовательно, = const.

Однако это не означает, что первый закон Ньютона есть следствие второго. Ещё раз подчеркнём, что первый закон Ньютона устанавливает существование инерциальных систем отсчёта, а именно таких систем, в которых справедлив второй закон Ньютона.

За единицу силы в Международной системе единиц принимается сила, которая сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с 2 .

Эта единица называется ньютоном (сокращённое обозначение — Н).
Наименование ньютона:

1 Н = 1 кг • 1 м/с 2 .

Измерение массы.

Измерить массу тела можно с помощью рычажных весов. Равновесие рычажных весов с одинаковыми плечами будет в том случае, когда оба тела, положенные на чашки весов, давят на них одинаково. Давление же определяется массой этих тел.

Представим, что у нас есть эталонная масса 1 кг, тогда, если любое другое тело уравновешивает эталон, то масса его равна 1 кг. Теперь мы можем измерять массу, равную 2 кг, и т. д. Разделив тело массой 1 кг на две равные части, мы получим два тела по 500 г, которые также можно использовать для измерения. Разделив одно из тел также на две равные части, мы получим массы по 250 г и т. д. Таким образом, мы можем измерять любые массы, используя наборы тел с разными массами.

Подумайте, почему мы определяем массу тела на рычажных весах, а не измеряем динамометром?

Уверенность в справедливости второго закона Ньютона вытекает не столько из отдельных опытов, на основании которых удаётся подойти к формулировке этого закона, сколько из того, что все вытекающие из него следствия, проверяемые как специальными опытами, так и всей человеческой практикой, оказываются правильными.

Если измерить массы m₁, m₂, m₃, . нескольких тел, а затем соединить все эти тела вместе и измерить массу т одного объединённого тела, то будет выполняться простое соотношение: m = m₁ + m₂ + m₃ + . .

Справедливо и обратное: если разделить тело на части, то сумма масс этих частей будет равна массе тела до разделения.

Измерение массы в данном случае основано на том, что на тела действует сила притяжения к Земле. Следовательно, измеряемая таким способом масса является гравитационной массой.

Измерить массу тела также можно на основе явления инерции. Ускорение тела, согласно второму закону Ньютона, прямо пропорционально силе, действующей на тело, и обратно пропорционально его массе. Если на два тела действуют одинаковые силы, то отношение масс равно обратному отношению ускорений:

Если у нас есть тело, массу которого мы знаем, то, измерив ускорения этого тела и тела с неизвестной массой, движущихся под действием одинаковых сил, определим неизвестную массу по формуле (2.3). Определяемая таким способом масса является инертной массой.

Можно убедиться, что массы тела, измеренные указанными двумя способами равны, т. е. гравитационная масса тела равна его инертной массе.

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

В этом видеофрагменте повторяется понятие силы. Также вводится в рассмотрение понятие массы тела. На основе взаимосвязи между силой, массой и ускорением устанавливается второй закон Ньютона.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Второй закон Ньютона"

Природы строй, её закон

В извечной тьме таился

И всюду свет разлился.

(Эпитафия на могиле И. Ньютона)

В соответствии с первым законом Ньютона тело изменяет свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано. Следовательно, ускорение является результатом воздействия одного тела на другое.

Физическая векторная величина, описывающая и измеряющая воздействие одного тела на другое, в результате которого тела приобретают ускорение или деформируются, называется силой. Сила является векторной величиной. Она характеризуется модулем (численным значением), направлением, точкой приложения. Cила обозначается большой латинской буквой F.

В системе СИ единица измерения сила — ньютон (Н), названая в честь английского ученого Исаака Ньютона.

1 ньютон — это сила, которая за время 1 секунда изменяет скорость тела массой 1 килограмм на 1 метр в секунду.

Линию, вдоль которой направлен вектор силы, называют линией действия силы.

Прибор, предназначенный для измерения силы, назвали динамометром. Каки любой измерительный прибор, динамометр имеет проградуированную шкалу и указатель.

Однажды Лебедь, Рак, да Щука

Везти с поклажей воз взялись,

И вместе трое все в него впряглись;

Из кожи лезут вон, а возу все нет ходу!

Поклажа бы для них казалась и легка:

Да Лебедь рвется в облака,

Рак пятится назад, а Щука тянет в воду.

Кто виноват из них, кто прав, — судить не нам;

Да только воз и ныне там.

Почему же они не смогли сдвинуть воз?

В физике действие нескольких тел на материальную точку с разными силами эквивалентно действию одной силы, равной векторной сумме этих сил. Такая сила называется равнодействующей.

Найдем равнодействующую сил лебедя, рака и щуки. Для этого поочередно сложим силы, с которыми каждый персонаж тянет воз.

Оказывается, равнодействующая сила лебедя, щуки и рака равна нулю.

Опыт показывает, что под действием одной и той же силы разные тела приобретают неодинаковые ускорения. Говорят, что у них различная инертность.

Физической величиной, характеризующей инертность материального тела, является его масса. При этом следует отметить, что масса характеризует не только инертность тела, но и его гравитационные свойства.

Величину массы данного тела определяют путем сравнения с массой эталонного тела (эталона), изготовленного из сплава иридия и платины, и принятой за единицу массы в один килограмм.

Его копии хранятся в национальных метрологических учреждениях по всему миру.

В практической деятельности человека применяются и другие единицы измерения массы: 1 мг (миллиграмм) = 1×10 –6 кг; 1 г (грамм) = 0,001 кг и 1 т (тонна) = 1000 кг.

Масса обладает следующими свойствами:

1. Она не зависит от скорости его движения (но только при скоростях, намного меньших скорости света);

2. Массе тела присуще свойство аддитивности, т.е. масса тела равна сумме масс всех частиц, из которых состоит тело;

3. Для замкнутой системы тел выполняется закон сохранения массы: при любых процессах, происходящих в системе тел, ее масса остается неизменной.

Определить массу тела можно двумя способами:

Путем взвешивания на рычажных весах.

Путем сравнения ускорений тела неизвестной массы и эталона массы при их взаимодействии.

Отсюда вытекает закон взаимодействия тел: массы двух взаимодействующих тел обратно пропорциональны модулям возникших при этом ускорений.

Установить взаимосвязьмежду силой, массой и ускорением можно на опыте с телом массы m, движущимся горизонтально под действием горизонтально направленной силы. Силу измеряют динамометром, массу определяют взвешиванием на весах.

Чтобы определить ускорение движения тела, измеряют модуль вектора его перемещения под действием постоянной силы.

Из формулы s = at 2 /2 выражают модуль ускорения.

Если теперь удвоить массу всей движущейся системы и повторить вышеописанный опыт, то определив ускорение и сравнив его с ускорением в предыдущем опыте, можно убедиться в том, что при действии одной и той же силы система тел, масса которой стала вдвое больше, чем прежде, приобрела в два раза меньшее ускорение.

С помощью этой же экспериментальной установки можно поставить опыт, позволяющий установить количественную взаимосвязь между ускорением и силой, сообщающей телу это ускорение.

Для этого подействуем на более тяжелое тело в два раза большей силой.

Как показывают измерения и вычисления, при увеличении силы в два раза ускорение так же увеличивается в два раза.

Т.е. ускорение, приобретаемое телом прямо пропорционально приложенной силе.

Из экспериментальных данных можно сделать вывод, что ускорение тела массой m пропорционально силе, действующей на нее.

С другой стороны, при постоянной силе ускорение тележки обратно пропорционально ее массе.

Взаимосвязь между силой, массой и ускорением устанавливает второй закон Ньютона: ускорение, приобретаемое телом, прямо пропорционально равнодействующей всех сил, действующих на тело, и обратно пропорционально массе этого тела.

На основе второго закона Ньютона можно дать определение единицы силы: 1 ньютон— это сила, сообщающая телу массой 1 килограмм ускорение 1метр, деленный на секунду в квадрате, в направлении действия силы.

Основные выводы:

– Сила — это физическая векторная величина, описывающая и измеряющая воздействие одного тела на другое, в результате которого тела приобретают ускорение или деформируются.

– Масса — количественная мера инертности тел.

– Второй закон Ньютона связывает два понятия — масса и сила— и гласит: ускорение, приобретаемое телом, прямо пропорционально равнодействующей всех сил, действующих на тело, и обратно пропорционально массе этого тела.

Читайте также: