Законы ньютона в школе

Обновлено: 04.07.2024

Ньютон первым обратил внимание на силу, как причину, по которой тела приходят в движение и меняют свою скорость.

Что такое сила

Тела действуют друг на друга с помощью сил.

Смысл законов Ньютона

Ньютон, в своих законах динамики, хотел сказать следующее:

В I законе: Если сила не действует, скорость не меняется. Импульс тела тоже не меняется.
Во II законе: Если сила действует, скорость меняется. Импульс тела, также, меняется, появляется ускорение.
В III законе: Взаимодействуют два тела — возникают две силы. Они по модулю равны, а по направлению противоположны.

Примечание:

Перед изучением законов Ньютона рекомендую вспомнить, что такое инерциальные системы отсчета (откроется в новой вкладке).

Первый закон Ньютона

Словесная формулировка первого закона Ньютона:

В инерциальной системе отсчета тело свою скорость не меняет, если на него не действуют другие тела (или действие других тел скомпенсировано).

Формула:

$ F = 0 $ – сила на тело не действует (Может быть и так: на тело действуют несколько сил, но их действие компенсируется);

$ a = 0 $ – ускорение отсутствует;

$ v = const $ – скорость тела не изменяется (остается одной и той же);

$ p = const $ – импульс тела не изменяется (остается одним и тем же);

Значит, если на тело не действуют другие тела (силы), то

тело будет двигаться с одной и той же скоростью по прямой, если оно так двигалось до этого,
или будет продолжать покоиться, если покоилось в прошлом.

Второй закон Ньютона

Сформулируем словами второй закон Ньютона:

Ускорение, приобретаемое телом,
прямо пропорционально
приложенной силе
и обратно пропорционально
массе этого тела.

Формула второго закона Ньютона с пояснениями

$ a \left( \frac>> \right) $ – ускорение тела

$ m \left( \text \right) $ – масса тела

$ F \left( H \right) $ – сила, которую приложили к телу

Ускорение прямо пропорционально силе:

Чем больше сила, тем больше ускорение тела, тем быстрее тело меняет скорость.

Ускорение обратно пропорционально массе:

Чем больше месса тела, тем труднее изменить его скорость.

Формулу второго закона часто записывают в векторном виде:

Мы можем заменить местами правую и левую части, в таком случае получим:

Дробь $ \displaystyle \frac $ – это скалярная величина.

Примечания:

Третий закон Ньютона

Пусть одно тело действует на второе тело. Тогда это второе тело будет в ответ действовать на первое.

Словами третий закона Ньютона можно сформулировать так:

Силы взаимного действия по модулю равны, а направлены противоположно. Они лежат на прямой, которая соединяет центры тел, действующих друг на друга.

$ F_ \left( H \right) $ – сила, с которой первое тело действует на второе тело.

$ F_ \left( H \right) $ – сила, с которой второе тело отвечает первому.

Пояснить формулу можно с помощью такого рисунка:

Обратите внимание, что длины красного и черного векторов равны.

Примечания:

Советую прочитать еще две статьи. Так как для решения задач кроме знания трех законов Ньютона нужно дополнительно уметь:

Можно многое рассказать о его биографии, но, поскольку для этого предназначена Википедия, достаточно просто сказать, что он был английским физиком, философом, теологом, изобретателем, алхимиком и математиком XVII и XVIII веков. Анекдот о яблоке, которое ударило его по голове и заставило задуматься о Законе всемирного тяготения, хорошо известен.

Существуют противоречивые исследования относительно того, существовало ли то яблоко, которое изменило историю человечества или нет. Есть исследования, которые утверждают, что яблоко упало, но не на голову бедному Ньютону, он просто увидел это. Исследования, в которых говорится, что яблока не существовало, утверждают, что это просто легкая для понимания история для распространения учения о гравитации.

В этой статье будет рассказано об одном из самых важных открытий: трех законах классической механики, позже названных тремя законами Ньютона.

Первый закон Ньютона

Первый закон Ньютона содержит выводы о фундаментальной симметрии Вселенной, в которой состояние движения по прямой следует считать таким же естественным, как состояние покоя.

Формулы первого закона Ньютона не существует.

Второй закон Ньютона

Закон не применяется непосредственно в ситуациях, когда масса изменяется, теряется или набирается, или если объект движется со скоростью, близкой к скорости света, и в этом случае необходимо учитывать релятивистские эффекты. Закон также не применим к очень маленьким масштабам на уровне атома, где должна использоваться квантовая механика.

Третий закон Ньютона

Это полезный инструмент для анализа ситуаций, которые несколько противоречат здравому смыслу. Например, когда маленький грузовик сталкивается с большим, интуиция подсказывает, что сила, действующая на меньший грузовик, больше. Это не так!

Примеры задачи на законы Ньютона

Вот один физический пример, чтобы понять действие третьего закона Ньютона.

Комар попадает в лобовое стекло автомобиля. Нужно сравнить силы, действующие на машину и комара.

Согласно третьему закону Ньютона силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны и противоположны по величине. Сила, с которой комар действует на автомобиль, равна силе, с которой автомобиль действует на комара.

Во-вторых, действие этих сил на тела сильно различается из-за разницы в массе и ускорении.

Парашютист открывает парашют и спускается в постоянном темпе. Насколько сильно сопротивление воздуху? Парашютист весит 100 кг.

Движение парашютиста равномерное и прямое, поэтому согласно первому закону Ньютона действие сил на него компенсируется.

На парашютиста действует сила тяжести и сила сопротивления воздуха. Силы направлены в противоположные стороны.

Согласно второму закону Ньютона, сила тяжести равна ускорению свободного падения, умноженному на массу парашютиста.

Ответ: Сила сопротивления воздуха равна силе тяжести по модулю и направлена в обратном направлении.

Исаак Ньютон: мифы и факты из жизни

25 декабря христиане отмечают рождение Иисуса из Назарета. Но наука тоже празднует, потому что в тот же день, хотя и много столетий спустя, родился сэр Исаак Ньютон. Он пришел в этот мир не для того, чтобы спасти людей, но он принес человечеству три важнейших закона физики. Кроме того, он способствовал развитию большого количества научных областей, от астрономии до биологии.

Но это не единственное, что интересно в жизни английского ученого. Сегодня его также помнят из-за большого количества мифов и легенд, которые циркулируют вокруг его жизни. У некоторых действительно есть доказательства их правдивости.

Если посмотреть на биографию Исаака Ньютона, можно увидеть, что в подавляющем большинстве средств массовой информации говорится, что он родился 4 января 1643 года. Однако его день рождения отмечают 25 декабря. Как это может быть?

Ньютон родился 25 декабря 1643 года. В то время в Англии все еще использовался юлианский календарь, который в других европейских странах был заменен григорианским в 1582 году. Однако в 1752 году англичане присоединились к этой инициативе, поэтому некоторые даты того времени создают определенную путаницу. Можно сказать, что у Ньютона два дня рождения.

Что касается сцен, которые никогда не происходили, одна из самых известных — про Ньютона и яблоко, якобы заставившие его сделать одно из самых важных открытий в физике. Однако нет никаких данных о том, что это падение произошло. Но откуда тогда взялась эта история?

Все началось в 1665 году, когда из-за вспышки бубонной чумы Кембриджский университет был закрыт. Тогда еще молодой Исаак должен был забрать свои вещи и вернуться в дом своей семьи. Так началось самое плодотворное время его жизни, когда он начал некоторые из своих самых важных занятий. Возле дома росли три яблони, к которым Ньютон иногда выходил размышлять о науке и жизни. Но ни в одном из своих произведений он никогда не заявлял, что падение яблока ему на голову имело какое-либо отношение к началу его исследований гравитации. Фактически, первым, кто упомянул об этом, был писатель Уильям Стьюкли, опубликовавший рассказ об ученом незадолго до его смерти. В нем он описал, как сам Ньютон сказал ему, что, когда он увидел, как яблоки падают, то задался вопросом, почему они падают перпендикулярно, а не вверх или вбок. С тех пор многие другие биографы изменили это событие, создав настоящую легенду, достоверность которой совершенно неизвестна. В любом случае, как утверждают специалисты, закон всемирного тяготения не мог быть открытым из-за внезапного падения фрукта. И уж тем более удара по голове.

Хотя Ньютон особенно известен своими тремя законами и яблоком, которого никогда не существовало, любопытство ученого и стремление узнать побудили его заняться исследованиями во многих других областях. Его работы в области оптики выделяются не только с физической, но и с биологической точки зрения. Его очень интересовало, как глаза могут преобразовывать свет в изображения. Он мог бы изучить, что происходит с животными или трупами, но он хотел знать механизмы, происходящие с живыми людьми. И зная, что никто не станет добровольцем для его экспериментов, он решил стать подопытным кроликом. Для этого он вставил длинную иглу в глазницу, очень близко к кости, так что концом этого она могла прижать глаз, выгибая его. Как он позже записал в своих рабочих тетрадях, когда он прижал иглу к передней части глаза, то увидел белые и темные круги , которые менялись по мере того, как он двигал глазным яблоком. Судя по всему, его зрение после этого эксперимента не пострадало.

Масса – одна из основных характеристик материи. Способы измерения массы:

- сравнение с эталоном;

- взвешивание на весах.

В классической механике масса – аддитивная величина; не зависит от рода взаимодействия и скорости движения тела: $m_ = \sum_^mi$.

Сила – мера взаимодействия тел. Атрибуты силы: точка приложения, линия действия, модуль.

Для равнодействующей сил принцип суперпозиции сил: $F_ = \sum_^Fi$.

Первый закон Ньютона: если на тело не действуют другие тела, то тело движется прямолинейно и равномерно: $\overrightarrow = 0$.

Важно! Если есть ИСО, то любая другая система, движущаяся относительно неё прямолинейно и равномерно, также является инерциальной.

Второй закон Ньютон: ускорение тела прямо пропорционально силе, действующей на него, и обратно пропорционально его массе: $\overrightarrow = \frac<\overrightarrow>$.

Другая запись формулы второго закона Ньютона (основное уравнение динамики): $\overrightarrow = m \overrightarrow$ .

Третий закон Ньютона: тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению: $\overrightarrow_ = -\overrightarrow_$.

Второй закон Ньютона для системы тел: приращение импульса $\Delta \overrightarrow$ системы тел равно по величине и по направлению импульсу внешних сил, действующих на тело, за то же время: $\Delta \overrightarrow

= \overrightarrow \Delta t$.

Границы применимости: справедливы для материальных точек или поступательно движущихся тел; для скоростей много меньше скорости света в вакууме; выполняются в ИСО.

Решение задачи на применение второго закона Ньютона

Интересные факты из истории о Галилео Галилее

Однако ни с чем не взаимодействующих тел нет и быть не может. Галилей понял, что естественному движению с постоянной скоростью мешает сопротивление окружающей среды. Огромная заслуга Галилея в том, что он по-новому понял, что такое законы движения. У Галилея другой подход: он за видимыми движениями искал потаённую суть управляющих ими законов. Галилея привёл к возможности установить общие законы механического движения. Но для этого потребовался гений Ньютона.

Три закона Ньютона лежат в основе классической физики, хотя за прошедшие годы стало понятно, что они — лишь частный случай теории относительности. В нашей статье разбираем формулы и определения законов Ньютона простыми словами

Вплоть до XVII века мировая наука жила в условиях почти религиозной веры в постулаты, заданные великим философом Аристотелем. Покушение на них воспринималось как ересь и безжалостно наказывалось. Доходило даже до инквизиции. В этих условиях деятельность Галилея, Декарта, Ньютона была не только научным, но и человеческим подвигом. Их открытия сегодня могут быть даже переформулированы, не теряя своего смысла и значения.

Про то, как Ньютон открыл закон всемирного тяготения, знают практически все. Это та самая история про яблоко, которое упало ему на голову. На самом деле, яблоко на голову Ньютона не падало, но все это происходило в осеннем яблоневом саду, где яблоки действительно падали.

Но перед тем, как формулировки этих законов были напечатаны, много чего произошло. Начиная с Древней Греции, многие мыслители пытались облечь в слова фундаментальные законы движения. Потребовалось несколько веков, чтобы сложились предпосылки для этого. Ближе всего к этому подошел Галилей. Но и ему помешали господствующие в научном сообществе иллюзии. Все были безоговорочно уверены, что небесные тела движутся строго по круговым орбитам, потому что это творение Бога, и это творение должно быть совершенно и безупречно. Пошатнуть эти иллюзии удалось Кеплеру. Но и он в своих размышлениях пошел не туда.

Гениальность Ньютона заключается в том, что, изучая труды своих великих предшественников, он смог разглядеть неочевидные вещи, которые даже нам кажутся парадоксальными. Именно Ньютон выдвинул революционную идею, что если на тело не действуют никакие силы, то тело может двигаться прямолинейно и равномерно. В условиях Земли это невозможно, так как действует сила земного тяготения. А вот вне Земли — это обычное дело.

Долгие годы размышлений, черновых набросков, сомнений, которые он выражал в письмах своим коллегам, завершились блестящими формулировками всех трех законов. И эти законы по праву носят имя Ньютона. О каждом из этих законов можно написать отдельную статью — настолько велико и многогранно их значение.

Первый закон Ньютона еще называют закон инерции. Фактически он был открыт Галилеем, но именно Исаак Ньютон дал точную его формулировку и включил в число основных законов механики.

Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальная точка при отсутствии внешних воздействий сохраняет величину и направление своей скорости неограниченно долго. Формулы первый закон Ньютона не имеет.

Действие второго закона Ньютона мы можем часто наблюдать в жизни. Возьмём теннисную ракетку и мяч. Если ударить ракеткой по мячу, то мяч приобретёт ускорение равное отношению равнодействующей всех сил к массе.

В инерциальных системах отсчёта ускорение, приобретаемое материальной точкой, прямо пропорционально вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки.

Третий закон Ньютона объясняет, как, например, двигаются утки. Они находятся во взаимодействии с водой, отталкивая ее назад лапками, а сами благодаря ответному действию двигаются вперед.

Материальные точки взаимодействуют друг с другом силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, равными по модулю и противоположными по направлению.

— В школе изучают четыре закона Ньютона. Первые три являются фундаментом классической динамики. С их помощью можно описать любое движение тела, которое движется со скоростью, значительно меньшей скорости света.

Особняком стоит закон всемирного тяготения. Он лежит в основе классической теории гравитации. Этот закон перекликается со вторым законом, касающемся соотношения между ускорением тела, его массой и действующей на него силой. Но все же это разные законы. Так как второй закон Ньютона более универсален, чем закон всемирного тяготения.

— Эти законы настолько фундаментальны, что увидеть их можно практически всюду. Пуля из ружья летит туда, куда толкают ее пороховые газы. Ракета летит туда, куда толкают ее продукты горения ракетного топлива. Мяч летит туда, куда пинает его футболист. Это примеры действия первого закона Ньютона.

Третий закон Ньютона устанавливает закон взаимодействия тел. Сила действия равна силе противодействия. Например, если чашка кофе стоит на столе и не проваливается сквозь него на пол, значит, стол оказывает достаточное противодействие силе тяжести, действующей на чашку. В результате эти две силы уравновешивают друг друга, и чашка стоит на столе без какого-либо движения.

Читайте также: