Равенство и противоположность направления сил действия и противодействия конспект

Обновлено: 02.07.2024

Следует иметь в виду, что силы действия и противодействия не уравновешивают друг друга, поскольку они приложены к разным телам (рис. 1).

Пусть на точку М₁ массой m₁ действует сила F₂ со стороны точки М₂, а на точку М₂ массой m₂ действует сила F₁ со стороны точки М₁. Тогда по закону равенства действия и противодействия F₁ = F₂, или m₁a₁ = m₂a₂. Отсюда имеем: - ускорения, получаемые точками при их взаимодействии обратно пропорциональны массам точек.

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.

Третий закон Ньютона в первоначальной формулировке гласил:

Закон равенства действия и противодействия

Для двух материальных точек 3 закон Ньютона формулируется так:

Две материальные точки действуют друг на друга с силами, равными по модулю и направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, в противоположные стороны.

Заметим, что силы механического взаимодействия между материальными точками, о которых говорится в третьем законе, приложены к разным материальным точкам и поэтому не уравновешены и могут приводить эти материальные точки в состояние ускоренного движения.

На этом уроке мы изучим третий закон Ньютона, в котором описываются силы взаимодействия двух тел. Также вспомним основные сведения о первом и втором законе Ньютона. Помимо этого, мы вспомним основной экспериментальный закон динамики, рассмотрим принцип относительности Галилея. В конце урока узнаем, как применять третий закон Ньютона при разборе качественных задач.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Третий закон Ньютона .

Действия тел друг на друга всегда взаимны. Первое тело действует на второе с силой , а второе тело действует на первое с силой . Именно поэтому каждое из тел получает ускорение. Обратимся к опыту с тележками: полученный результат можно привести к виду:

Рассмотрим опыт с двумя динамометрами. Показания динамометра одинаковы, следовательно, силы одинаковы по величине. Направление сил противоположное:

Если сблизить демонстрационные динамометры таким образом, чтобы столик одного надавливал на столик другого, то можно заметить, что стрелки динамометра отклоняются на одинаковые по величине углы, но в противоположном направлении:

Равенство представляет собой математическую формулировку III закона Ньютона : тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной прямой, равными по модулю и противоположными по направлению.

Физический смысл III закона Ньютона :

1) Силы действия и противодействия появляются только при взаимодействии;

2) Силы действия и противодействия появляются только парами;

3) III закон Ньютона справедлив для сил любой природы;

4) Силы действия и противодействия имеют одну природу;

5) Силы действия и противодействия направлены вдоль одной прямой;

6) Силы действия и противодействия приложены к разным телам → не могут уравновешивать друг друга.

Следствие из III закона Ньютона : В природе нет одностороннего действия.

Законы Ньютона справедливы только для инерциальных систем отсчета.

Инерциальная система отсчета – система отсчета, относительно которой тела сохраняют состояние покоя или движутся равномерно и прямолинейно при отсутствии действия на них со стороны других тел, или если эти действия скомпенсированы.

Приведем пример использования II и III закона Ньютона для решения задач механики. Рассмотрим велосипед, движущийся по дороге с ускорением.

Расставим силы, действующие на велосипед, и им противодействующие:

- сила тяжести – сила, с которой Земля действует на велосипед вследствие тяготения;

- сила, с которой велосипед действует на Землю, вследствие тяготения;

– нормальная реакция опоры – сила, с которой дорога действует на велосипед, вследствие деформации;

- вес – сила, с которой велосипед давит на дорогу, вследствие притяжения к Земле;

- сила трения качения – сила, с которой неровности дороги действуют на колеса велосипеда;

- сила, с которой колеса велосипеда действуют на неровности дороги;

- сила тяги – сила, с которой неровности дороги действуют на ведущие колеса велосипеда, вследствие трения покоя;

- сила, с которой ведущие колеса велосипеда действуют на неровности дороги, вследствие трения покоя.

Запишем II закон Ньютона для велосипеда:

Спроецируем на оси OX и OY :

ОХ:

ОУ:

Читайте также: