2. Види механічного руху - прямолінійний рівномірний, прямолінійний рівноприскорений, рівномірний рух по колу

3. Закони Ньютона. Приклади прояву законів Ньютона в природі та використання цих законів у техніці

4. Взаємодія тел: сили тяжкості, пружності, тертя. Приклади прояву цих сил у природі та техніці

5. Імпульс тіла. Закон збереження імпульсу. Приклади прояву закону збереження імпульсу в природі та використання цього закону в техніці

6. Механічна робота та потужність. Прості механізми. ККД простих механізмів

8. Механічні хвилі. Довжина хвилі, швидкість поширення хвилі та співвідношення між ними. Звукові хвилі. Відлуння

9. Потенційна та кінетична енергія. Приклади переходу енергії з одного виду до іншого. Закон збереження енергії

11. Передача тиску газами, рідинами та твердими тілами. Закон Паскаля та його застосування у гідравлічних машинах

12. Атмосферний тиск. Прилади вимірювання атмосферного тиску. Повітряна оболонка Землі та її роль у життєдіяльності людини

13. Дія рідин та газів на занурене в них тіло. Архімедова сила, причини її виникнення. Умови плавання тіл

14. Внутрішня енергія тіл та способи її зміни. Види теплопередачі, їх облік та використання у побуті

15. Плавлення кристалічних тіл та пояснення цього процесу на основі уявлень про будову речовини. Питома теплота плавлення

16. Випаровування та конденсація. Пояснення цих процесів з урахуванням поглядів на будову речовини. Кипіння. Питома теплота пароутворення

19. Явище електромагнітної індукції. Приклади прояву електромагнітної індукції та її використання у технічних пристроях

20. Закон Ома для ділянки ланцюга. Послідовне та паралельне з'єднання провідників

21. Закони відображення та заломлення світла. Показник заломлення. Практичне використання цих законів

22. Лінзи. Лінзи фокус. Побудова зображень в лінзі, що збирає. Використання лінз в оптичних приладах

3. Закони Ньютона. Приклади прояву законів Ньютона в природі та використання цих законів у техніці

Перший закон Ньютона.Існують такі системи відліку, щодо яких тіло, що поступово рухається, зберігає свою швидкість постійної, якщо на нього не діють інші тіла (або дії інших тіл компенсуються).Цей закон часто називається законом інерції,оскільки рух із постійною швидкістю при компенсації зовнішніх впливів на тіло називається інерцією.Другий закон Ньютона.Сила, що діє на тіло, дорівнює добутку маси тіла на прискорення, що повідомляється цією силою. .
- прискорення прямо пропорційно діючій (або рівнодіючій) силі і обернено пропорційно масі тіла. Третій закон Ньютона.З дослідів із взаємодії тіл випливає
, з другого закону Ньютона
і
тому
. Сили взаємодії між тілами: спрямовані по одній прямій, рівні за величиною, протилежні за напрямом, прикладені до різних тіл (тому не можуть врівноважуватиодин одного ), завжди діють парами і мають ту саму природу.

4. Взаємодія тел: сили тяжкості, пружності, тертя. Приклади прояву цих сил у природі та техніці

Закони Ньютона виконуються одночасно, вони дозволяють пояснити закономірності руху планет, їх природних та штучних супутників. Інакше дозволяють передбачати траєкторії руху планет, розраховувати траєкторії космічних кораблів та їх координати в будь-які задані моменти часу. У земних умовах вони дозволяють пояснити перебіг води, рух численних та різноманітних транспортних засобів (рух автомобілів, кораблів, літаків, ракет). Для всіх цих рухів, тіл та сил справедливі закони Ньютона.
Досліди з різними тілами показують, що при взаємодії двох тіл обидва тіла отримують прискорення, спрямовані на протилежні сторони. При цьому відношення абсолютних значень прискорень взаємодіючих тіл дорівнює зворотному відношенню їх мас .Зазвичай обчислюють прискорення тіла (того, рух якого вивчається). Вплив іншого тіла, що викликає прискорення, коротко називаєтьсясилою. У механіці розглядаються силатяжкості, сила пружностіі сила (
). тертя. Сила тяжінняце сила, з якою Земля притягує до себе всі тіла, що знаходяться поблизу її поверхні. Сила тяжіння прикладена до тіла і спрямована вертикально вниз (рис. 1а).Сила пружності
виникає при деформації тіла (рис. 1 - б), вона спрямована перпендикулярно поверхні дотику тіл, що взаємодіють. Сила пружності пропорційна подовженню:Якщо тіло ковзає по будь-якій поверхні, його руху перешкоджає сила тертя ковзання
де N - сила реакції опори (рис. 2), m -коефіцієнт тертя ковзання. Сила тертя ковзання завжди спрямована проти руху тіла.Сила тяжкості та сила пружності

-Це сили, що залежать від координат взаємодіючих тіл щодо один одного. Сила тертя залежить від швидкості тіла, але залежить від координат. Як у природі, і у техніці ці сили виявляються одночасно чи парами. Наприклад, сила тертя збільшується зі збільшенням сили тяжіння. У побуті часто корисне тертя посилюють, а шкідливе послаблюють (застосовують мастило, замінюють тертя ковзання тертям кочення).У цьому розділі ми розглянемо третій закон Ньютона, наведемо

докладні пояснення

, Познайомимося зі значними поняттями, виведемо формулу. Суху теорію ми «розбавимо» прикладами та малюнками-схемами, які полегшать засвоєння теми.

В одному з минулих розділів ми провели досліди з вимірювання прискорень двох тіл після їх взаємодії та отримали наступний результат: маси тіл, що взаємодіють один з одним, знаходяться у зворотній залежності з чисельними значеннями прискорень. Так було запроваджено поняття маси тіла.

m 1 m 2 = - a 2 a 1 або m 1 a 1 = - m 2 a 2

Формулювання третього закону Ньютона

Якщо надати цьому співвідношенню векторну форму, вийде:

m 1 a 1 → = - m 2 a 2 →

Знак мінус у формулі з'явився невипадково. Він свідчить, що прискорення двох тіл, які вступили у взаємодію, завжди спрямовані в протилежні сторони.

Як фактори, що визначають появу прискорення, згідно з другим законом Ньютона, є сили F 1 → = m 1 a 1 → і F 2 → = m 2 a 2 → , які виникають при взаємодії тіл.

Отже:

F 1 → = - F 2 →

Так ми здобули фомулу третього закону Ньютона.

Визначення 1

Сили, з якими тіла вступають у взаємодію один з одним, рівні за модулем і протилежні у напрямку.

Природа сил, що виникають під час взаємодії тіл, однакова. Ці сили прикладені до різних тіл, тому не можуть врівноважувати одна одну. За правилами векторного додавання ми можемо складати ті сили, які додаються до одного тілу.

Ми проілюстрували цей приклад застосування третього закону Ньютона малюнком.

Малюнок 1 . 9 . 1 . Третій закон Ньютона

F 1 → = - F 2 → · a 1 → = - m 2 m 1 a 2 →

Сили, що впливають на тіло, можуть бути зовнішніми та внутрішніми. Введемо необхідні знайомства з темою третього закону Ньютона визначення.

Визначення 2

Внутрішні сили– це сили, які діють різні частини одного й того тіла.

Якщо ми розглядаємо тіло, що перебуває в русі як єдине ціле, то прискорення цього тіла визначатиметься лише зовнішньою силою. Внутрішні сили другий закон Ньютона не розглядає, оскільки сума їхніх векторів дорівнює нулю.

Приклад 2

Припустимо, що ми маємо два тіла з масою m 1 і m 2 . Ці тіла жорстко пов'язані між собою ниткою, яка не має ваги та не розтягується. Обидва тіла рухаються з однаковим прискоренням a → під впливом певної зовнішньої сили F → ​​. Ці два тіла рухаються як єдине ціле.

Внутрішні сили, що діють між тілами, підпорядковуються третьому закону Ньютона: F 2 → = - F 1 → .

Рух кожного з тіл у зчіпці залежить від сил взаємодії між цими тілами. Якщо застосувати другий закон Ньютона до кожного з цих тіл окремо, ми отримаємо: m 1 a 1 → = F 1 → , m 2 a 1 → = F 2 → + F → .

Рух всіх навколишніх макроскопічних об'єктів описується з допомогою про трьох законів Ньютона. У цій статті не будемо говорити нічого про перші два з них, а докладно розглянемо третій закон Ньютона і приклади його прояву в житті.

Формулювання закону

Кожен з нас помічав, що при стрибку на якусь поверхню вона нібито "вдаряє" по наших ногах, або якщо взятися за кермо велосипеда, то він починає тиснути на долоні. Усе це приклади третього закону Ньютона. У курсі фізики в загальноосвітніх школах він формулюється так: будь-яке тіло, що надає силовий вплив на деяке інше тіло, відчуває аналогічний вплив від останнього, спрямований у протилежний бік.

Математично цей закон може бути записаний у такому вигляді:

У лівій частині рівності записана сила, з якою перше тіло діє друге, у правій частині стоїть аналогічна по модулю сила, з якою друге тіло впливає перше, але у протилежному напрямі (тому з'являється знак мінуса).

Рівність модулів та протилежний напрямок розглянутих сил призвели до того, що цей закон часто називають взаємодією, або принципом впливу-противодії.

Дія на різні тіла - ключовий момент розглянутого закону

Поглянувши на подану вище формулу, можна подумати, що якщо вже сили по модулю рівні, а за протилежними, то навіщо взагалі їх розглядати, адже вони анулюють один одного. Ця думка є помилковою. Доказом цього є безліч прикладів третього закону Ньютона з життя. Наприклад, кінь тягне віз. Відповідно до закону кінь впливає на віз, але з такою ж силою останній діє на тварину в протилежному напрямку. Проте вся система (кінь і віз) не стоїть на місці, а рухається.

Наведений приклад показує, що принцип дії-противодії, що розглядається, не є таким простим, як це здається на перший погляд. Сили F 12 і -F 21 не анулюються, оскільки прикладені вони до різних тіл. Кінь не стоїть на місці, хоча віз і перешкоджає цьому, тільки тому, що на його копита діє ще одна сила, яка й прагне повідомити прискорення тварині – це вплив поверхні землі (реакція опори).

Таким чином, при вирішенні завдань на 3-й Ньютонівський принцип слід завжди розглядати сили, які діють на окремі конкретні тіла, а не на всю систему відразу.

Зв'язок із законом збереження кількості руху

Третій ньютоновський закон, по суті, є причиною збереження імпульсу системи. Справді, розглянемо один цікавий приклад третього закону Ньютона – рух ракети у космічному просторі. Всім відомо, що воно здійснюється за рахунок реактивної тяги. Але звідки береться цей потяг? Ракета несе на своєму борту баки з паливом, наприклад з гасом та киснем. Під час згоряння паливо залишає ракету і вилітає з величезною швидкістю до космічного простору. Цей процес характеризується впливом згорілих газів на корпус ракети, останній впливає на гази з аналогічною силою. Результат проявляється у прискоренні газів в один бік, а ракети – в інший.

Але це завдання можна розглянути і з точки зору збереження імпульсу. Якщо врахувати знаки швидкостей газу і ракети, то сумарний імпульс дорівнюватиме нулю (він таким і був до згоряння палива). Імпульс зберігається тільки тому, що чинні згідно з принципом дії-противодії сили є внутрішніми, що існують між частинами системи (ракетою та газами).

Який принцип пов'язаний з прискоренням всієї системи?

Іншими словами, як зміняться сили F 12 і -F 21 , якщо система, в якій вони виникають, рухатиметься прискорено? Звернемося, наприклад, з конем і возом. Припустимо, вся система почала збільшувати свою швидкість, проте сили F 12 і -F 21 залишаться при цьому незмінними. Прискорення виникає за рахунок збільшення сили, з якою поверхня землі діє на копита тварини, а не за рахунок зменшення сили протидії воза -F21.

Таким чином, взаємодії усередині системи не залежать від її зовнішнього стану.

Деякі приклади з життя

"Наведіть приклади третього закону Ньютона" - це завдання часто можна почути від шкільних вчителів. Вище вже були наведені приклади з ракетою та конем. У списку нижче перерахуємо деякі:

• відштовхування плавця від стінки басейну: плавець отримує прискорення, оскільки на нього впливає стіна;
• політ птиці: штовхаючи повітря вниз і назад при кожному помаху крила, птах отримує поштовх від повітря вгору і вперед;
• відскок футбольного м'ячавід стінки: прояв протидії сили реакції стінки;
• тяжіння Землі: з якою силою наша планета притягує нас вниз, з такою ж ми впливаємо на неї вгору (для планети це мізерна сила, вона її "не помічає", а ми - так).

Всі ці приклади призводять до важливого висновку: будь-які силові взаємодії у природі завжди виникають у вигляді пари сил, що протидіють. Неможливо вплинути на об'єкт, не зазнавши при цьому його протидії.

У відомій грі «перетягування каната» обидві партії діють одна на одну (через канат) з однаковими силами, як це випливає із закону дії та протидії. Значить, виграє (перетягне канат) не та партія, яка сильніше тягне, а та, яка сильніше впирається у Землю.

Мал. 72. Кінь зрушить і повезе навантажені сани, бо з боку дороги на її копита діють великі силитертя, ніж на слизькі полозья саней

Як пояснити, що кінь везе сани, якщо, як це випливає із закону дії та протидії, сани тягнуть коня назад з такою ж по модулю силою, з якою кінь тягне сани вперед (сила)? Чому ці сили не врівноважуються? Справа в тому, що, по-перше, хоча ці сили рівні і прямо протилежні, вони прикладені до різних тіл, а по-друге, і на сани і на коня діють ще й сили з боку дороги (рис. 72). Сила з боку коня прикладена до саней, які відчувають, крім цієї сили, лише невелику силу тертя полозів об сніг; тому сани починають рухатися вперед. До коня ж, крім сили з боку саней, спрямованої назад, прикладені з боку дороги, в яку вона упирається ногами, сили, спрямовані вперед і більші, ніж сила з боку саней. Тому кінь теж починає рухатися вперед. Якщо поставити коня на лід, то сила з боку слизького льоду буде недостатня, і кінь не зрушить сани. Те саме буде і з дуже важко навантаженим возом, коли кінь, навіть упираючись ногами, не зможе створити достатньої сили, щоб зрушити віз з місця. Після того, як кінь зрушив сани і встановився рівномірний рух саней, сила буде врівноважена силами (перший закон Ньютона).

Подібне питання виникає і при розборі руху поїзда під дією електровоза. І тут, як і в попередньому випадку, рух можливий лише завдяки тому, що, крім сил взаємодії між тілом, що тягне (кінь, електровоз) і «причепом» (сані, потяг), на тіло, що тягне, діють з боку дороги або рейок сили, спрямовані уперед. На ідеально слизькій поверхні, від якої не можна відштовхнутися, ні сани з конем, ні поїзд, ні автомобіль не могли б зрушити з місця.

Мал. 73. При нагріванні пробірки з водою пробка вилітає в один бік, а гармата котиться в протилежний бік.

Третій закон Ньютона дозволяє розрахувати явище віддачіпід час пострілу. Встановимо на візок модель гармати, що діє за допомогою пари (рис. 73) або за допомогою пружини. Нехай спочатку візок спочиває. При пострілі "снаряд" (пробка) вилітає в один бік, а "гармата" відкочується в інший. Відкат гармати і є результатом віддачі. Віддача є не що інше, як протидія з боку снаряда, що діє, згідно з третім законом Ньютона, на гармату, що викидає снаряд. Відповідно до цього закону сила, що діє з боку гармати на снаряд, весь час дорівнює силі, що діє з боку снаряда на гармату, і протилежно їй спрямована. Таким чином, прискорення, одержувані гарматою та снарядом, спрямовані протилежно, а по модулю обернено пропорційні масам цих тіл. В результаті снаряд і гармата придбають протилежно спрямовані швидкості, що знаходяться в тому самому відношенні. Позначимо швидкість, отриману снарядом, через , а швидкість, отриману гарматою, через а маси цих тіл позначимо через і відповідно. Тоді

Тут і – модулі швидкостей.

Постріл із будь-якої зброї супроводжується віддачею. Старовинні гармати після пострілу відкочувалися назад. У сучасних знаряддях стовбур зміцнюється на лафеті не жорстко, а за допомогою пристосувань, які дозволяють стовбуру відходити назад; потім пружини знову повертають його на місце. В автоматичному вогнепальному зброї явище віддачі використовується у тому, щоб перезарядити зброю. При пострілі відходить лише затвор. Він викидає використану гільзу, а потім пружини, повертаючи його на місце, вводять у ствол новий патрон. Цей принцип використовується не тільки в кулеметах та автоматичних пістолетах, а й у швидкострільних гарматах.

Три закони сера Ісаака Ньютона описують рух масивних тіл і як вони взаємодіють.

У той час як закони Ньютона можуть здатися очевидними для нас сьогодні, понад три століття тому вони вважалися революційними.

Зміст:

Ньютон, мабуть, найбільш відомий своєю роботою з вивчення гравітації та руху планет. Покликаний астрономом Едмондом Галлеєм після визнання того, що за кілька років до цього він втратив доказ еліптичних орбіт, Ньютон опублікував свої закони у 1687 році у своїй оригінальної роботи"Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica" (Математичні принципи природної філософії), в якій він формалізував опис того, як масивні тіла рухаються під впливом зовнішніх сил.

Формулюючи свої три закони, Ньютон спростив звернення до масивних тіл, вважаючи їх математичними точками без розміру чи обертання. Це дозволило йому ігнорувати такі фактори, як тертя, опір повітря, температура, властивості матеріалу і т. д. і зосередитися на явищах, які можуть бути описані виключно за масою, довжиною та часом. Отже, три закони не можуть бути використані для опису точності поведінки великих жорстких або об'єктів, що деформуються. Однак у багатьох випадках вони забезпечують відповідні точні наближення.

Закони Ньютона

Закони Ньютона відносяться до руху масивних тіл в інерційній системі відліку, що іноді називається ньютонівською системою відліку, хоча сам Ньютон ніколи не описував таку систему. Інерційну систему відліку можна описати як тривимірну систему координат, яка або стаціонарна, або рівномірно лінійна, тобто не прискорюється та не обертається. Він виявив, що рух у такій інерційній системі відліку може бути описаний трьома простими законами.

Перший закон руху Ньютона

Каже: Якщо на тіло не діють сили або їх дія компенсована, то дане тілоперебуває у стані спокою чи рівномірного прямолінійного руху. Це просто означає, що речі не можуть починати, зупиняти чи змінювати напрямок самостійно.

Потрібна сила, що діє на них ззовні, щоб викликати таку зміну. Цю властивість масивних тіл чинити опір змінам у їхньому русі іноді називають інерцією.

У сучасній фізиці перший закон Ньютона прийнято формулювати у такому вигляді:

Існують такі системи відліку, які називаються інерційними, щодо яких матеріальні точки, коли на них не діють жодні сили (або діють сили взаємно врівноважені), перебувають у стані спокою або рівномірного прямолінійного руху.

Другий закон руху Ньютона

Описує, що відбувається з потужним тілом, коли на нього впливає зовнішня сила. У ньому говориться: Сила, що діє об'єкт, дорівнює масі цього об'єкта свого прискорення. Це написано у математичній формі як F = ma, де F – сила, m – маса, a – прискорення. Жирні букви вказують, що сила та прискорення є векторними величинами, що означає, що вони мають як величину, так і напрямок. Сила може бути однією силою, або це може бути векторна сума більш ніж однієї сили, яка є чистою силою після об'єднання всіх сил.

Коли постійна сила діє масивне тіло, вона змушує її прискорюватися, т. е. змінювати свою швидкість із постійною швидкістю. У найпростішому випадку сила, прикладена до нерухомого об'єкта, змушує його прискорюватися у бік сили. Однак, якщо об'єкт вже перебуває в русі або якщо ця ситуація проглядається з системи відліку, що рухається, це тіло може здатися прискорюваним, що сповільнює або змінює напрямок залежно від напрямку сили і напрямків, в яких об'єкт і система відліку переміщається відносно один одного.

У сучасній фізиці другий закон Ньютона прийнято формулювати у такому вигляді:

В інерційній системі відліку прискорення, яке отримує матеріальна точка з постійною масою, прямо пропорційно рівнодіє всіх доданих до неї сил і обернено пропорційно її масі.

При виборі одиниць виміру, цей закон можна записати у вигляді формули:

Третій закон руху Ньютона

Каже: Для кожної дії існує рівна протидія. Цей закон описує те, що відбувається з тілом, коли воно чинить інше тіло. Сили завжди зустрічаються парами, тому коли одне тіло штовхає іншого, друге тіло відштовхується так само сильно. Наприклад, коли ви натискаєте візок, візок відштовхується від вас; коли ви тягнете за мотузку, мотузка відкидається на вас; коли сила тяжіння тягне вас до землі, земля підштовхує вас і коли ракета спалахує своє паливо за ним, вихлопний газ, що розширюється, штовхається на ракеті, змушуючи його прискорюватися.

Якщо один об'єкт набагато, більш масивний, ніж інший, особливо у разі прив'язки першого об'єкта до Землі, практично все прискорення передається другому об'єкту, і прискорення першого об'єкта можна безпечно ігнорувати. Наприклад, якщо ви кинули м'яч на захід, вам не потрібно було б вважати, що ви насправді змусили обертатися Землю швидше, поки м'яч перебував у повітрі. Однак, якщо ви стоїте на роликових ковзанах, і ви кинули м'яч для боулінгу, ви почнете рухатися назад із помітною швидкістю.

У сучасній фізиці третій закон Ньютона прийнято формулювати у такому вигляді:

Матеріальні точки взаємодіють один з одним силами, що мають однакову природу, спрямованими вздовж прямої, що з'єднує ці точки, рівними за модулем і протилежними за напрямом:

Три закони були перевірені незліченними експериментами за останні три століття, і досі вони широко використовуються для опису видів предметів та швидкостей, з якими ми стикаємося у повсякденному житті. Вони становлять основу того, що зараз відомо як класична механіка, а саме вивчення масивних об'єктів, які більші, ніж дуже дрібні масштаби, які розглядають квантова механіка, і які рухаються повільніше, ніж дуже високі швидкості, релятивістські механіки.