В этой статье пойдет речь о том, как правильно трактовать законы Ньютона. Для полного понятия первого, второго и третьего законов Исаака Ньютона будут предоставлены примеры их применения и примеры решения задач.
Содержание
Ньютон вложил свой огромный вклад в основы классической механики благодаря трем законам. Еще в 1967 году он написал работу, которая называлась: Математические начала натуральной философии. В рукописи он описал все познания не только свои, а и других ученых умов. Именно Исаака Ньютона ученые-физики считают основоположником данной науки. Особой популярностью пользуются первый, второй и третий законы Ньютона, вот о них и пойдет речь далее.
Законы Ньютона: первый закон
ВАЖНО: Уметь не только формулировать первый, второй и третий законы Ньютона, а еще и с легкостью их осуществлять на практике. И тогда вы сможете решать сложные задачи.
В первом законе говорится о системах отсчета, которые именуются инерциальными. В данных системах тела двигаются прямолинейно, равномерно (т.е. с одной и той же скоростью, по прямой), в том случае, когда на эти тела не воздействуют другие силы либо их влияние скомпенсировано.
Чтобы проще понять правило, можно его перефразировать. Точнее привести такой пример: если взять предмет на колесах и толкнуть его, то изделие будет ехать практически бесконечно в том случае, когда на него не будет воздействовать сила трения, сила сопротивления воздушных масс и дорога будет ровной. Где такое понятие, как инерция, представляет собой способность предмета не менять скорость ни по направлению, не по величине. Еще в физике первую трактовку закона Ньютона считают инерциальной.
До открытия правила Исааком Ньютоном Галилео Галилей тоже изучал инерцию и по его утверждению закон звучал следующим образом: если нет никаких сил, которые действуют на предмет, то он либо не движется, либо перемещается равномерно. Ньютон же смог более конкретно объяснить данный принцип относительности тела и сил, что воздействуют на него.
Естественно на Земле не бывает систем, в которых может действовать это правило. Когда какой-то предмет можно толкнуть и он будет равномерно двигаться по прямой, не останавливаясь. На тело в любом случае будут влиять разные силы, их воздействие на предмет скомпенсировать нельзя. Уже одна сила притяжения Земли создает влияние на передвижение любого тела или предмета. Также кроме нее есть сила трения, скольжения, Кориолиса и т.д.
Законы Ньютона: второй закон
Открытые законы Ньютона еще в прошлом веке, в комплексе дают возможность ученым вести наблюдения за различными процессами, что происходят во Вселенной благодаря созданию новых технологических конструкций, машин.
Чтобы узнать, какие бывают причины движения, следует обратиться ко второму закону Ньютона. Именно здесь вы найдете объяснения. Благодаря ему можно решить различные задачи по теме – механика. Так же поняв его суть, вы сможете использовать его в жизни.
Первоначально он формулировался следующим образом – изменение импульса (количества передвижения) равно силе, что заставляет тело двигаться, деленное на переменную времени. Также движение предмета совпадает с направлением действия силы.
Чтобы было понятно записывается это следующим образом:
F = Δp/Δt
Символ Δ представляет собой разность, именуется дифференциалом, p – это импульс (или скорость), а t – это время.
По правилам:
- Δр = m · v
Исходя из этого:
- F = m · Δv/Δp, а значение: Δv/Δp = a
Вот теперь-то формула приобретает такой вид: F = m · a; из этого равенства можно найти
- a = F/m
Второй закон Ньютона трактуется следующим образом:
Ускорение, движущегося предмета равно частному, полученному в результате деления силы на массу тела или же предмета. Соответственно, чем сильнее приложится сила к предмету, тем больше его ускорение, а если масса тела больше, то ускорение предмета меньше. Это утверждение считается базовым законом механики.
F – в формуле обозначает сумму (геометрическую) всех сил или равнодействующую.
Равнодействующая сила представляет собой сумму величин (векторных). Причем складывать эти значения следует по правилам параллелограмма либо же треугольника. Идеально для получения ответа знать цифровые значения сил, воздействующих на предмет и величину угла между векторами сил.
Это правило можно применять как в инерциальных, так неинерциальных системах. Оно действует для произвольных предметов, материальных тел. Чтобы было понятней, если система неинерциальная, то применяют еще такие силы, как: центробежная, сила Кориолиса, в математике, это пишется так:
ma = F + Fi, где Fi – инерциальная сила.
Как применяется закон Ньютона?
Итак пример: представьте себе, что машина ехала по бездорожью и застряла. На помощь водителю приехал другой автомобиль, и водитель второго автомобиля пытается с помощью троса вытянуть авто. Формула Ньютона для первого транспортного средства будет выглядеть так:
ma = F нат.нити + Fтяги — Fтрения
Примеры решения задач:
- Через ролик перекинули веревку. С одной стороны ролика висит на веревке груз, с другой стороны альпинист, причем масса груза и человека идентична. Что будет с веревкой и роликом, когда альпинист будет подниматься по ней вверх. Силой трения ролика, массой самой веревки можно пренебречь.
Решение задачи
По второму закону Ньютона формулу математически можно составить так:
- ma1 = Fнат.нити1 — mgma1 = Fнат.нити1 — mg – это второй закон для альпиниста
- ma2 = Fнат.нити2 — mgma2 = Fнат.нити2 — mg — так математически можно трактовать закон Ньютона для груза
- По условию: Fнат.нити1 = Fнат.нити2
- Отсюда: ma1 = ma2
Если правую и левую часть неравенства разделить на m, то получится, что ускорение и подвешенного груза и поднимающегося человека равнозначны.
Законы Ньютона: третий закон
Третий закон Ньютона имеет такую формулировку: тела имеют свойство взаимодействовать друг с другом с одинаковыми силами, эти силы направляются по одной линии, но имеют разные направления. В математике – это может выглядеть следующим образом:
Fn = — Fn1
Пример его действия
Для более тщательного его изучения рассмотрим пример. Представьте старинную пушку, которая стреляет большими ядрами. Так вот – ядро, которое вытолкнет грозное оружие, будет воздействовать на нее с такой же силой, с какой она его и вытолкнет.
Fя = — Fп
Потому и происходит откат орудия назад при выстреле. Но ядро улетит далеко, а пушка сдвинется немного в противоположную сторону, это происходит потому, что у орудия и ядра различная масса. Тоже произойдет и при падении на Землю любого предмета. Но реакции Земли заметить невозможно ведь все падающие предметы в миллионы раз весят меньше нашей планеты.
Вот еще пример третьего правила классической механики: рассмотрим притяжение разных планет. Вокруг нашей планеты вращается Луна. Это происходит по средствам притяжения к Земле. Но и Луна тоже притягивает Землю – согласно третьему закону Исаака Ньютона. Однако массы круглых планет разные. Потому Луна не способна притягивать большую планету Землю к себе, но она может вызывать приливы воды в морях, океанах и отливы.
Задача
- Насекомое ударяется в стекло машины. Какие возникают силы, и как они действуют на насекомое и авто?
Решение задачи:
Согласно третьему закону Ньютона, тела или предметы при воздействии друг на друга имеют равные силы по модулю, но по направлению – противоположные. Исходя из данного утверждения получается следующее решение данной задачи: насекомое воздействует на автомобиль с той же силой, что и авто воздействует на него. Но само действие сил несколько разнится, ведь масса и ускорение машины и насекомого различные.
Видео: Первый, второй и третий законы Ньютона
