Билет №2

Билет №2
Законы Ньютона. Примеры проявления законов Ньютона в природе и их
использование в технике.
Рассмотрим пример. Подвесим шарик на шнур. Шарик покоится относительно с.о., связанной с
Землей. Вокруг шарика находятся различные тела, понятно, что они не одинаково воздействуют на
шарик. Если, например, передвинуть мебель в комнате, шарик останется в покое. Но если
перерезать шнур, то шарик будет падать вниз, двигаясь с ускорением. Из опыта видно, что на
шарик заметно действуют 2 тела: Земля и шнур. Но их совместное влияние обеспечивало
состояние покоя шарику. Если бы удалили шнур, то шарик перестал бы покоиться и начал
двигаться с ускорением к земле. Если бы можно было убрать землю, то шарик двигался бы
равноускоренно в сторону шнура.
Это приводит к выводу, что действия на шарик двух тел – шнура и земли – компенсируют друг
друга. Рассмотренный нами пример и много других примеров позволяют сделать вывод: тело
находится в состоянии покоя и равномерно относительно земли, если действия на него сил
скомпенсированы. Если тело покоится, его ускорение равно 0 и скорость постоянна или равна 0.
Мы знаем, что движение и покой относительны. Относительно с.о., связанной с Землей шарик
покоится. Представим себе, что мимо него движется машина с постоянной скоростью, относительно
с.о., связанной с машиной, шарик движется П.Р.Д., а не покоится.
Выходит, что при компенсации действий на тело других дел оно может, не только покоится, но и
двигаться П.Р.Д.
Эти примеры и другие приводят нас к одному из основных законов механики – 1ому закону
Ньютона:
Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело
сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела (или действия других
тел уравнивают друг друга)
Само явление сохранения скорости тела постоянной называют инерцией. Поэтому и системы
отсчета, относительно которых тела движутся с постоянной скоростью – называются
инерциальными (при компенсации внешних воздействий), а первый закон Ньютона – законом
инерции.
Надо, однако, иметь в виду, что есть такие с.о., которые инерциальными считать нельзя. Это
с.о., которые движутся относительно инерциальной с.о с ускорением. Эти с.о. называют
неинерциальными.
Если мы наблюдаем ускоренное движение тела, то всегда можно доказать его причину.
Причина ускорения движения тел – действие на них других тел. Но в действительности
каждое тело влияет и подвергается влиянию. Происходит так называемое взаимодействие.
Опыты показывают, что при взаимодействии двух тел оба тела получают ускорения,
направленные в противоположные стороны.
Для двух данных взаимодействующих тел отношение модулей их ускорений всегда одно и тоже.
Но если брать различные тела, то и это отношение будет равным. Следовательно, каждое тело
обладает некоторым присущим ему свойством, которое и определяет отношение его ускорения к
ускорению его «партнера».
Это свойство называется инертностью. Когда тело движется без ускорения, говорят, что оно
движется по инерции. Поэтому о теле, которое при взаимодействии изменило свою скорость на
меньшее значение, говорят, что оно более инертно, чем другое тело, скорость которого изменилась
на большее значение.
Свойство инертности, присущее всем телам, состоит в том, что для изменения скорости тела
требуется некоторое время.
В физике свойства изучаемых объектов обычно характеризуются определенными величинами.
Свойство инертности характеризуется особой величиной – массой.
То из двух взаимодействующих тел, которое получает меньшее ускорение, т.е. более инертное,
имеет большую массу.
Масса – мера инертности, измеряется весами, измеряется в килограммах (кг)
a1/a2 = m2/m1
Принцип относительности Галлея:
Во всех инерциальных с.о. при одинаковых начальных условиях все механические процессы
протекают одинаково, т.е. подчиняются одинаковым законам.
t = const
V1 = V + U
S = S + Ut
t1 = t – время не зависит от с.к.
m1 = m – масса не зависит от с.к.
2) S’ = V’t
a’ = V’-V’0/t = V + U – V0 + U/t = V – V0/t =a
3) Ускорение не зависит от выбора С.к.
4) Сила не зависит от выбора С.к., а определяется только взаимодействием тел.
То из тел более инертно, которое имеет большую массу. a1/a2 = m2/m1.
Тела подчиняются не только первому закону Ньютона, но и другим. Мы знаем, что ускорение
тела всегда вызывается действием на него другого тела – того, с которым оно взаимодействует.
В физике действие одного тела на другое, которое вызывает ускорение, называют силой.
Например, падение камня вызвано силой, приложенной к нему, силой тяжести.
Сила – физическая величина. Она может быть выражена числом.
Проделаем опыт. На пружине подвесим груз. Силы предают телам ускорения.
Но тела покоятся, значит a = -g, значит, сила характеризуется не только числом, но
и направлением – векторная величина.
Что – же такое сила? Чтобы ответить на этот вопрос обратимся к опыту: к
тележке известной массы m прикрепили конец пружины, а другой перекинули через
блок. Груз под действием силы тяжести движется вниз и растягивает пружину.
Растянутая на определенную длину /\l пружина действует на тележку и сообщает
ей ускорения. Которое равно a. Повторим опыт с двумя тележками, соединенными
вместе так, чтобы их общая масса была равна 2m. Измерим ускорение тележек при том же
удлинении пружины /\l (для этого придется изменить груз на нити ). Ускорение будет равно a/2. При
3 – х и 4-х тележках ускорение будет равно a/3 и a/4. Это значит, что одной и той же будет
величина am.
Второй закон Ньютона:
Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой
ускорение.
F = ma
Ускорение сонаправлено с силой!
На тело может действовать несколько сил. Ускорение в этом случае оказывается таким, какое
ему сообщила бы одна – единственная сила, равная геометрической сумме всех приложенных сил.
Сумму эту обычно называют равнодействующей или результирующей силой.
Сила, равная
геометрической сумме всех приложенных к телу сил, называется
равнодействующей или результирующей силой.
Как и первый закон, второй закон Ньютона справедлив лишь в том случае, если движение
рассматривается относительно инерциальных систем отсчета.
За единицу силы принимается сила, сообщающая телу массой 1 кг ускорение 1 м/с. Эта единица
называется ньютон.
По тому же опыту, измерив ускорения двух тел, взаимодействующих каким – то образом между
собой, мы можем найти отношение их масс согласно формуле. Чтобы найти массу отдельного тела
нужно взять тело, масса которого принята за 1 – эталон массы.
Затем провести опыт, в котором тело, масса которого измеряется, взаимодействует с телом, масса
которого известна. Тогда оба они, и тело и эталон, получат ускорения, которые можно измерить,
затем записать отношение: аэт/ат = mт/mэт или mт = aэт*mэт/aт
Масса тела определяет отношение модуля ускорения эталона массы к модулю ускорения тела при
их взаимодействии.Однако более удобный метод – взвешивание.За единицу массы принят
килограмм.
Действия тел друг на друга всегда имеют характер взаимодействия. Каждое из тел действует на
другое и сообщает ему ускорение. Отношение модулей ускорений равно обратному отношению их
масс. Ускорения двух тел направлены в противоположные стороны.
m1a1 = -m2a2
т.к F = ma, то это можно записать так:
F1 = F2 – 3й закон Ньютона.
Тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по
направлению.
3й закон Ньютона состоит из 5и утверждений:
1) Силы рождаются парами
2) Силы равны по модулю
3) Парные силы направлены в противоположные стороны
4) Возникающие силы лежат на одной прямой
5) Возникающие силы одной природы
Так – же как первый и второй законы Ньютона, третий закон справедлив, когда движение
рассматривается относительно инерциальных систем отсчета.
Опыт: возьмем две тележки, к одной из них прикреплена упругая стальная пластина. Согнем
пластину и свяжем ее ниткой, а вторую тележку поставим к первой так, чтобы она плотно
соприкасалась с другим концом пластинки. Перережем нить. Пластинка разогнется, и мы увидим, что
обе тележки придут в движение. Это значит, что обе получили ускорения. Так как массы тележек
одинаковы, то одинаковы по модулю и ускорения. (V1 = V2; S1 = S2)
Если на одну тележку положить какой-нибудь груз, то мы увидим, что перемещения теперь не
будут одинаковыми. Это значит, что и их ускорения неодинаковы: ускорение нагруженной тележки
меньше, но ее масса больше. Произведение же массы на ускорение, т.е сила, действующая на
каждую из тележек, по модулю одинакова.