Механика Ньютона

Урок 12.
Тема: Механика Ньютона.
Чтобы скорость тела
была неизменной:
- нужно толкать (Аристотель)
- не нужно тормозить (Гагилей) .
Цель: Изучить принцип инерции. Получить экспериментальное подтверждение закона инерции.
Рассмотреть на примерах относительность движения и покоя. Инерциальные системы отсчёта.
Преобразования Галилея. Закон сложения скоростей. Принцип относительности Галилея
Домашнее задание: § 2.1 стр149, § 2.2, § 2.3 стр 156.
Повторение:
1) Сформулируйте I закон Ньютона.
2) Что утверждает это закон?
(1. определение ИСО; 2. утверждение о существовании
ИСО)
3) Поясните явление инерции.
Новая тема.
Во время изучения кинематики мы научились определять Х,У – положение тела в
пространстве, расстояние прошедшее телом и его скорость.
Динамика позволит определить причины изменения движения тела.
Границы применимости механики Ньютона:
1.
Электромагнитные явления нельзя объяснить законами механики.
2.
Законы Ньютона описывают движение больших тел, если их скорость меньше
скорости света.
3.
В микромире исполняются законы квантовой механики.
I .Что вызывает ускорение тела?
Примеры: 1) книга лежала на столе, начала двигаться. Скорость изменилась?
Ускорение появилось? Что послужило причиной?
2) Шайба скользит по льду, через некоторое время останавливается. Что
послужило причиной изменения скорости?
3) Мальчик садится на велосипед, отталкивается ногой от земли и едет. Что
послужило причиной изменения скорости?
Вывод: изменение скорости тела (т.е. ускорение) всегда вызывается
воздействием на данное тело каких-либо других тел.
Если действий со стороны других тел на данное нет, то ускорение =0, т.е. V = 0, V –
const.
До Галилео Галилея (16в) считалось, что для
поддержания const V тела необходимо, чтобы что-то
(или кто-то) воздействовал на него
СО
ИСО
НИСО
Если ускорение тела определяется
Тело движется с ускорением, не вызванным
действием на него других тел.
действием на него других тел.
Система связанная с Землёй – Геоцентрическая
Пр: автобус тормозит, люди падают вперёд.
система. Гелиоцентрическая СО.
Относительно стен автобуса - НИСО
Основное утверждение механики не
выполняется.
I.
Первый закон Ньютона – закон инерции.
Был установлен ещё Г.Галилеем. Ньютон дал строгую формулировку и включил его в
число основных законов механики.
Закон инерции относится к самому простому случаю движения – движению тела, на
которое не оказывают воздействия другие тела. Такие тела называются свободными
телами и движутся они с постоянной скоростью.
Пр: гладкий лед – гладкая шайба. После того как ей сообщили некоторую скорость, она
будет двигаться очень долга – именно к этому выводу пришёл Г.Галилей.
С другой стороны видно – если скорость меняется, следовательно, можно обнаружить
внешнее воздействие.
Кинематика – математическая точка.
Динамика – материальная точка – тело, обладающее массой, но лишённое геометрических
размеров.
Р.S:1. материальных точек в природе нет.
2. одно и то - же тело в одних случаях можно считать материальной точкой, в других –
нет.
Привести примеры:
В механике любое тело можно рассматривать как совокупность  числа материальных точек. Свободное
тело может вращаться – в этом случае считать его целиком материальной точкой нельзя и применять первый
закон Ньютона к этому движению – нельзя.
Опр: материальная точка – простейшая модель реального тела.
II.
Второй закон Ньютона.
В ИСО тела движутся с постоянной скоростью, если на них не действуют другие тела.
Если скорость изменяется, следовательно на него действует другое тело. Это
воздействие тел друг на друга характеризуется силой.
Опр: Сила – количественная мера действия тел друг на друга, в результате которого
тела получают ускорение.
Понятие силы относится к двум телам. Всегда можно указать тело, на которое
действует сила и тело, со стороны которого она действует.
Пр: 1. Камень падает с высоты. Сила тяжести со стороны Земли
действует на камень.
2. Пружину растянули, в ней возникает сила
упругости, она действует на груз.
Сила имеет направление, следовательно, сила – векторная физическая величина.
Из жизненного опыта мы знаем, что направление силы совпадает с направлением
скорости.
1)
2)
3)
Вывод: Направление силы совпадает с направлением
ускорения.
Р.S. Сила совпадает с направлением скорости – частный случай прямолинейного
движения с возрастающей скоростью.
Измерить силу можно, сравнив её с эталоном единицы силы, - на этом основан принцип
работы динамометра.
а=F
m
IV. Инерция – явление сохранения скорости телом, пока на него не действуют другие тела.
Опыты по демонстрации инерции:
Вывод: сила определяет не скорость, а то, как быстро она
изменяется. Ускорение возникает сразу, одновременно с началом действия силы, но
скорость нарастает постепенно.
V.Вопросы на закрепление.
1. Равнодействующая всех сил, действующих на тело, равна нулю. Движется ли это
тело?
2. На рисунке указаны направления векторов скорости и ускорения тела. Куда
направлена равнодействующая всех сил?
3. Равнодействующая всех сил, действующих на движущийся мяч относительно
ИСО, равна нулю. Какова траектория мяча?
4. На тело массой 5 кг действуют силы 3Н и 4Н, направленные на север и восток
соответственно. Чему равно и куда направлено ускорение тела?
5. Когда трамвай резко трогается с места, пассажиры отклоняются назад. Не
противоречит ли это первому закону Ньютона, ведь никакие силы дополнительно
на пассажиров не действуют?
6. Движущийся вагон сталкивается с неподвижным. При этом первый вагон
останавливается, а второй начинает двигаться со скоростью первого вагона. Что
можно сказать о массах этих вагонов?
7. Используя график зависимости скорости тела от времени,
охарактеризуйте действующую на тело силу на различных
участках движения.
Задача к IIIзакону Ньютона.
Двое соперников, перетягивающих канат, прикладывают к
нему равные по модулю силы. А) Какова равнодействующая этих сил? Б) Канат
порвался, когда оба соперника тянули его с силами по 400 Н. Можно ли поднимать
на таком канате груз массой 60 кг?
Отв: заметим, что сила натяжения каната не изменится, если один из соперников просто привяжет
«свой» конец каната к дереву, а другой будет продолжать тянуть канат с прежней силой. Ведь согласно
IIIзакону Ньютона дерево будет действовать на канат с такой же по модулю силой, с какой канат
действует на дерево. Другими словами, дерево прекрасно «заменит» одного из соперников. Значит,
сила натяжения каната такая же, как если бы к нему просто подвесили груз весом 400 Н. Если же
подвесить к канату груз массой 60 кг (он весит почти 600 Н), канат порвётся.