Prawa Newtona. Drugie prawo Newtona. Prawa Newtona – sformułowanie. Trzy prawa Newtona: Definicje i przykłady Definicja III prawa Newtona

Głównymi prawami mechaniki klasycznej są trzy prawa Newtona. Teraz przyjrzymy się im bardziej szczegółowo.

Pierwsze prawo Newtona

Obserwacje i doświadczenie pokazują, że ciała otrzymują przyspieszenie względem Ziemi, czyli zmieniają swoją prędkość względem Ziemi dopiero wtedy, gdy działają na nie inne ciała.

Wyobraźmy sobie, że korek „pistoletu” pneumatycznego wprawia się w ruch pod wpływem gazu sprężonego przez cofający się tłok, tj. Powoduje to sekwencyjny łańcuch sił:

Siła poruszająca tłok => Siła tłoka ściskająca gaz w cylindrze => Siła gazu poruszająca korek.

W tym i innych podobnych przypadkach zmiana prędkości, tj. wystąpienie przyspieszenia jest wynikiem działania sił na dane ciało innych ciał.

Jeżeli na ciało nie działają żadne siły (lub siły są kompensowane, tj.), wówczas ciało pozostanie w spoczynku (względem Ziemi) lub porusza się ruchem jednostajnym i prostoliniowym, tj. bez przyspieszenia.

Na tej podstawie udało się ustalić pierwsze prawo Newtona, zwane częściej prawem bezwładności:

Istnieją takie inercyjne układy odniesienia, względem których ciało pozostaje w spoczynku (szczególny przypadek ruchu) lub porusza się ruchem jednostajnym i prostoliniowym, jeśli na ciało nie działają żadne siły lub działania tych sił są kompensowane.

Prawie niemożliwe jest zweryfikowanie tego prawa za pomocą prostych eksperymentów, ponieważ niemożliwe jest całkowite wyeliminowanie działania wszystkich otaczających sił, zwłaszcza działania tarcia.

Dokładne eksperymenty mające na celu badanie ruchu ciał przeprowadził po raz pierwszy włoski fizyk Galilei Galileo pod koniec XVI i początek XVII wieki. Później prawo to szerzej opisał Izaak Newton, dlatego też prawo to nazwano jego imieniem.

Takie przejawy bezwładności ciał są szeroko stosowane w życiu codziennym i technologii. Potrząsając zakurzoną szmatą, „upuszczając” kolumnę rtęci w termometrze.

Drugie prawo Newtona

Różne eksperymenty pokazują, że przyspieszenie pokrywa się z kierunkiem siły powodującej to przyspieszenie. Można zatem sformułować prawo zależności sił przyłożonych do ciała od przyspieszenia:

W inercjalnym układzie odniesienia iloczyn masy i przyspieszenia jest równy wypadkowej sile (siła wypadkowa jest sumą geometryczną wszystkich sił przyłożonych do ciała).

Masa ciała jest współczynnikiem proporcjonalności tej zależności.Z definicji przyspieszenia () napiszmy prawo w innej formie iNastępnie okazuje się, że licznik po prawej stronie równości to zmiana pędu ΔP, ponieważ Δ p=mΔv

Oznacza to, że drugie prawo można zapisać w następujący sposób:

W ten sposób Newton spisał swoje drugie prawo.

Prawo to obowiązuje tylko dla prędkości znacznie mniejszych od prędkości światła oraz w inercyjnych układach odniesienia.

Trzecie prawo Newtona

Kiedy dwa ciała się zderzają, zmieniają swoją prędkość, tj. Obydwa ciała otrzymują przyspieszenie. Ziemia przyciąga Księżyc i sprawia, że ​​porusza się on po zakrzywionej ścieżce; z kolei Księżyc przyciąga także Ziemię (powszechna grawitacja).

Te przykłady pokazują, że siły zawsze występują parami: jeśli jedno ciało działa z siłą na drugie, to drugie ciało działa na pierwsze z tą samą siłą. Wszystkie siły mają charakter wzajemny.

Następnie możemy sformułować trzecie prawo Newtona:

Ciała działają na siebie parami z siłami skierowanymi wzdłuż linii prostej, jednakowej wielkości i przeciwnym kierunku.

Prawo to często nazywane jest prawem trudnym, ponieważ... Nie rozumieją sensu tego prawa. Aby ułatwić zrozumienie prawa, możemy je przeformułowaćprawo ( „Akcja równa się reakcja”) wł « Siła przeciwna jest równa sile działającej.”, ponieważ siły te działają na różne ciała.

Nawet upadek ciał ściśle przestrzega prawa reakcji. Jabłko uderza w Ziemię, ponieważ przyciąga je kula ziemska; Ale Dokładnie z taką samą siłą jabłko przyciąga do siebie całą naszą planetę.

W przypadku siły Lorentza trzecie prawo Newtona nie jest spełnione.

Newton sformułował podstawowe prawa mechaniki w swojej książce „Mathematical Principles of Natural Philosophy”.

Możemy zatem stwierdzić, że wszystkie te trzy prawa Newtona stanowią podstawę mechaniki klasycznej; i każde z praw wynika z drugiego.

Mówimy o zachowaniu ciała odizolowanego od wpływu innych ciał. Drugie prawo mówi o sytuacji dokładnie odwrotnej. Zajmuje się przypadkami, gdy na dany organ działa jedno lub kilka ciał.

Obydwa te prawa opisują zachowanie jednego konkretnego ciała. Ale w interakcji zawsze uczestniczą co najmniej dwa ciała. Co stanie się z obydwoma ciałami? Jak opisać ich interakcję? Newton zaczął analizować tę sytuację po sformułowaniu dwóch pierwszych praw. Przeprowadzimy również takie same badania.

Oddziaływanie dwóch ciał

Wiemy, że podczas interakcji oba ciała wpływają na siebie. Nie zdarza się, żeby jedno ciało popychało drugie, a drugie nie reagowało. Może się to zdarzyć wśród różnie wykształconych ludzi, ale nie w naturze.

Wiemy, że jeśli kopniemy piłkę, ona kopnie nas w zamian. Inną rzeczą jest to, że piłka ma znacznie mniejszą masę niż ciało człowieka, dlatego jej uderzenie jest praktycznie niezauważalne.

Jeśli jednak spróbujesz kopnąć ciężką żelazną kulę, wyraźnie poczujesz tę reakcję. Tak naprawdę codziennie wiele razy kopiemy bardzo, bardzo ciężką piłkę w stronę naszej planety. Popychamy ją na każdym kroku, tylko w tym przypadku to nie ona odlatuje, ale my. A wszystko dlatego, że planeta jest miliony razy większa od nas pod względem masy.

Zależność sił w oddziaływaniu ciał

Zatem z tych rozważań jasno wynika, że ​​kiedy dwa ciała oddziałują na siebie, nie tylko pierwsze oddziałuje z pewną siłą na drugie, ale w odpowiedzi drugie również działa z pewną siłą na pierwsze. Powstaje pytanie: jak te siły są ze sobą powiązane? Który jest większy, który mniejszy?

Aby to zrobić, musisz wykonać kilka pomiarów. Przydadzą Ci się dwa dynamometry, ale w domu bez problemu mogę je zastąpić dwoma stalowymi. Mierzą ciężar, a ciężar jest także siłą, w przypadku stalowni wyrażaną wyłącznie w jednostkach masy. Dlatego jeśli masz dwa stocznie, wykonaj następujące czynności.

Jedną z nich umieść w pierścieniu na czymś nieruchomym, np. na gwoździu w ścianie, a drugą połącz z pierwszą za pomocą haczyków. I pociągnij za pierścień drugiego stalowca. Monitoruj odczyty obu przyrządów. Każdy z nich pokaże z jaką siłą działa na niego inny stalowiec.

I choć ciągniemy tylko za jednym z nich, okazuje się, że zeznania obu, niczym w konfrontacji, będą zbieżne. Okazuje się, że siła, z jaką wywieramy drugą stalówkę na pierwszą, jest równa sile, z jaką pierwsza stalówka oddziałuje na drugą.

Trzecie prawo Newtona: definicja i wzór

Siła akcji jest równa sile reakcji. To jest istota trzeciego prawa Newtona. Jego definicja jest następująca: siły, z którymi działają na siebie dwa ciała, są równe pod względem wielkości i przeciwne w kierunku. Trzecie prawo Newtona można zapisać w postaci wzoru:

F_1 = - F_2,

Gdzie F_1 i F_2 to siły działające na siebie odpowiednio pierwszego i drugiego ciała.

Ważność trzeciego prawa Newtona została potwierdzona licznymi eksperymentami. Prawo to obowiązuje zarówno w przypadku, gdy jedno ciało przyciąga drugie, jak i w przypadku, gdy ciała się odpychają. Wszystkie ciała we Wszechświecie oddziałują ze sobą, przestrzegając tego prawa.

1) Pierwsze prawo Newtona: Istnieją takie układy odniesienia, zwane inercjalnymi, względem których swobodne ciała poruszają się równomiernie i prostoliniowo.

Pierwsza zasada mechaniki, czyli zasada bezwładności, jak się ją często nazywa, została w zasadzie ustanowiona przez Galileusza, ale Newton nadał jej ogólne sformułowanie.

Wolne ciało - Nazywają ciało, na które nie mają wpływu żadne inne ciała ani pola. Rozwiązując niektóre problemy, ciało można uznać za wolne, jeśli wpływy zewnętrzne są zrównoważone.

Nazywa się układy odniesienia, w których swobodny punkt materialny pozostaje w spoczynku lub porusza się prostoliniowo i jednostajnie inercyjne układy odniesienia. Nazywa się ruchem prostoliniowym i jednostajnym swobodnego punktu materialnego w inercjalnym układzie odniesienia wybieg. Przy takim ruchu wektor prędkości punktu materialnego pozostaje stały (= konst). Punkt w spoczynku jest szczególnym przypadkiem ruchu poprzez bezwładność (=0).

W inercjalnych układach odniesienia spoczynek lub ruch jednostajny jest stanem naturalnym, a dynamika musi wyjaśniać zmianę tego stanu (tj. pojawienie się przyspieszenia ciała pod wpływem sił). Nie istnieją wolne ciała, na które nie wpływają inne ciała. Jednakże ze względu na zmniejszanie się wszystkich znanych oddziaływań wraz ze wzrostem odległości, taką bryłę można wykonać z dowolną wymaganą dokładnością.

Nazywa się układy odniesienia, w których swobodne ciało nie utrzymuje stałej prędkości nieinercyjny. Nieinercjalny układ odniesienia to taki, który porusza się z przyspieszeniem względem dowolnego inercjalnego układu odniesienia. W nieinercjalnym układzie odniesienia nawet ciało swobodne może poruszać się z przyspieszeniem.

Ruch jednostajny i prostoliniowy układu odniesienia nie wpływa na przebieg zachodzących w nim zjawisk mechanicznych. Żadne eksperymenty mechaniczne nie pozwalają na odróżnienie reszty inercjalnego układu odniesienia od jego jednostajnego ruchu prostoliniowego. Dla dowolnych zjawisk mechanicznych wszystkie początkowe układy odniesienia okazują się równe. Te stwierdzenia wyrażają. Zasada względności jest jednym z najbardziej ogólnych praw natury; w szczególnej teorii względności rozciąga się na zjawiska elektromagnetyczne i optyczne.

2) Masa, gęstość, wytrzymałość.

Nazywa się właściwość ciała polegającą na utrzymywaniu prędkości przy braku interakcji z innymi ciałami bezwładność. Wielkość fizyczna będąca miarą bezwładności ciała w ruchu postępowym nazywa się masa obojętna. Masę ciała mierzy się w kilogramach: . Masa charakteryzuje także zdolność ciała do oddziaływania z innymi ciałami zgodnie z prawem powszechnego ciążenia. W takich przypadkach masa działa jako miara grawitacji i nazywa się ją masa grawitacyjna.

We współczesnej fizyce tożsamość wartości mas bezwładności i grawitacji danego ciała została udowodniona z dużą dokładnością. Więc po prostu rozmawiają masa ciała(M).

W mechanice Newtona tak się uważa

a) masa ciała jest równa sumie mas wszystkich cząstek (lub punktów materialnych), z których się składa;

b) dla danego zbioru ciał jest to prawdą prawo zachowania masy: podczas wszelkich procesów zachodzących w układzie ciał jego masa pozostaje niezmieniona.

Gęstość ciała jednorodnego wynosi . Jednostka gęstości 1kg/m3.

Siłą nazywana jest wektorową wielkością fizyczną, która jest miarą mechanicznego oddziaływania na ciało innych ciał lub pól. Siła jest całkowicie zdefiniowana, jeśli podana jest jej wielkość, kierunek i punkt przyłożenia. Nazywa się linię prostą, wzdłuż której skierowana jest siła.

linię działania siły

W wyniku działania siły ciało zmienia prędkość ruchu (nabywa przyspieszenie) lub ulega deformacji. Na podstawie tych faktów eksperymentalnych mierzone są siły.

Siła jest przyczyną przyspieszenia ciała, a nie jego prędkość. We wszystkich przypadkach kierunek przyspieszenia pokrywa się z kierunkiem siły, ale nie z kierunkiem prędkości. Uwzględniane są problemy mechaniczne siły grawitacyjne (siły grawitacyjne) oraz dwa rodzaje sił elektromagnetycznych - siły sprężyste I

siły tarcia.

3) Drugie prawo Newtona

Drugie prawo Newtona opisuje ruch cząstki wywołany wpływem otaczających ją ciał i ustala związek pomiędzy przyspieszeniem cząstki, jej masą i siłą, z jaką te ciała na nią działają: Jeśli na cząstkę o masie m otaczające ciała działa siła, to cząstka ta uzyskuje takie przyspieszenie

, że iloczyn jego masy i przyspieszenia będzie równy działającej sile.

Na podstawie tego prawa ustalana jest jednostka siły - 1 N (niuton). 1 N to siła, z jaką należy działać na ciało o masie 1 kg, aby nadać mu przyspieszenie 1 m/s 2 .

Jeśli siła , z jakim ciała działają na daną cząstkę, wówczas równanie drugiego prawa Newtona zapisane dla tej cząstki nazywa się równanie ruchu.

Drugie prawo Newtona nazywane jest często podstawową zasadą dynamiki, ponieważ to w nim zasada przyczynowości znajduje najpełniejszy wyraz matematyczny i to właśnie pozwala ostatecznie rozwiązać główny problem mechaniki. Aby to zrobić, musisz dowiedzieć się, które z ciał otaczających cząstkę mają na nią znaczący wpływ i wyrażając każde z tych działań w postaci odpowiedniej siły, powinieneś utworzyć równanie ruchu tej cząstki. Z równania ruchu (przy znanej masie) wyznaczamy przyspieszenie cząstki. Porozumiewawczy

przyspieszenie można określić na podstawie jego prędkości, a po prędkości - położenia tej cząstki w dowolnym momencie.

Praktyka pokazuje, że rozwiązanie głównego problemu mechaniki za pomocą drugiej zasady Newtona zawsze prowadzi do poprawnych wyników. Jest to eksperymentalne potwierdzenie ważności drugiego prawa Newtona.

4) Trzecie prawo Newtona.

Trzecie prawo Newtona: Siły, z jakimi ciała działają na siebie, są równej wielkości i skierowane w jednej linii prostej w przeciwnych kierunkach.

Oznacza to, że jeśli na ciele A od strony ciała W wówczas na ciało działa jednocześnie siła W od strony ciała A siła będzie działać , i = - .

Korzystając z drugiego prawa Newtona możemy napisać:

Wynika z tego

tj. stosunek modułów przyspieszenia i ciał oddziałujących ze sobą jest określona przez odwrotny stosunek ich mas i jest całkowicie niezależna od charakteru sił działających między nimi. Bardziej masywne ciało otrzymuje mniejsze przyspieszenie, a lżejsze ciało otrzymuje większe.

Ważne jest, aby zrozumieć, że siły omówione w trzecim prawie Newtona działają na różne ciała i dlatego nie mogą się wzajemnie równoważyć.

5) Wnioski z praw Newtona

Prawa Newtona to system wzajemnie powiązanych praw, które pozwalają nam lepiej zrozumieć istotę pojęć siły i masy. Konsekwencje prawne:

1. Siła jest miarą wpływu innych ciał na daną cząstkę i wraz ze wzrostem odległości od nich maleje, dążąc do zera.

Trzy prawa Newtona leżą u podstaw mechaniki klasycznej i pozwalają nam wyprowadzić równania ruchu. Od czasu sformułowania praw Newtona historia zapisała nie tylko

Izaaka Newtona

(25.12.1642 - 20.03.1727)

Angielski fizyk, matematyk i astronom, jeden z twórców fizyki klasycznej. Autor podstawowego dzieła „Matematyczne zasady filozofii przyrody”

współczesna fizyka, ale także nauki przyrodnicze.

Pierwsze prawo Newtona jest często nazywane także prawem inercji. Twierdzi, że istnieją układy odniesienia, w których każde ciało, które nie zostało poddane działaniu sił zewnętrznych, utrzymuje stan spoczynku lub prostoliniowy ruch jednostajny.

M x a = F

Prawo mówi, że w tym samym systemie wszystkie inne wolne ciała muszą zachowywać się zupełnie tak samo. Stan spoczynku lub ruch jednostajny są całkowicie równe i nie wymagają wyjaśnienia. Każdy układ będący w ruchu postępowym, prostoliniowym i jednostajnym względem układu bezwładnościowego, jest również bezwładny.

Drugie prawo Newtona głosi, że przyczyna zmiany prędkości ciał znajdujących się w ruchu jednostajnym może zmienić prędkość tylko pod wpływem ciał obcych. Prawo stanowi, że punkt (ciało) w układach inercjalnych nabywa przyspieszenie wprost proporcjonalne do działającej na niego siły i odwrotnie proporcjonalne do masy punktu (ciała).

Wzór ten dotyczy stałej masy ciała. W przeciwnym razie używana jest formuła.

Trzecie prawo Newtona stwierdza, że ​​ciała oddziałują na siebie siłami o jednakowej wielkości i różnym kierunku. Stanowi ona, że ​​wszelki wpływ ciał na siebie jest wzajemny. Jeśli ciało (F 12) działa na inne ciało (F 21) z pewną siłą, wówczas drugie ciało również działa na pierwsze. F 12 = F 21 .

Odkrycie tych praw było punktem zwrotnym w historii fizyki. Podsumowując, prawa te dają fizykom możliwość obserwacji wszystkich procesów zachodzących w

„Patrzę na siebie jak na dziecko, które bawiąc się brzegiem morza, znalazło kilka gładszych kamyków i bardziej kolorowych muszelek, niż innym udało się to osiągnąć, podczas gdy przed moimi oczami leżał niezmierzony ocean prawdy”.

Izaaka Newtona

cały wszechświat dzięki możliwości podnoszenia rakiet, statków kosmicznych i konstruowania samochodów do atmosfery.

Prawa te sformułował Izaak Newton w 1687 roku. Historia ich odkrycia jest znana każdemu. Legenda głosi, że Newton siedząc w swoim ogrodzie zauważył jabłko spadające z drzewa. W rezultacie wpadł na pomysł, że jeśli siła grawitacji działa na drzewo, to może działać wszędzie. Po raz pierwszy idea grawitacji przyszła do głowy uczniowi tego samego Newtona, ale nie rozprzestrzeniła się w wyniku błędnych obliczeń.

Pamiętać!!!

• Dynamika punktu materialnego opiera się na trzech prawach Newtona.
• Pierwsza zasada Newtona – prawo bezwładności
• Przez ciało rozumiemy punkt materialny, którego ruch rozpatrywany jest w inercjalnym układzie odniesienia.

1. Formuła

„Istnieją takie inercyjne układy odniesienia, względem których ciało, jeśli nie działają na nie inne siły (lub działanie innych sił jest kompensowane), pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym i prostoliniowym”.

2. Definicja

Pierwsze prawo Newtona - każdy punkt materialny (ciało) utrzymuje stan spoczynku lub jednostajny ruch prostoliniowy do czasu, aż wpływ innych ciał zmusi go do zmiany tego stanu.

Pierwsza zasada Newtona – prawo bezwładności (Galileusz wyprowadził prawo bezwładności)

Prawo bezwładności: Jeśli na ciało nie działają żadne zewnętrzne wpływy, wówczas ciało to utrzymuje stan spoczynku lub równomierny ruch prostoliniowy względem Ziemi.

Inercyjny układ odniesienia (IRS)- układ, który jest w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym i prostoliniowym względem innego układu inercjalnego. Te. układ odniesienia, w którym spełnione jest pierwsze prawo Newtona.

• Masa ciała– ilościową miarę jego bezwładności. W SI jest ona mierzona w kilogramach.
• Wytrzymałość– ilościowa miara oddziaływania ciał. Siła jest wielkością wektorową i jest mierzona w niutonach (N). Siłę, która wywiera na ciało taki sam skutek jak kilka działających jednocześnie sił, nazywamy wypadkową tych sił.

3. Formuła

Nie ma żadnej formuły. Wzór na pierwsze prawo Newtona nie istnieje.

Pierwsze prawo Newtona zawiera 2 ważne stwierdzenia:

1. wszystkie ciała mają właściwość bezwładności;
2. istnieją inercjalne układy odniesienia.

To jest interesujące.