Для чего нужны законы ньютона

Самое важное значение законов Ньютона

ЗНАЧЕНИЕ ЗАКОНОВ НЬЮТОНА

Опыты и наблюдения показывают, что причиной изменения движения тел, т. е. причиной изменения их скорости, являются воздействия на них других тел. Количественно действие одного тела на другое, вызывающее изменение скорости, выражается величиной, называемой силой.

Действие одного тела на другое не одностороннее. Тела взаи­модействуют. Ускорение, которое получает тело при данном взаимодействии, зависит от особого свойства всякого тела — его инертности. Количественно это свойство выражается вели­чиной, называемой массой.

Эти опытные факты лежат в основе трех законов движения (динамики), открытых И. Ньютоном и изложенных им в книге «Математические начала натуральной философии», опубликован­ной в 1687 г. Эти законы имеют простую и краткую формули­ровку, если движения тел рассматриваются относительно над­лежащим образом выбранных систем отсчета — инерциальных систем.

Первый закон Ньютона утверждает, что относительно инер­циальных систем отсчета тело движется прямолинейно и равно­мерно или находится в покое, если сумма сил, действующих на него, равна нулю. Другими словами, в этом случае тело нахо­дится в состоянии равновесия. Вывести тело из состояния рав­новесия может только приложенная к нему сила. Математически первый закон Ньютона можно выразить так:

Если то

(— означает сумму).

Второй закон Ньютона устанавливает связь силы с вызван­ным ею ускорением: сила, действующая на тело независимо от ее природы, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение:

Третий закон Ньютона указывает на то, что действие одного тела на другое имеет взаимный характер: тела действуют друг на друга силами одной и той же природы, равными по модулю и противоположными по направлению:

Законы движения выражаются тремя простыми (на первый взгляд) формулами. Но содержится в них необыкновенно много. Ведь вокруг нас происходят самые разнообразные движения: течет вода в реках, низвергаются водопады, проносятся над Землей ветры и ураганы, мчатся по дорогам автомобили, пла­вают по морям корабли, летают в воздухе самолеты, в космиче­ском пространстве движутся галактики, звезды, планеты и создан­ные человеком космические корабли.

Эти движения и тела, ко­торые их совершают, не похожи одно на другое. Различны и силы, действующие на них. Но для всех этих движений, тел и сил справедливы законы Ньютона, математически выраженные в приведенных выше формулах, на вид таких простых.

Механика Ньютона была первой в истории физики (да и вообще науки) законченной теорией, правильно описывающей обширный класс явлений — движения тел. Один из современ­ников Ньютона так выразил свое восхищение этой теорией в стихах, которые мы приводим в вольном переводе :

Был этот мир глубокой тьмой окутан.

Да будет свет! И вот явился Ньютон.

Законы Ньютона в принципе позволяют решить любую задачу механики. Если известны силы, приложенные к телу, можно найти ускорение тела в любой момент времени, в любой точке его траектории.

Итак, получается такая «цепочка»:

По известным силам и массе тела находят ускорение, затем вычисляют его скорость, перемещение и, наконец, координаты тела в любой момент времени. Для этого нужно еще знать начальные условия — начальное положение и начальную скорость тела.

Законы Ньютона позволяют людям не только изучать движения, но и управлять ими. Например, ученым, которые управляют полетом космического корабля, необходимо, конечно, знать положение корабля в любой момент времени. Они и узнают его, пользуясь упоминавшейся «цепочкой». Им известно начальное положение корабля на стартовой площадке и его начальная скорость. Им известны и силы, действующие на корабль в любой точке его траектории. Пользуясь этими данными, они и решают задачу механики применительно к космическому кораблю. Но сил, действующих на корабль, много, они все время изменяются, а вычислять нужно не одну координату, а три. По этому вычисления настолько сложны, что приходится привлекать на помощь вычислительные машины.

Не следует думать, что законами механики пользуются исключительно для того, чтобы вычислять координаты движущихся тел. Нередки случаи, когда движение тела известно, т. е. из­вестно его положение в различные моменты времени. Тогда законы Ньютона позволяют выяснить, какие силы действуют на тело.

Источник

Законы Ньютона для «чайников»: объяснение 1, 2, 3 закона, пример с формулами

Мы уже говорили об основах классической механики. Настала пора поговорить о них подробнее и затронуть в обсуждении чуть больше, чем просто основу. В этой статье мы подробно разберем основные законы классической механики. Как вы уже догадались, речь пойдет о законах Ньютона.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Основные законы классической механики Исаак Ньютон (1642-1727) собрал и опубликовал в 1687 году. Три знаменитых закона были включены в труд, который назывался «Математические начала натуральной философии».

Был долго этот мир глубокой тьмой окутан
Да будет свет, и тут явился Ньютон.

(Эпиграмма 18-го века)

(Эпиграмма 20-го века)

Что стало, когда пришел Эйнштейн, читайте в отдельном материале про релятивистскую динамику. А мы пока приведем формулировки и примеры решения задач на каждый закон Ньютона.

Первый закон Ньютона

Первый закон Ньютона гласит:

Существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, в которых тела движутся равномерно и прямолинейно, если на них не действуют никакие силы или действие других сил скомпенсировано.

Проще говоря, суть первого закона Ньютона можно сформулировать так: если мы на абсолютно ровной дороге толкнем тележку и представим, что можно пренебречь силами трения колес и сопротивления воздуха, то она будет катиться с одинаковой скоростью бесконечно долго.

Инерция – это способность тела сохранять скорость как по направлению, так и по величине, при отсутствии воздействий на тело. Первый закон Ньютона еще называют законом инерции.

До Ньютона закон инерции был сформулирован в менее четкой форме Галилео Галилеем. Инерцию ученый называл «неистребимо запечатленным движением». Закон инерции Галилея гласит: при отсутствии внешних сил тело либо покоится, либо движется равномерно. Огромная заслуга Ньютона в том, что он сумел объединить принцип относительности Галилея, собственные труды и работы других ученых в своих «Математических началах натуральной философии».

Понятно, что таких систем, где тележку толкнули, а она покатилась без действия внешних сил, на самом деле не бывает. На тела всегда действуют силы, причем скомпенсировать действие этих сил полностью практически невозможно.

Например, все на Земле находится в постоянном поле силы тяжести. Когда мы передвигаемся (не важно, ходим пешком, ездим на машине или велосипеде), нам нужно преодолевать множество сил: силу трения качения и силу трения скольжения, силу тяжести, силу Кориолиса.

Второй закон Ньютона

Помните пример про тележку? В этот момент мы приложили к ней силу! Интуитивно понятно, что тележка покатится и вскоре остановится. Это значит, ее скорость изменится.

В реальном мире скорость тела чаще всего изменяется, а не остается постоянной. Другими словами, тело движется с ускорением. Если скорость нарастает или убывает равномерно, то говорят, что движение равноускоренное.

Если рояль падает с крыши дома вниз, то он движется равноускоренно под действием постоянного ускорения свободного падения g. Причем любой дугой предмет, выброшенный из окна на нашей планете, будет двигаться с тем же ускорением свободного падения.

Второй закон Ньютона устанавливает связь между массой, ускорением и силой, действующей на тело. Приведем формулировку второго закона Ньютона:

Ускорение тела (материальной точки) в инерциальной системе отсчета прямо пропорционально приложенной к нему силе и обратно пропорционально массе.

Если на тело действует сразу несколько сил, то в данную формулу подставляется равнодействующая всех сил, то есть их векторная сумма.

Существует более универсальная формулировка данного закона, так называемый дифференциальный вид.

В любой бесконечно малый промежуток времени dt сила, действующая на тело, равна производной импульса тела по времени.

Третий закон Ньютона

В чем состоит третий закон Ньютона? Этот закон описывает взаимодействие тел.

3 закон Ньютона говорит нам о том, что на любое действие найдется противодействие. Причем, в прямом смысле:

Два тела воздействуют друг на друга с силами, противоположными по направлению, но равными по модулю.

Формула, выражающая третий закон Ньютона:

Пример задачи на законы Ньютона

Вот типичная задачка на применение законов Ньютона. В ее решении используются первый и второй законы Ньютона.

Десантник раскрыл парашют и опускается вниз с постоянной скоростью. Какова сила сопротивления воздуха? Масса десантника – 100 килограмм.

Решение:

Движение парашютиста – равномерное и прямолинейное, поэтому, по первому закону Ньютона, действие сил на него скомпенсировано.

На десантника действуют сила тяжести и сила сопротивления воздуха. Силы направлены в противоположные стороны.

По второму закону Ньютона, сила тяжести равна ускорению свободного падения, умноженному на массу десантника.

Ответ: Сила сопротивления воздуха равна силе тяжести по модулю и противоположна направлена.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

А вот еще одна физическая задачка на понимание действия третьего закона Ньютона.

Комар ударяется о лобовое стекло автомобиля. Сравните силы, действующие на автомобиль и комара.

Решение:

По третьему закону Ньютона, силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению. Сила, с которой комар действует на автомобиль, равна силе, с которой автомобиль действует на комара.

Другое дело, что действие этих сил на тела сильно отличаются вследствие различия масс и ускорений.

Исаак Ньютон: мифы и факты из жизни

На момент публикации своего основного труда Ньютону было 45 лет. За свою долгую жизнь ученый внес огромный вклад в науку, заложив фундамент современной физики и определив ее развитие на годы вперед.

Он занимался не только механикой, но и оптикой, химией и другими науками, неплохо рисовал и писал стихи. Неудивительно, что личность Ньютона окружена множеством легенд.

Ниже приведены некоторые факты и мифы из жизни И. Ньютона. Сразу уточним, что миф – это не достоверная информация. Однако мы допускаем, что мифы и легенды не появляются сами по себе и что-то из перечисленного вполне может оказаться правдой.

В самом конце предлагаем посмотреть видеоурок на тему «Законы Ньютона».

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Источник

Законы Ньютона прежде и теперь

Классическая механика Ньютона наглядно объясняет закономерности нашего мира при скоростях, далеких от скорости света. В ее основе лежат три закона, которые английский ученый Исаак Ньютон впервые сформулировал в 1687 г. в своей книге «Математические начала натуральной философии». Надо сказать, что сегодня они формулируются несколько по-другому — более точно.

Формулировка первого закона была следующей: всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменять это состояние. Сегодня закон излагают немного не так, потому что Ньютон опирался на неподвижную систему отсчета, то есть на абсолютное пространство-время, с чем современная физика не согласна. Кроме того, понятие «тело» заменено на понятие «материальная точка», потому что тело конечных размеров в отсутствие внешних сил способно также вращаться. Таким образом, первый закон утверждает, что, если уже движущееся тело не трогать, оно будет по инерции продолжать двигаться по прямой. Инерция — это такое свойство тела, при котором скорость его движения остается неизменной и по величине, и по направлению, когда на него не действуют никакие силы. Чтобы изменить скорость движения тела или заставить неподвижное тело двигаться, на него нужно воздействовать с определенной силой. Разумеется, одинаковые силы воздействуют на различные тела по-разному. Иными словами, у тел имеется различная инертность, то есть свойство сопротивляться изменению скорости. Поэтому первый закон Ньютона называют также законом инерции.

Современная формулировка звучит следующим образом: существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Итак, с помощью первого закона Ньютона определяется, находится ли тело под воздействием внешних сил.

Второй закон Ньютона в классической формулировке выглядит так: изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.

Современная формулировка звучит так: в инерциальной системе отсчета ускорение, которое получает материальная точка с постоянной массой, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально ее массе.

Таким образом, второй закон показывает, что происходит с телом (материальной точкой) под воздействием внешних сил. Кроме того, он вводит массу как меру проявления инертности и связывает ее с ускорением. Чем больше приложенная к телу сила (точнее, сумма сил), тем большее ускорение оно приобретает, а чем массивнее это тело, тем меньше ускорение. В виде формулы второй закон записывается так:

где F — сила, m — масса, a — ускорение. Отсюда видно, что ускорение обратно пропорционально массе, то есть чем больше масса, тем меньше ускорение при приложении определенной силы.

И если знать направление и интенсивность всех действующих на точку (тело) сил, а также ее координаты и скорость, то можно предсказать будущее состояние этой точки. Такая концепция существовала в науке более 200 лет, пока не появилась квантовая механика.

Третий закон в классической формулировке выглядит следующим образом: действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе — взаимодействия двух тел друг на друга между собою равны и направлены в противоположные стороны.

Сегодня он звучит так: материальные точки взаимодействуют друг с другом силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, равными по модулю и противоположными по направлению.

Иными словами, согласно этому закону, любая сила является результатом взаимодействия других сил. Однако они могут значительно отличаться по величине. Когда с дерева падает яблоко, не только Земля притягивает его, но и оно притягивает Землю, и центр планеты смещается вверх, навстречу яблоку. Но на ничтожно малое расстояние — меньше диаметра атомного ядра. Ведь масса Земли, а значит, и ее инертность, несопоставимо больше массы яблока. И здесь уже работает второй закон Ньютона.

Вообще тела при движении нередко наглядно демонстрируют действие всех трех законов. Например, при запуске ракеты на нее действует сила реактивной тяги, и ракета поднимается (третий закон Ньютона), причем с ускорением (второй закон Ньютона), а выйдя на орбиту, начинает двигаться по ней согласно первому закону Ньютона.

Можно заметить, что в современных формулировках используется термин «инерциальная система отсчета». Это значит, что в неинерциальных системах отсчета законы Ньютона должны выполняться с поправками на силу инерции. Неинерциальные системы — такие, которые движутся с ускорением относительно инерциальных.

Законы Ньютона положили начало классической физике, именно их используют, чтобы строить дома и конструировать машины, запускать космические корабли. Однако с появлением квантовой механики в физике появились новые законы, не столь наглядные, как законы классической механики. Тем не менее законы Ньютона справедливы в очень широкой области и их невозможно отменить.

Падало ли яблоко на голову Ньютона

Ньютон также открыл закон всемирного тяготения. Существует исторический анекдот, что ученый сделал это после того, как ему на голову упало яблоко. Рассказывают также, что все свои открытия Ньютон совершил во время так называемых чумных каникул, в 1665—1666 гг., когда в Англии бушевала чума и он вынужден был уехать из Кембриджа, где учился и работал, в деревню. На самом же деле открытия Ньютона были результатом работы многих лет.

Физика, проникнутая математикой

Законы Ньютона являются основными законами механики, более того, с них началась математизация физики. Механика настолько проникнута математикой, что специалистов по ней готовят на механико-математических (или математико-механических) факультетах, а не на физических.

Источник

Презентация по физике «Зачем нужны законы Ньютона»

«Управление общеобразовательной организацией:
новые тенденции и современные технологии»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Выбранный для просмотра документ 9 кл Зачем нужны законы Ньютона 2015.docx

Обобщающий урок по теме « Законы Ньютона» в 9 классе

Тема урока: «А нужны ли нам законы Ньютона?»

Цели урока : в интересной форме обобщить, закрепить знания, полученные по теме, научить видеть проявление изученных закономерностей в окружающей жизни, расширить кругозор учащихся сведениями из истории жизни великих учёных, из истории космонавтики, совершенствовать навыки самостоятельной работы.

Задачи урока: научить применять полученные ранее знания для объяснения изучаемых явлений, при решении задач; показать мировоззренческое и практическое значение законов Ньютона.

Оборудование: компьютерная презентация.

Мы с вами закончили изучение одного из самых больших разделов курса физики, который называется «Механика». Мы познакомились с основными законами этого раздела, с различными видами движения, классификацией сил в природе. Сегодня на уроке мы попытаемся, насколько это, возможно, повторить основные понятия этого раздела, посмотреть, как они используются на практике. Также мы обратимся к истории жизни великих учёных и истории открытий законов. Поэтому тема нашего урока-повторения «Основные законы механики и их практическое применение».
А начать наш урок я хотела бы с небольшой викторины, которая называется «Великие физики». Я буду вам называть некоторые факты из жизни какого-то учёного, его труды, а вы должны угадать о ком идёт речь.

Этот древнегреческий философ создал первую картину мира. Практически все положения его учения находятся в противоречии с современной картиной мира. Слово «физика» впервые появилось в его сочинениях. Кто это? (это Аристотель)
2.Этот английский физик в 1788 году впервые предложил опыт по измерению гравитационной постоянной с использованием крутильных весов. (это Кавендиш)
З. Итальянский физик. Он утверждал, что все законы теории справедливы только для абстрактных моделей, а потому должны проверяться экспериментом и уточняться. Он явился основоположником теории свободного падения, открыл явление инерции. Вспомните Пизанскую башню.
(это Галилео Галилей)
4.Научный оппонент Ньютона, утверждавший, что сила всемирного тяготения должна быть пропорциональна расстоянию, а не обратно пропорциональна квадрату расстояния. Основной закон деформации, касающийся силы упругости носит его имя. (это Роберт Гук)
5. Этот русский учёный создал на основе механики Ньютона теорию космических летательных аппаратов. (это Константин Эдуардович Циолковский

7. 8. g = 9,8 м/с 2 9.

История о том как «лебедь, рак да щука везти с поклажей воз взялись», известна всем. И результат тоже известен» а воз и ныне там». Но если рассматривать эту басню с точки зрения механики, результат получается вовсе не похожий на вывод баснописца Крылова. Напоминаю:
. Лебедь рвётся в облака,
Рак пятится назад,
А щука тянет в воду.
(Басня утверждает, что «воз и ныне там», другими словами, что равнодействующая всех приложенных к возу сил равна О.Лебедь помогает раку и щуке её тяга направлена против силы тяжести, она уменьшает трение колёс о землю и об оси, облегчая тем самым вес воза. Остаются две силы: тяга рака и тяга щуки. Они направлены под углом друг к другу, и их равнодействующая не может =0.)

Барон Мюнхгаузен утверждал, что вытащил сам себя из болота за волосы. Вот его рассказ: «Однажды, спасаясь от турок, я попробовал перепрыгнуть болото верхом на коне. НО конь не допрыгнул до берега, и мы с разбегу шлёпнулись в жидкую грязь. Нужно было выбирать одно из двух: погибнуть или как-то спастись. Я решил спастись. НО как? Ничего под рукой не было. Но голова-то у нас всегда под рукой. Я рванул себя за волосы и таким образом вытащил из болота вместе с конём, которого сжал обеими ногами, как щипцами» Обоснуйте невозможность этого.
(Это противоречит 3 закону Ньютона. Никакие внутренние силы не могут сообщить телу движение. Они могут сместить отдельные части тела, а его центр тяжести остаётся на месте. Силы взаимодействия между телами замкнутой системы не могут изменить положения центра масс системы.)

А теперь давайте вспомним о таком удивительном явлении как невесомость. Удивление вызывает тот факт, что при наличии сил тяготения исчезает вес тела. В невесомости, при свободном полёте космического корабля, то есть в полёте с выключенными двигателями явления происходят иначе.

Водитель применил аварийное торможение, увидев дорожный знак.

Инспектор обнаружил по следу колес, что тормозной путь равен 12 м. Нарушил ли водитель правила дорожного движения, если коэффициент трения колес об асфальт 0,6?

Физический диктант: Верно ли, что…

1. Если R =0, то тело движется равномерно

2. Если вес тела равен 10н, то сила тяжести всегда равна 10н

3. Ускорение – результат действия силы

4. Гравитационное поле есть только у Земли

5. Вес тела равен его массе

6. Чем дальше от Земли, тем меньше ускорение свободного падения

7. Скорость при движении по окружности направлена к центру окружности

8. Ускорение свободного падения на Земле и на Луне одинаковы

Итог урока. Наш урок подходит к концу и пора подвести некоторые итоги. Мы с вами повторили основные законы механики, правда у нас не осталось времени, чтобы повторить ещё один очень важный закон-закон сохранения и превращения энергии, но, надеюсь, мы к нему ещё вернёмся на следующих уроках. Вы тоже неплохо поработали с дополнительной литературой, нашли интересные вопросы, исторические сведения. Надеюсь, что на этом ваше знакомство с механикой и её законами не закончится, и вы захотите сами продолжить её изучение с помощью книг.

Домашнее задание. Составить вопросы, отражающие явления, объяснить которые можно используя законы Ньютона.

Источник