Законы Ньютона для чайников: первый, второй, третий закон кратко с объяснением, формулами

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

Иван Иван 19 Март 2018 51 595 Время чтения:
Содержание
Содержание

    Классическая механика для чайников

    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.

    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)

    Но сатана недолго ждал реванша -
    Пришел Эйнштейн, и стало все как раньше.

    (Эпиграмма 20-го века)

    Исаак Ньютон (1642-1727)
    Исаак Ньютон (1642-1727)

    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.

    Инерция - способность тела продолжать движение
    Инерция - способность тела продолжать движение

    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.

    второй закон ньютона сила

    Рисунок - второй закон Ньютона
    Рисунок - второй закон Ньютона

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

    В такой формулировке второй закон Ньютона применим только для движения со скоростью, много меньшей, чем скорость света.

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

    второй закон ньютона сила

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

    Сила - векторная физическая величина
    Сила - векторная физическая величина

    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:

    третий закон движения ньютонаДругими словами, третий закон Ньютона - это закон действия и противодействия.

    Третий закон Ньютона
    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.

    задача на законы Ньютона

    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.

    • Факт. Исаак Ньютон был очень скромным и застенчивым человеком. Он увековечил себя благодаря своим открытиям, однако сам никогда не стремился к славе и даже пытался ее избежать.
    • Миф. Существует легенда, согласно которой Ньютона осенило, когда на наго в саду упало яблоко. Это было время чумной эпидемии (1665-1667), и ученый был вынужден покинуть Кембридж, где постоянно трудился. Точно неизвестно, действительно ли падение яблока было таким роковым для науки событием, так как первые упоминания об этом появляются только в биографиях ученого уже после его смерти, а данные разных биографов расходятся.
    • Факт. Ньютон учился, а потом много работал в Кембридже. По долгу службы ему нужно было несколько часов в неделю вести занятия у студентов. Несмотря на признанные заслуги ученого, занятия Ньютона посещались плохо. Бывало, что на его лекции вообще никто не приходил. Скорее всего, это связано с тем, что ученый был полностью поглощен своими собственными исследованиями.
    • Миф. В 1689 году Ньютон был избран членом Кембриджского парламента. Согласно легенде, более чем за год заседания в парламенте вечно поглощенный своими мыслями ученый взял слово для выступления всего один раз. Он попросил закрыть окно, так как был сквозняк.
    • Факт. Неизвестно, как бы сложилась судьба ученого и всей современной науки, если бы он послушался матери и начал заниматься хозяйством на семейной ферме. Только благодаря уговорам учителей и своего дяди юный Исаак отправился учиться дальше вместо того, чтобы сажать свеклу, разбрасывать по полям навоз и по вечерам выпивать в местных пабах.

    Дорогие друзья, помните - любую задачу можно решить! Если у вас возникли проблемы с решением задачи по физике, посмотрите на основные физические формулы. Возможно, ответ перед глазами, и его нужно просто рассмотреть. Ну а если времени на самостоятельные занятия совершенно нет, специализированный студенческий сервис всегда к вашим услугам!

    В самом конце предлагаем посмотреть видеоурок на тему "Законы Ньютона".

    Оцените материал
    51 595
    Комментарии отсутствуют
    Оставить комментарий
    {$ errors.username[0] $}
    Вы уже наш клиент? Авторизуйтесь.
    {$ errors.email[0] $}
    Пользователь с таким email уже существует! Авторизуйтесь.
    {$ errors.content[0] $}
    Оставляя комментарий, я соглашаюсь на обработку своих персональных данных в соответствии с политикой конфиденциальности