Prima lege a lui Newton descrie. Legile lui Newton, legea gravitației universale, legea lui Hooke, forța de frecare
1. Definiție
a treia lege a lui Newton citeste: Interacțiunile a două corpuri unul asupra celuilalt sunt egale între ele și direcționate în direcții opuse.
Esența celei de-a treia legi a lui Newton: Pentru fiecare acțiune există o reacție.
Diferența dintre legea a 3-a și legea 1 și 2 a lui Newton. Prima și a doua lege a lui Newton iau în considerare un singur corp. A treia lege are în vedere interacțiunea a două corpuri cu forțe egale ca mărime și opuse ca direcție. Aceste forțe se numesc forțe de interacțiune. Ele sunt direcționate de-a lungul aceleiași linii drepte și aplicate pe corpuri diferite.
2. Formula celei de-a treia legi a lui Newton
Din experienta:
- |a_1m_1|=|a_2m_2|
- Accelerațiile corpurilor care interacționează sunt direcționate de-a lungul unei linii drepte în direcții opuse.
\overrightarrow(a)_1m_1=-\overrightarrow(a)_2m_2 sau F1 = -F2
- F1 este forța cu care primul corp acționează asupra celui de-al doilea,
- F2- forta cu care al doilea corp actioneaza asupra primului.
Exemple: Toate corpurile din Univers interacționează unele cu altele dacă un corp trage pe altul. Sau două corpuri resping în conformitate cu această lege.
Prima lege a lui Newton (legea inerției)
Există cadre de referință numite inerțială(denumit în continuare $-$ISO), în care orice corp este în repaus sau se mișcă uniform și rectiliniu, dacă alte corpuri nu acționează asupra lui sau acțiunea acestor corpuri este compensată. În astfel de sisteme, corpul își va menține starea inițială de odihnă sau uniformă mișcare rectilinie până când acţiunea altor corpuri îl obligă să schimbe această stare.
ISO $-$ este o clasă specială de sisteme de referință în care accelerațiile corpurilor sunt determinate doar de forțele reale care acționează asupra corpurilor, și nu de proprietățile sistemelor de referință. În consecință, dacă nicio forță nu acționează asupra corpului sau acțiunea lor este compensată $\vec(R_())=\vec(F_1)+\vec(F_2)+\vec(F_3)+…=\vec(0_( )) $, atunci corpul fie nu își schimbă viteza $\vec(V_())=\vec(const)$ și se mișcă uniform în linie dreaptă, fie este în repaus $\vec(V_())=\vec (0_())$.
Există sisteme inerțiale set infinit. Sistemul de referință asociat cu un tren care se deplasează cu o viteză constantă de-a lungul unei secțiuni drepte de cale este, de asemenea, un sistem inerțial (aproximativ), ca și sistemul asociat Pământului. Toate ISO formează o clasă de sisteme care se mișcă unul față de celălalt uniform și rectiliniu. Accelerațiile oricărui corp în diferite ISO-uri sunt aceleași.
Cum se stabilește că un anumit sistem de referință este inerțial? Acest lucru se poate face doar prin experiență. Observațiile arată că cu foarte grad înalt Precizia poate fi considerată un sistem de referință inerțial ca un sistem heliocentric, în care originea coordonatelor este asociată cu Soarele, iar axele sunt direcționate către anumite stele „fixe”. Sistemele de referință legate rigid de suprafața Pământului, strict vorbind, nu sunt inerțiale, deoarece Pământul se mișcă pe o orbită în jurul Soarelui și, în același timp, se rotește în jurul axei sale. Cu toate acestea, atunci când descriem mișcări care nu au o scară globală (adică, la nivel mondial), sistemele de referință asociate cu Pământul pot fi considerate inerțiale cu suficientă precizie.
Sistemele de referință care se mișcă uniform și rectiliniu în raport cu un sistem de referință inerțial sunt, de asemenea, inerțiale.
Galileo a stabilit că niciun experiment mecanic efectuat în interiorul unui sistem de referință inerțial nu poate stabili dacă acest sistem este în repaus sau se mișcă uniform și rectiliniu. Această afirmație se numește Principiul relativității lui Galileo sau principiul mecanic al relativității.
Acest principiu a fost dezvoltat ulterior de A. Einstein și este unul dintre postulate teorie specială relativitatea. ISO joacă un rol extrem de important în fizică, deoarece, conform principiului relativității lui Einstein, expresia matematică a oricărei legi a fizicii are aceeasi privireîn fiecare ISO.
Cadrul de referință non-inerțial$-$ cadru de referință care nu este inerțial. Proprietatea descrisă în legea inerției nu funcționează în aceste sisteme. De fapt, orice sistem de referință care se mișcă în raport cu unul inerțial cu accelerație va fi non-inerțial.
În această lecție vom studia a treia lege a lui Newton, care descrie forțele de interacțiune dintre două corpuri. Să ne amintim, de asemenea, informațiile de bază despre prima și a doua lege a lui Newton. În plus, ne vom aminti legea experimentală de bază a dinamicii și vom lua în considerare principiul relativității lui Galileo. La sfârșitul lecției vom învăța cum să aplicăm a treia lege a lui Newton atunci când analizăm probleme calitative.
Se știe că atunci când interacționează, ambele corpuri se influențează reciproc. Nu se întâmplă ca un corp să-l împingă pe altul, iar al doilea să nu reacționeze ca răspuns.
Să facem un experiment. Să luăm două dinamometre (Fig. 1). Vom pune unul dintre ele într-un inel pe ceva staționar, de exemplu, pe un cui în perete, și îl vom conecta pe al doilea la primul cu cârlige. Să tragem de inelul celui de-al doilea dinamometru. Ambele dispozitive vor prezenta același modul de forță de tensiune.
Orez. 1. Experiență cu dinamometre
Un alt exemplu. Imaginează-ți că tu și prietenul tău faci skateboard, iar prietenul patinează pe același skateboard ca și fratele său (Fig. 2).
Orez. 2. Dobândirea accelerației prin interacțiune
Masa ta este , masa prietenului și fratelui tău este . Dacă vă îndepărtați unul de celălalt, obțineți accelerații care sunt direcționate de-a lungul unei linii drepte în direcții opuse. Raportul maselor participanților la acest proces este invers proporțional cu raportul modulului de accelerație.
Prin urmare:
Conform celei de-a doua legi a lui Newton:
Forța cu care fiecare frate acționează asupra ta
Forța pe care o exerciți asupra prietenului și fratelui tău
Deoarece accelerațiile sunt opuse, atunci:
Această egalitate exprimă a treia lege a lui Newton: corpurile acţionează unele asupra altora cu forţe care au aceleaşi mărimi şi direcţii opuse (Fig. 3).
Orez. 3. A treia lege a lui Newton
Legea experimentală de bază a dinamicii
La derivarea celei de-a treia lege a lui Newton, am văzut că în timpul interacțiunii dintre două corpuri, raportul dintre cele două accelerații pe care le dobândesc primul și al doilea corp este o valoare constantă. Mai mult, raportul acestor accelerații nu depinde de natura interacțiunii (Fig. 4), prin urmare, este determinat de corpurile înseși, de unele dintre caracteristicile sale.
Orez. 4. Raportul de accelerație nu depinde de natura interacțiunii
Această caracteristică se numește inerţie. Măsura inerției este masa. Prin urmare, raportul accelerațiilor dobândite de corpuri ca urmare a interacțiunii între ele este egal cu raportul invers al maselor acestor corpuri. Acest fapt este ilustrat de un experiment în care două căruțe cu mase diferite () sunt respinse una de cealaltă folosind o placă elastică (Fig. 5). Ca urmare a acestei interacțiuni, un cărucior cu o masă mai mică va dobândi o accelerație mai mare.
Orez. 5. Interacțiunea a două corpuri cu mase diferite
Orez. 6. Legea experimentală de bază a dinamicii
Legea care descrie raportul dintre masele corporale și accelerațiile dobândite ca urmare a interacțiunii se numește legea experimentală de bază a dinamicii(Fig. 6).
O formulare mai simplă a celei de-a treia legi a lui Newton este: forța de acțiune este egală cu forța de reacție.
Forța de acțiune și forța de reacție sunt întotdeauna forțe de aceeași natură. De exemplu, în experimentul anterior, forța primului dinamometru asupra celui de-al doilea și forța celui de-al doilea dinamometru asupra primului sunt forțe elastice; Forțele de acțiune ale unui corp încărcat asupra altuia și invers sunt forțe de natură electrică.
Fiecare dintre forțele de interacțiune este aplicată unor corpuri diferite. În consecință, forțele de interacțiune dintre corpuri nu se pot compensa reciproc, deși formal:
Orez. 7. Paradoxul forței rezultante
Să demonstrăm un experiment care confirmă a treia lege a lui Newton. Înainte de începerea experimentului, cântarul se află în echilibru: forțele care acționează în stânga sunt egale cu toate forțele care acționează în dreapta (Fig. 8).
Orez. 8. Forțele care acționează pe stânga sunt egale cu toate forțele care acționează pe dreapta
Puneți greutatea într-un vas cu apă fără a-i atinge pereții sau fundul. O forță de plutire îndreptată vertical în sus acționează asupra greutății din partea apei. Dar, conform celei de-a treia legi a lui Newton, forțele apar în mod necesar în perechi. Aceasta înseamnă că din partea greutății, o forță egală ca mărime cu forța lui Arhimede, dar direcționată opus, va începe să acționeze asupra apei, care va „împinge” vasul în jos. Aceasta înseamnă că echilibrul va fi perturbat către vasul cu greutatea (Fig. 9).
Orez. 9. Echilibrul va fi perturbat spre vasul cu greutatea
Astfel, prima lege a lui Newton spune: dacă un corp nu este acționat de corpuri străine, atunci acesta se află într-o stare de repaus sau mișcare liniară uniformă în raport cu sistemele de referință inerțiale. Din aceasta rezultă că motivul schimbării vitezei unui corp este forța. A doua lege a lui Newton explică modul în care un corp se mișcă sub influența unei forțe. Ea stabilește o relație cantitativă între accelerație și forță.
Prima și a doua lege a lui Newton iau în considerare un singur corp. A treia lege are în vedere interacțiunea a două corpuri cu forțe egale ca mărime și opuse ca direcție. Aceste forțe se numesc forțe de interacțiune. Ele sunt direcționate de-a lungul aceleiași linii drepte și aplicate pe corpuri diferite.
Câteva caracteristici ale interacțiunii corpurilor. Principiul relativității lui Galileo
Concluzii care apar atunci când luăm în considerare legile lui Newton:
1. Toate forțele din natură apar întotdeauna în perechi (Fig. 10). Dacă apare o forță, atunci va apărea cu siguranță o a doua forță îndreptată opus către ea, care acționează din partea primului corp pe al doilea. Ambele forțe sunt de aceeași natură.
Orez. 10. Toate forțele din natură apar întotdeauna în perechi
2. Fiecare dintre forțele de interacțiune este aplicată unor corpuri diferite, prin urmare, forțele de interacțiune dintre corpuri nu se pot compensa reciproc.
3. Accelerațiile corpurilor în diferite cadre de referință inerțiale sunt aceleași. Deplasările și vitezele se schimbă, dar accelerațiile nu. De asemenea, masa corpurilor nu depinde de alegerea sistemului de referință, ceea ce înseamnă că forța nu va depinde de aceasta. Adică în cadrele de referință inerțiale toate legile mișcare mecanică la fel - asta este Principiul relativității lui Galileo.
Analiza unei probleme calitative
1. Poate o persoană să se ridice folosind o frânghie aruncată peste un bloc dacă celălalt capăt al frânghiei este legat de centura persoanei și blocul este nemișcat?
Orez. 11. Ilustrație pentru problema
La prima vedere, se pare că forța cu care o persoană acționează asupra frânghiei este egală cu forța cu care frânghia acționează asupra unei persoane (Fig. 11). Dar forța este aplicată prin frânghie către bloc, iar forța este aplicată persoanei, prin urmare, persoana se va putea ridica de-a lungul acestei frânghii. Un astfel de sistem nu este închis. Sistemul „om-frânghie” include un bloc.
2. Poate o persoană să împingă o barcă dacă el însuși se află în această barcă și își sprijină mâinile pe una dintre laturi?
Orez. 12. Ilustrație pentru problema
În această problemă, sistemul „om - barcă” este închis (Fig. 12), adică forța cu care o persoană apasă pe partea laterală a bărcii este egală cu forța cu care partea laterală a bărcii acționează asupra unui persoană, dar este îndreptată către partea opusă. Nu va fi nicio mișcare.
3. Poate o persoană să se scoată dintr-o mlaștină de păr?
Orez. 13. Ilustrație pentru problema
Sistemul este de asemenea închis. Forța cu care acționează mâna asupra părului este egală cu forța cu care acționează părul asupra mâinii, dar este îndreptată în sens opus (Fig. 14). O persoană nu se poate scoate din mlaștină prin păr.
Referințe
- G.Ya. Myakishev, B.B. Buhovtsev, N.N. Sotsky. Fizica 10. - M.: Educație, 2008.
- A.P. Rymkevici. Fizică. Cartea cu probleme 10-11. - M.: Dropia, 2006.
- O.Da. Savcenko. Probleme de fizică. - M.: Nauka, 1988.
- A.V. Peryshkin, V.V. Krauklis. curs de fizica. T. 1. - M.: Stat. profesor ed. min. educația RSFSR, 1957.
- Portalul de internet „raal100.narod.ru” ()
- Portalul de internet „physics.ru” ()
- Portalul de internet „bambookes.ru” ()
- Portalul de internet „bourabai.kz” ()
Teme pentru acasă
- Întrebări la sfârșitul paragrafului 26 (p. 70) - G.Ya. Myakishev, B.B. Buhovtsev, N.N. Sotsky. Fizica 10 (vezi lista de citiri recomandate)
- A treia lege a lui Newton a fost formulată de Newton însuși astfel: „Pentru o acțiune există întotdeauna o reacție egală și opusă”. Există o diferență fizică între acțiune și reacție? Care sunt „acțiunea” și „reacția” lui Newton?
- Este adevărată afirmația: viteza unui corp este determinată de forța care acționează asupra acestuia?
- Un țânțar a lovit parbrizul unei mașini în mișcare. Comparați forțele care acționează asupra unui țânțar și asupra unei mașini în timpul unui impact.
Când corpurile interacționează, forțele care apar între ele sunt egale ca mărime și sunt îndreptate unele împotriva celeilalte. Așa funcționează a treia lege a lui Newton, care este importantă nu numai la mecanică, ci și la subiectele de clasa a X-a - electricitate și magnetism.
Formulare
Isaac Newton, în principiile matematice ale filozofiei naturale, a introdus principiul cunoscut acum ca a treia lege a lui Newton. Conform acestui principiu, pentru fiecare acțiune există o reacție egală și opusă. În fizica modernă, este formulat diferit: punctele materiale acționează unul asupra celuilalt cu forțe de aceeași natură, ale căror valori absolute sunt egale și direcțiile sunt opuse.
Mecanismul celei de-a treia legi este descris clar de un sistem de două corpuri legate printr-un fir. Dacă unul dintre corpuri este tras, va apărea o forță de tensiune în fir. Acționează în mod egal în două direcții opuse.
Orez. 1. Forța de tensionare a firului.
Un alt exemplu este un obiect situat pe orice suprafață. Obiectul însuși apasă pe suprafață cu o forță $\vec P = m \vec g$, numită greutatea corpului. Pe de alta parte, suprafata actioneaza asupra obiectului cu o forta $\vec N = m \vec g$, numita forta de reactie normala a suportului.
Orez. 2. Greutatea corporală și reacția solului.
Forța gravitației universale acționează și ea reciproc. Așa cum Pământul atrage Luna, tot așa și Luna atrage Pământul. Dar, deoarece accelerația gravitației pentru Lună este mult mai mare decât pentru Pământ, în exterior totul arată ca și cum doar Luna cade.
Orez. 3. Atracția corpurilor unul față de celălalt.
Formula pentru a treia lege a lui Newton arată astfel:
$F_(1,2) = – F_(2,1)$, unde semnul minus indică modul în care sunt direcționate forțele.
Este valabil pentru cadre de referință inerțiale și forțe de orice natură. Astfel, forțele de interacțiune a lui Coulomb între sarcinile punctuale sunt egale ca mărime și opuse ca direcție, iar legea lui Coulomb însăși în notație matematică arată similară cu legea gravitației universale.
Adăugare la celelalte legi ale lui Newton
Într-un sistem închis, forțele de interacțiune dintre punctele materiale apar în perechi și se echilibrează reciproc, iar sistemul în sine este în repaus. Această adăugare la prima și a doua lege a lui Newton conduce la legea conservării impulsului într-un sistem închis.
Dacă sistemul nu este acționat de o forță externă, atunci modificarea totală a impulsului punctelor sale este zero:
$(d \over dt)\sum\limits_(i=1)^n \vec p_n = 0$
Sarcini
- Băiatul a lovit mingea, dându-i o accelerație egală cu $2 m/s^2$. Greutatea mingii este de 300 de grame. Găsiți puterea interacțiunii lor.
Soluţie
Conform celei de-a treia legi a lui Newton, forța cu care băiatul lovește mingea este egală cu forța cu care mingea îl lovește pe băiat:
$F_(1,2) = – F_(2,1) = F$, unde F este forța de interacțiune.
$F = ma = (0,3 \cdot 2) = 0,6 N$
- Bărbatul din apă s-a împins din lateral. Masa unei persoane este de 60 kg, accelerația pe care a primit-o este de $1 m/s^2$. Găsiți forța cu care partea laterală este respinsă de persoană. Neglijați rezistența la apă.
Soluţie
Conform celei de-a treia legi a lui Newton, forța cu care partea laterală acționează asupra unei persoane este egală cu forța cu care persoana acționează pe partea laterală.
$F_(1,2) = – F_(2,1)$
$F_(1,2) = ma = 60 N$
$F_(2,1) = – 60 N$
Ce am învățat?
În timpul lecției s-a formulat definiția celei de-a treia legi a lui Newton, s-au luat în considerare exemple care o ilustrează, s-a dat o reprezentare matematică a legii și s-a făcut un adaos important care decurge din aceasta - conservarea impulsului unui sistem închis. La sfârșitul lecției, sarcinile sunt analizate.
Test pe tema
Evaluarea raportului
Evaluare medie: 4.6. Evaluări totale primite: 293.
Ține minte!!!
- Dinamica unui punct material se bazează pe cele trei legi ale lui Newton.
- Prima lege a lui Newton - legea inerției
- Prin corp înțelegem un punct material, a cărui mișcare este considerată într-un cadru de referință inerțial.
1. Formulare
„Există astfel de sisteme de referință inerțiale în raport cu care corpul, dacă nu acționează alte forțe asupra lui (sau acțiunea altor forțe este compensată), este în repaus sau se mișcă uniform și rectiliniu.”
2. Definiție
Prima lege a lui Newton - fiecare punct material (corp) menține o stare de repaus sau o mișcare rectilinie uniformă până când influența altor corpuri îl obligă să schimbe această stare.
Prima lege a lui Newton - legea inerției (Galileo a derivat legea inerției)
Legea inerției: Dacă nu există influențe externe asupra corpului, atunci acest corp menține o stare de repaus sau o mișcare rectilinie uniformă în raport cu Pământul.
Sistem de referință inerțial (IRS)- un sistem care este fie în repaus, fie se mișcă uniform și rectiliniu în raport cu un alt sistem inerțial. Aceste. un cadru de referință în care legea 1 a lui Newton este îndeplinită.
- Greutatea corporală– o măsură cantitativă a inerției sale. În SI se măsoară în kilograme.
- Rezistenţă– o măsură cantitativă a interacțiunii corpurilor. Puterea – cantitatea vectorialăși se măsoară în newtoni (N). O forță care produce asupra unui corp același efect ca mai multe forțe care acționează simultan se numește rezultanta acestor forțe.
