Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

4.3: Закони Ньютона

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    74721

    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Перший закон: інерція

    Перший закон руху Ньютона описує інерцію. Відповідно до цього закону, тіло в стані спокою має тенденцію залишатися в спокої, а тіло в русі має тенденцію залишатися в русі, якщо не діє чиста зовнішня сила.

    цілі навчання

    • Визначте перший закон руху

    Історія

    Сер Ісаак Ньютон був англійським вченим, який цікавився рухом предметів в різних умовах. У 1687 році він опублікував працю під назвою Philosophiae Naturalis Principla Mathematica, в якому описані три його закони руху Ньютон використовував ці закони для пояснення і дослідження руху фізичних об'єктів і систем. Ці закони складають основу для механіки. Закони описують взаємозв'язок між силами, що діють на тіло, і рухами, які відчуваються завдяки цим силам. Три закони такі:

    1. Якщо об'єкт не відчуває чистої сили, його швидкість залишатиметься постійною. Об'єкт або знаходиться в стані спокою і швидкість дорівнює нулю, або він рухається по прямій з постійною швидкістю.
    2. Прискорення об'єкта паралельно і прямо пропорційно чистій силі, що діє на об'єкт, знаходиться в напрямку чистої сили і обернено пропорційно масі об'єкта.
    3. Коли перший об'єкт чинить силу на другий об'єкт, другий об'єкт одночасно чинить силу на перший об'єкт, маючи на увазі, що сила першого об'єкта і сила другого об'єкта рівні за величиною і протилежні в напрямку.

    Перший закон руху

    Ви, швидше за все, чули перший закон руху Ньютона раніше. Якщо ви не чули цього у формі, написаній вище, ви, напевно, чули, що «тіло в русі залишається в русі, а тіло в стані спокою залишається в стані спокою». Це означає, що об'єкт, який знаходиться в русі, не змінить свою швидкість, якщо на нього не діє незбалансована сила. Це називається рівномірним рухом. Простіше пояснити це поняття на прикладах.

    Приклад\(\PageIndex{1}\):

    Якщо ви катаєтеся на ковзанах, і ви відштовхуєтеся від боку ковзанки, за першим законом Ньютона ви продовжите весь шлях до іншої сторони ковзанки. Але насправді цього не станеться. Ньютон каже, що тіло в русі буде залишатися в русі, поки на нього не діє зовнішня сила. У цьому та більшості інших випадків реального світу ця зовнішня сила є тертям. Тертя між вашими ковзанами та льодом - це те, що змушує вас сповільнюватися і врешті-решт зупинятися.

    Давайте розглянемо іншу ситуацію. Зверніться до цього прикладу. Чому ми одягаємо ремені безпеки? Очевидно, що вони там, щоб захистити нас від травм у разі автомобільної аварії. Якщо автомобіль їде зі швидкістю 60 миль/год, водій також їде зі швидкістю 60 км/год. Коли автомобіль раптово зупиняється, до автомобіля прикладається зовнішня сила, яка змушує його гальмувати. Але немає сили, що діє на водія, тому водій продовжує їздити зі швидкістю 60 км/год. Ремінь безпеки є там, щоб протидіяти цьому і діяти як та зовнішня сила, щоб уповільнити водія разом з автомобілем, запобігаючи їм шкоди.

    зображення

    Перший закон Ньютона: перший закон Ньютона діє на водія автомобіля

    Інерція

    Іноді цей перший закон руху називають законом інерції. Інерція - це властивість тіла залишатися в стані спокою або залишатися в русі з постійною швидкістю. Деякі об'єкти мають більшу інерцію, ніж інші, оскільки інерція об'єкта еквівалентна його масі. Ось чому змінити напрямок валуна складніше, ніж бейсбол.

    Доктор Фізика - Ньютон: Перший закон Ньютона надзвичайно контрінтуїтивний. Можливо, ви дізналися це в класі школи, хоча. Давайте подивимося на це для запаморочливого висновку, що це дійсно є.

    Другий закон: сила і прискорення

    Другий закон стверджує, що чиста сила на об'єкт дорівнює швидкості зміни, або похідної, його лінійного імпульсу.

    цілі навчання

    • Визначте другий закон руху

    Англійський вчений сер Ісаак Ньютон досліджував рух фізичних об'єктів і систем в різних умовах. У 1687 він опублікував три свої закони руху в Philosophiae Naturalis Principla Mathematica. Закони складають основу для механіки - вони описують взаємозв'язок між силами, що діють на тіло, і рухом, що відчувається завдяки цим силам. Ці три закони стверджують:

    1. Якщо об'єкт не відчуває чистої сили, його швидкість залишатиметься постійною. Об'єкт або знаходиться в стані спокою і швидкість дорівнює нулю, або він рухається по прямій з постійною швидкістю.
    2. Прискорення об'єкта паралельно і прямо пропорційно чистій силі, що діє на об'єкт, знаходиться в напрямку чистої сили і обернено пропорційно масі об'єкта.
    3. Коли перший об'єкт чинить силу на другий об'єкт, другий об'єкт одночасно чинить силу на перший об'єкт, маючи на увазі, що сила першого об'єкта і сила другого об'єкта рівні за величиною і протилежні в напрямку.

    Перший закон руху визначає тільки природний стан руху тіла (тобто коли чиста сила дорівнює нулю). Це не дозволяє кількісно оцінити силу та прискорення тіла. Прискорення - це швидкість зміни швидкості, вона викликана тільки зовнішньою силою, що діє на неї. Другий закон руху стверджує, що чиста сила на об'єкт дорівнює швидкості зміни його лінійного імпульсу.

    Лінійний імпульс

    Лінійний імпульс об'єкта - це векторна величина, яка має як величину, так і напрямок. Це твір маси і швидкості частинки в даний момент часу:

    \[\mathrm{p=mv}\]

    де,\(\mathrm{p=momentum, m=mass,}\) і\(\mathrm{v=velocity}\). З цього рівняння ми бачимо, що об'єкти з більшою масою матимуть більший імпульс.

    Другий закон руху

    Малюйте дві кулі різної маси, що рухаються в одному напрямку з однаковою швидкістю. Якщо вони обидва стикаються зі стіною одночасно, важча куля буде чинити більшу силу на стіну. Ця концепція, проілюстрована нижче, пояснює другий закон Ньютона, який підкреслює важливість сили та руху, над самою швидкістю. У ньому зазначено: чиста сила на об'єкт дорівнює швидкості зміни його лінійного імпульсу. З числення ми знаємо, що швидкість зміни така ж, як і похідна. Коли ми лінійний імпульс об'єкта, ми отримуємо:

    зображення

    Сила і маса: Ця анімація демонструє зв'язок між силою і масою.

    \[\begin{align} \mathrm{F \; } & \mathrm{=\dfrac{dp}{dt}} \\ \mathrm{F \;} & \mathrm{=\dfrac{d(m⋅v)}{dt}} \end{align}\]

    де,\(\mathrm{F = Force}\) і\(\mathrm{t = time}\). З цього ми можемо ще більше спростити рівняння:

    \[\begin{align} \mathrm{F \;} & \mathrm{=m\dfrac{d(v)}{dt}} \\ \mathrm{F \;} & \mathrm{=m⋅a} \end{align}\]

    де, a = прискорення a=прискорення. Як ми вже заявляли раніше, прискорення - це швидкість зміни швидкості, або швидкість, поділена на час.

    Три закони механіки Ньютона - Другий закон - Частина 1: Тут ми побачимо, скільки людей можуть сплутати ваше розуміння 2-го закону руху Ньютона через нагляд, неакуратну мову або жорстокі наміри.

    Три закони механіки Ньютона - Другий закон - Частина друга: Рівновага досліджується, а 1-й закон Ньютона розглядається як особливий випадок 2-го закону Ньютона!

    Третій закон: симетрія в силах

    Третій закон руху стверджує, що на кожну дію існує рівна і протилежна реакція.

    цілі навчання

    • Визначте третій закон руху

    Сер Ісаак Ньютон був вченим з Англії, який цікавився рухом предметів в різних умовах. У 1687 році він опублікував працю під назвою Philosophiae Naturalis Principla Mathematica, який містив три його закони руху Ньютон використовував ці закони для пояснення і дослідження руху фізичних об'єктів і систем. Ці закони складають основи для механіки. Закони описують взаємозв'язок між силами, що діють на тіло, і рух - це досвід, обумовлений цими силами. Три закони Ньютона:

    1. Якщо об'єкт не відчуває чистої сили, його швидкість залишатиметься постійною. Об'єкт або знаходиться в стані спокою і швидкість дорівнює нулю, або він рухається по прямій з постійною швидкістю.
    2. Прискорення об'єкта паралельно і прямо пропорційно чистій силі, що діє на об'єкт, знаходиться в напрямку чистої сили і обернено пропорційно масі об'єкта.
    3. Коли перший об'єкт чинить силу на другий об'єкт, другий об'єкт одночасно чинить силу на перший об'єкт, маючи на увазі, що сила першого об'єкта і сила другого об'єкта рівні за величиною і протилежні в напрямку.

    Третій закон руху Ньютона

    Третій закон Ньютона в основному говорить, що на кожну дію існує рівна і протилежна реакція. Якщо об'єкт А чинить силу на об'єкт В, то через закон симетрії об'єкт В буде чинити на об'єкт А силу, рівну силі, що діє на нього:

    \[\mathrm{FA=−FB}\]

    У цьому прикладі F A - дія, а F B - реакція. Ви, безсумнівно, стали свідками цього закону руху. Наприклад, візьміть плавця, який використовує ноги, щоб відштовхнутися від стіни, щоб набрати швидкість. Чим більше сили вона чинить на стіну, тим сильніше вона відштовхується. Це пояснюється тим, що стіна чинить на неї ту ж силу, яку вона на неї змушує. Вона штовхає стіну в напрямку позаду себе, тому стіна буде чинити на неї силу, яка знаходиться в напрямку перед нею і просуває її вперед.

    зображення

    Третій закон руху Ньютона: Коли плавець відштовхується від стіни, плавець використовує третій закон руху.

    Візьмемо як інший приклад поняття тяги. Коли ракета запускається в космічний простір, вона виганяє газ назад з високою швидкістю. Ракета надає велику зворотну силу на газ, і газ надає рівну і протилежну силу реакції вперед на ракету, викликаючи її запуск. Ця сила називається тягою. Тяга використовується в автомобіках і літаках, а також.

    Третій закон Ньютона: Найбільш фундаментальне твердження основної фізичної реальності також є найбільш часто неправильно зрозумілим. Як ваша мама, якщо вона зрозуміла на Третьому Ньютона. Потім запитайте її, чому речі можуть рухатися, якщо кожна сила має парну протилежну силу весь час, назавжди.

    Ключові моменти

    • Три закони фізики Ньютона є основою для механіки.
    • Перший закон стверджує, що тіло в стані спокою буде залишатися в спокої, поки на нього не діє чиста зовнішня сила і що тіло в русі залишатиметься в русі з постійною швидкістю, поки не діятиме чиста зовнішня сила.
    • Чиста зовнішня сила - це сума всіх примусів, що діють на об'єкт.
    • Просто тому, що існують сили, що діють на об'єкт, не обов'язково означає, що існує чиста зовнішня сила; сили, які рівні за величиною, але діють у протилежних напрямках, можуть скасувати один одного.
    • Тертя - це сила між об'єктом, що знаходиться в русі, і поверхнею, по якій він рухається. Тертя - це зовнішня сила, яка діє на предмети і змушує їх сповільнюватися, коли на них не діє жодна інша зовнішня сила.
    • Інерція - це тенденція тіла в русі залишатися в русі. Інерція залежить від маси, саме тому змінити напрямок важкого тіла в русі важче, ніж змінити напрямок більш легкого предмета в русі.
    • Три закони руху Ньютона пояснюють взаємозв'язок між силами, що діють на об'єкт, і рухом, який вони відчувають завдяки цим силам. Ці закони виступають в якості основи для механіки.
    • Другий закон пояснює взаємозв'язок між силою і рухом, на відміну від швидкості і руху. Для цього використовується концепція лінійного імпульсу.
    • Лінійний імпульс\(\mathrm{p}\), є\(\mathrm{m}\) добутком маси і швидкості\(\mathrm{v: p=mv}\).
    • Другий закон стверджує, що чиста сила дорівнює похідній, або швидкості зміни її лінійного імпульсу.
    • Спрощуючи цей зв'язок і пам'ятаючи, що прискорення - це швидкість зміни швидкості, ми можемо побачити, що другий закон руху - це те, звідки походить зв'язок між силою та прискоренням.
    • Якщо об'єкт А чинить силу на об'єкт B, об'єкт B надає рівну і протилежну силу на об'єкт А.
    • Третій закон Ньютона можна побачити в багатьох повсякденних обставин. Коли ви ходите, сила, яку ви використовуєте, щоб відштовхнути землю назад, змушує вас рухатися вперед.
    • Тяга - це застосування третього закону руху. Вертоліт використовує тягу, щоб проштовхнути повітря під гвинтом вниз, і тому піднімати з землі.

    Ключові умови

    • інерція: Властивість тіла, яке чинить опір будь-якій зміні його рівномірного руху; еквівалентно його масі.
    • тертя: Сила, яка чинить опір відносному руху або схильності до такого руху двох тіл, що контактують.
    • рівномірний рух: Рух з постійною швидкістю (з нульовим прискоренням). Зверніть увагу, що об'єкт в русі не змінить свою швидкість, якщо на нього не діє незбалансована сила.
    • Чиста сила: Поєднання всіх сил, які діють на об'єкт.
    • імпульс: (тіла в русі) добуток його маси і швидкості.
    • прискорення: величина, на яку збільшується швидкість або швидкість (і так скалярна величина або векторна величина).
    • симетрія: Точна відповідність по обидва боки ділильної лінії, площини, центру або осі.
    • тяга: Сила, що генерується двигуном, як у реактивному двигуні.

    ЛІЦЕНЗІЇ ТА АВТОРСТВА

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ КОНТЕНТ, РАНІШЕ ДІЛИВСЯ

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ ВМІСТ, СПЕЦИФІЧНА АТРИБУЦІЯ