Aplicarea practică a celor 3 legi ale lui Newton. Exemple de aplicare a celei de-a treia legi a lui Newton. Forțe de interacțiune a două corpuri

Acțiunea și reacția obiectelor este omniprezentă în viața de zi cu zi. Să dăm 14 exemple de a treia lege a lui Newtonla care se supun corpurile care interacționează.

Interacțiunea obiectelor

Clădiri, poduri, mobilier în camere, fructe pe ramuri, copaci, fire pe stâlpi, nave în mare, nori pe cer, avioane și baloane în spatele norilor - într-un cuvânt, tot ce se află, stă, atârnă, plutește, zboară, - nu cade în pământ, nu se scufundă, nu cade, nu alunecă în jos doar pentru că este înăuntru interacţiune cu oricare altul subiect... Aceste obiecte, indiferent că este vorba despre pământ, un suport, o suspensie, apă sau aer, sunt un suport, iar forța gravitației, care trage toate obiectele spre centrul Pământului, întâlnește un răspuns din partea suportului. Acest răspuns împiedică forța gravitației să pună obiecte în mișcare, îl contracarează - îl echilibrează, ca o tigaie de solzi, împiedicând cealaltă să cadă, o echilibrează, care este baza. Nava este exact în aceeași poziție, ancorată și rămâne pe loc chiar și atunci când vântul și curentul tind să o ducă. Forțele care apar în acest caz sunt numite forțele de reacție... Ele echilibrează forța care acționează asupra corpului și îl ajută să rămână calm. Iată 14 exemple de apariție a unor astfel de forțe precum confirmarea celei de-a treia legi a lui Newton, acest lucru se întâmplă atunci când:

Construcție pod

Cand construcția podului este necesar să se calculeze în prealabil în ce măsură suporturile podurilor sunt capabile să reziste la sarcina care va exercita presiune asupra acestora: indiferent dacă pot rezista, dacă suporturile au o contra-marjă suficientă sau, după cum spun constructorii, o marjă de siguranță.
Calculele sunt efectuate folosind a treia lege a lui Newton. Și constructorii construiesc suporturile podului astfel încât să poată rezista la orice sarcină care ar putea apărea pe pod. Ei cred că suporturile apasă pe pod de jos. Acțiunea este întotdeauna egală cu opoziția - sunt egale, egale și, prin urmare, inginerul civil calculează în modul potrivit.

Fundația clădirilor

La fel și inginerii care proiectează fundații ale clădirilor... Ei știu că solul obișnuit este capabil să reziste la gravitația unei clădiri cu o forță de aproximativ doi-trei kilograme pentru fiecare centimetru pătrat al fundației. În această condiție, acțiunea, adică severitatea întregii clădiri, iar reacția, rezistența solului, comprimă fundația de sus și de jos. Două forțe identice, dar opuse, acționează asupra fundației, așa cum demonstrează a treia lege a lui Newton. Astfel de forțe sunt echilibrate și nu pot muta fundația de la locul ei, ci strângeți-o, iar dacă marja de siguranță a acestei fundații nu este suficientă, se va prăbuși, iar clădirea se va prăbuși.

Parașutist și sanie

a sărit din avion și a căzut în lungul saltului. Acțiunea în acest caz este evidentă - skydiver-ul cade. Dar de unde vorbește răspunsul pe care îl vorbește Newton? Este complet imperceptibil. Și astfel de exemple pot fi găsite într-o mare varietate. Copiii, urcând pe un tobogan de zăpadă, alunecă în jos de pe el sănii, schiorul sărind dintr-un trotineta. O avalanșă care a căzut dintr-un munte, picăturile de ploaie căzând dintr-un nor - în toate cazurile de cădere, răspunsul este invizibil, imperceptibil. Dar acest lucru nu înseamnă că nu există.
Parașutistul cade deoarece el este atras de Pământ... Dar atracția este reciprocă: Pământul atrage parașutistul, iar parașutistul atrage Pământul. Parașutistul cade pe Pământ, iar Pământul „cade” pe parașutist. Dar masa parașutistului în comparație cu masa Pământului este neglijabilă și, prin urmare, mișcarea lui este rapidă, iar masa Pământului este uriașă, iar mișcarea sa reciprocă și contrar este complet imperceptibilă. Toate acestea se aplică complet și complet saniei, care se rostogolește pe deal. Mișcarea saniei este, de asemenea, o cădere, dar care are loc doar pe o cale înclinată.

Interacțiunea unei bare de fier cu un magnet

Această idee este explicată experimentul lui Newton cu o bară de fier și un magnetnavigând în bărci. Atunci Newton s-a convins că nu este un magnet care atrage fier de la sine și că nu fierul este atras de un magnet, ci ambele corpuri interacționează - ele sunt atrase unul de celălalt. ÎN experimentele lui Newton magnetul și fierul aveau aceeași greutate. Dar imaginați-vă că pentru acest experiment au luat un magnet foarte mare și greu și un bloc minuscul de fier. În acest caz, magnetul s-ar muta doar ușor către fier, iar bara de fier ar pluti la magnet mult mai rapid. La fel s-ar întâmpla dacă bucata de fier ar fi mare și magnetul mic: mișcarea unui obiect ușor ar fi vizibilă și vizuală, iar mișcarea reciprocă a unui obiect greu ar fi imperceptibilă.

Atragerea planetelor

La fel se întâmplă și cu planetele. Acum, dacă un corp celest mare ar trece lângă Pământ, consecințele gravitației lor reciproce ar deveni vizibile. Acest lucru este observat în realitate. Uneori mare planete sistemul solar - Jupiter și Saturn - sunt localizate în spațiu astfel încât forța gravitației lor face Pământul să se îndepărteze ușor de Soare, apoi durata anului nostru, adică timpul, crește cu câteva minute. Atunci planetele mari merg mai departe pe orbitele lor, iar anul nostru se scurtează din nou. Deci, de exemplu, 1946 a fost mai scurt decât 1945 cu aproximativ zece minute, iar 1945 a fost mai scurt decât 1944 cu unsprezece minute. O astfel de schimbare în lungimea anului pe Pământul nostru, în funcție de poziția altor planete în sistemul solar, relevă modul în care a treia lege a mișcării operează mult dincolo de Pământ - în spațiul lumii nelimitate.
Satelitul Pământului, Luna, este ținut pe orbita sa datorită, dar el însuși atrage Pământul, provocând pe suprafața mărilor și modificând ușor mișcarea Pământului în jurul Soarelui.

Saltul cu barca

Omul care merge sari din barcă până la țărm, nu trebuie să uitați de existența celei de-a treia legi a mișcării de la Newton. Acțiunea ei va provoca cu siguranță un răspuns egal și opus direcționat: în momentul saltului, barca se va mișca înapoi, iar o persoană nedorită nu va fi pe țărm, ci în apă. Este inutil să sperie a treia lege a lui Newton - a fost necesar să le cerem celor care stăteau în barcă să se odihnească de fund cu un vâslit.

Elicopter care zboară

În istoria tehnologiei, un caz este înregistrat atunci când inventatorii unui mecanism important și util - un elicopter, care nu s-a gândit suficient la proiectare, a pierdut din vedere a treia lege a mișcării.
Un elicopter, spre deosebire de o aeronavă obișnuită, poate decola în aer nu cu o alergare, ci vertical în sus. Forța de ridicare a acestei mașini este asigurată de o elice mare care se rotește pe o axă verticală. Cand primul elicopter testat la aeroport, a treia lege a mișcării amintea de ea însăși. Întrucât elica purtătoare a rotit de la dreapta la stânga, apoi în virtutea celei de-a treia legi a mișcării, corpul elicopterului a început să se rotească în direcția opusă - de la stânga la dreapta. Elicopterul s-a dovedit a fi un fel de carusel zburător, în care niciun singur pasager nu a acceptat să stea. Acest dezavantaj al elicopterului a fost eliminat prin instalarea a două elice de rulment pe el, rotind în direcții diferite. Atunci s-a oprit imediat mișcarea neplăcută a caruselului, deoarece șuruburile acesteia au rotit în direcții diferite, iar efectul lor dăunător s-a anihilat reciproc, iar forța de ridicare îndreptată în sus a fost păstrată. În elicopterele cu un singur rotor, este instalată o elică de direcție suplimentară, care contracarează rotația carenei.

Cum se mișcă plutirea în apă

Toate plutind în apă și pe apă: pești, rațe, castori, anghile, broaște, gândaci de înot, (mai multe :) și alte creaturi de apă, precum și vapori, bărci și bărci - se mișcă înainte, deoarece sunt în interacțiune cu apa, după cum se dovedește Newton. Ei împing apa înapoi cu elice, vâsle, înotătoare, cozi, picioare și ei înșiși, în virtutea acțiunii reciproce, înoată înainte.

Cum zboară totul

Totul zburând: avioane, elicoptere, păsări, fluturi, țânțari, lilieci, precum și snowmobile și planătoare - se misca numai pentru că sunt în contact cu aerul. Ei împing aerul înapoi și ei înșiși înaintează datorită acțiunii reciproce. Dar ceea ce împinge înapoi locuitorii de pământ care își folosesc picioarele și roțile pentru a se deplasa rămâne neclar.

Cum se mișcă mașinile și trenurile

Ei resping ceea ce îi susține: locomotive cu abur împingeți șinele, autoturisme și cai - asfaltul autostrăzilor și trotuarelor. Șinele și suprafețele drumului sunt fixate ferm de sol, prin urmare, tot ce se mișcă pe sol respinge Pământul și globul trebuie să se întoarcă în direcția opusă mișcării locomotivei sau a mașinii.
Dar este vorba de multe miliarde de miliarde de tone. Mișcarea obiectelor nesemnificative în comparație cu Pământul, cum ar fi locomotivele cu mașina cu vapori și mașinile, nu afectează viteza de rotație a planetei noastre. În plus, toate trenurile și mașinile se deplasează în direcții diferite, iar când un tren merge spre dreapta, unele altele, în același timp, merg spre stânga. După muncă, fiecare mașină se întoarce în garaj - de unde a plecat de dimineață. Odată cu traficul, impactul său asupra Pământului este distrus reciproc.

Căruciori în mișcare pe șine

Imaginează-ți asta un cărucior lung și ușor stă pe șine... Axele sale se rotesc în rulmenți cu bile. Rulmenții sunt bine lubrifiați astfel încât boghiul se poate rostogoli de la un capăt al șinelor la celălalt, fără aproape nici o frecare. Pe acest cărucior, pe un capăt al acestuia, se află un bărbat. Să rugăm această persoană să alerge de-a lungul căruței până la celălalt capăt al acesteia. Și de îndată ce persoana aleargă, căruța va începe, de asemenea, să se miște: se va rula în direcția opusă mișcării persoanei. Omul se va opri - și căruța se va opri. Bărbatul va fugi înapoi - și căruța se va rostogoli în cealaltă direcție. Mișcarea unei persoane într-o direcție face căruța să se miște în direcția opusă. Acțiunea provoacă un răspuns și sunt egale între ele: dacă căruța are aceeași masă ca o persoană, atunci în raport cu pământul se va rostogoli în lateral, atât cât se mișcă persoana.

Veverița într-o roată

Din vremuri imemoriale, oamenii au venit cu o jucărie care arată Legea interacțiunii - Legea a treia a lui Newton - într-un mod simplu și convingător. Se întâmplă ca vânătorii să aducă veverițe mici acasă pentru distracție. Veverițele cresc, se obișnuiesc cu oamenii și cu viața în captivitate și devin îmblânzite. Dar totuși le este greu să trăiască în case înghesuite. În pădure, veverița este în mișcare toată ziua: de la ramură la ramură, de la copac la copac, dar în casă nu are unde să se întoarcă. Și așa, poate acum o mie de ani, oamenii au inventat „educația fizică” pentru veverițele - o roată făcută ca un tambur, astfel încât veverița să poată rula în interiorul acestei roți. Veverița este admisă la volan, iar ea începe să alerge, iar roata începe să se rotească în direcția opusă și se întoarce atâta timp cât veverița aleargă în ea. Desigur, roata veveriței trebuie oprită din când în când și eliberată pentru a permite animalului să se odihnească și să mănânce. Veverițele sunt proaste - pot alerga pe o roată până la epuizare. Roata veveriței este o dovadă minunată și vizuală a corectitudinii celei de-a treia legi a mișcării. Interacțiunea a două corpuri duce la faptul că ambele corpuri - veverița și roata - se mișcă. În acest caz, acțiunea și răspunsul (reacția) provoacă mișcare vizibilă. Atât acțiunea, cât și răspunsul sunt egale: când veverița aleargă pe îndelete, roata se învârte încet, iar când veverița își accelerează rularea, roata începe să se rotească mai repede. Atât acțiunea, cât și răspunsul sunt opuse: veverița aleargă într-o direcție, iar roata se învârte în cealaltă.

Mersul pe stâlp

Semnalizatoare și electricienicare de multe ori trebuie să urce pe telegraf piloni, poartă cu ei un dispozitiv foarte simplu numit „pisici”. „Pisicile” sunt două arcuri de fier cu dinți ascuțiți și o platformă pentru picioare; au formă de seceră sau cu furnicile mari ale unui gândac de cerb.
Semnalistul pune „crampoanele” pe picioare și, plictisind, pentru că este foarte incomod să te miști pe pământ în „crampoane”, se apropie de post. Aici acoperă un post cu o „pisică”, cu spinii tăiați în lemn sau beton. Semnalistul, care se ține de stâlp cu mâinile sale, transferă toată greutatea corpului său „pisicii” și, în același timp, aruncă a doua „pisică”, astfel încât să apuce mai sus decât prima. Apoi transferă greutatea corpului la cea de-a doua pisică și o rearanjează pe prima și mai mare. Deci „merge” pe un post vertical neted, ca o scară. Dintii ascutiti ai "pisicilor" ofera semnalizatorului o interactiune fiabila cu postul - ofera piciorului un sprijin bun. Nu ar exista nicio interacțiune cu stâlpul - iar semnalizatorul nu ar putea urca pe el, asta reflectă Newton în legea sa.

Interacțiunea cu solul

Într-un cuvânt, tot ceea ce rulează, târâie, sare, treaptă, zboară, înoată, urcă, se poate mișca doar pentru că este în interacțiunea cu pământul, apă, aer, șine, trunchiuri de copaci, stâlpi, frânghii sau viță de vie în pădure. În toate cazurile, fără nicio excepție, acțiunea unui obiect întotdeauna întâlnește un răspuns (reacție) egal și opus direcționat de la alte obiecte înconjurătoare. Cuvântul „reacție”, folosit de Newton, nu trebuie înțeles literal - acțiunea de răspuns oferită unui obiect în mișcare nu interferează cu acesta, nu acționează opus sau contrar, ci, dimpotrivă, este cea care ajută, promovează mișcarea acestuia. Apare doar forța de reacție îndreptată opus forței de acțiune... Trebuie remarcat faptul că acțiunea și răspunsul în toate cazurile se aplică asupra diferitelor obiecte: acțiune - la pământ, apă, aer, „Pe jos” pe un stâlp, șine, coarde, stâlpi, la asfaltul autostrăzii, etc., și răspunsul - la picioare, labe, roți, copite, omizi, aripioare, aripioare, elice cu aburi, la elice de avioane și „pisicile” semnalizatorilor ... Concluzia este oarecum surprinzătoare. Se dovedește că ne mișcăm nu atât în \u200b\u200bvirtutea acțiunii noastre, ci în virtutea unui răspuns. Când ne plimbăm, eforturile picioarelor noastre sunt orientate spre împingerea pământului, dar mergem, mergem înainte doar pentru că pământul ne împinge. Această concluzie poate părea ciudată, dar este așa. ÎN

În această secțiune, vom avea în vedere a treia lege a lui Newton, vom oferi explicații detaliate, vom face cunoștință cu concepte semnificative și vom derula o formulă. Vom „dilua” teoria uscată cu exemple și diagrame care vor facilita asimilarea subiectului.

Într-una din secțiunile anterioare, am efectuat experimente pentru a măsura accelerațiile a două corpuri după interacțiunea lor și am primit următorul rezultat: masele de corpuri care interacționează între ele sunt invers legate de valorile numerice ale accelerațiilor. Așa a fost introdus conceptul de greutate corporală.

m 1 m 2 \u003d - a 2 a 1 sau m 1 a 1 \u003d - m 2 a 2

Formularea celei de-a treia legi a lui Newton

Dacă dați acestui raport o formă vectorială, obțineți:

m 1 a 1 → \u003d - m 2 a 2 →

Semnul minus a apărut în formula unui motiv. Acesta indică faptul că accelerațiile a două corpuri care au intrat în interacțiune sunt întotdeauna direcționate în direcții opuse.

Factorii care determină apariția accelerației, conform celei de-a doua legi a lui Newton, sunt forțele F 1 → \u003d m 1 a 1 → și F 2 → \u003d m 2 a 2 →, care apar în timpul interacțiunii dintre corpuri.

De aici:

F 1 → \u003d - F 2 →

Așa am obținut formula pentru a treia lege a lui Newton.

Definiția 1

Forțele cu care corpurile interacționează între ele sunt egale ca mărime și opuse în direcție.

Natura forțelor care apar în timpul interacțiunii corpurilor este aceeași. Aceste forțe sunt aplicate pe corpuri diferite, de aceea nu se pot echilibra între ele. Conform regulilor adăugării vectorului, putem adăuga doar acele forțe care sunt aplicate unui singur corp.

Exemplul 1

Încărcătorul afectează o anumită sarcină cu același modul de forță cu care această sarcină afectează încărcătorul. Forțele sunt direcționate în direcții opuse. Natura lor fizică este aceeași: forțele elastice ale frânghiei. Accelerația care este oferită fiecărui corp din exemplul este invers proporțională cu masa corpurilor.

Am ilustrat acest exemplu de aplicare a celei de-a treia legi a lui Newton cu un desen.

Poza 1. nouă. 1. A treia lege a lui Newton

F 1 → \u003d - F 2 → a 1 → \u003d - m 2 m 1 a 2 →

Forțele care acționează asupra corpului pot fi externe și interne. Să introducem definițiile necesare pentru cunoașterea subiectului celei de-a treia legi a lui Newton.

Definiția 2

Forțele interne Sunt forțe care acționează asupra diferitelor părți ale aceluiași corp.

Dacă considerăm un corp în mișcare ca un singur întreg, atunci accelerarea acestui corp va fi determinată doar de o forță externă. Forțele interne nu sunt luate în considerare de a doua lege a lui Newton, deoarece suma vectorilor lor este zero.

Exemplul 2

Să presupunem că avem două corpuri cu mase m 1 și m 2. Aceste corpuri sunt conectate rigid între ele printr-un fir care nu are greutate și nu se întinde. Ambele corpuri se mișcă cu aceeași accelerație a → sub influența unor forțe exterioare F →. Aceste două corpuri se mișcă în ansamblu.

Forțele interne care acționează între corpuri se supun celei de-a treia legi a lui Newton: F 2 → \u003d - F 1 →.

Mișcarea fiecăruia dintre corpuri în cuplaj depinde de forțele de interacțiune între aceste corpuri. Dacă aplicăm a doua lege a lui Newton pe fiecare dintre aceste corpuri separat, atunci obținem: m 1 a 1 → \u003d F 1 →, m 2 a 1 → \u003d F 2 → + F →.

Mișcarea tuturor obiectelor macroscopice din jurul nostru este descrisă folosind așa-numitele trei legi ale lui Newton. În acest articol, nu vom spune nimic despre primele două dintre ele, ci vom analiza în detaliu a treia lege a lui Newton și exemple ale manifestării sale în viață.

Formularea legii

Fiecare dintre noi a observat că atunci când sărim pe orice suprafață, pare să ne "lovească" picioarele, sau dacă luăm roata unei biciclete, aceasta începe să apese pe palme. Acestea sunt exemple ale celei de-a treia legi a lui Newton. La un curs de fizică în școlile de educație generală, acesta este formulat după cum urmează: orice corp care exercită un efect de forță asupra unui alt corp experimentează un efect similar din partea acestuia din urmă, direcționat în direcția opusă.

Din punct de vedere matematic, această lege poate fi scrisă după cum urmează:

Pe partea stângă a egalității este scrisă forța cu care primul corp acționează asupra celui de-al doilea, în partea dreaptă există o forță similară ca mărime cu care al doilea corp acționează asupra primului, dar deja în direcția opusă (prin urmare, apare un semn minus).

Egalitatea modulelor și direcția opusă forțelor considerate a dus la faptul că această lege este adesea numită interacțiune sau principiul acțiunii-reacției.

Acțiunea asupra diferitelor organe este punctul principal al legii luate în considerare

Privind formula prezentată mai sus, s-ar putea să credeți că, deoarece forțele sunt egale în modul și opuse în direcție, atunci de ce să le considerați deloc, pentru că se anulează reciproc. Această judecată este greșită. Dovada acestui fapt este numărul mare de exemple ale celei de-a treia legi din Newton din viață. De exemplu, un cal trage un cărucior. Conform legii analizate, calul acționează asupra căruței, dar cu aceeași forță acesta din urmă acționează asupra animalului în sens invers. Cu toate acestea, întregul sistem (cal și cărucior) nu stă nemișcat, ci se mișcă.

Exemplul dat arată că principiul considerat de acțiune-reacție nu este atât de simplu pe cât pare la prima vedere. Forțele F 12 ¯ și -F 21 ¯ nu sunt anulate, deoarece sunt aplicate pe corpuri diferite. Calul nu stă nemișcat, deși căruța împiedică acest lucru, doar pentru că o altă forță acționează asupra copitelor sale, care încearcă să ofere accelerație animalului - acesta este efectul suprafeței solului (reacția de susținere).

Astfel, atunci când rezolvăm probleme pe principiul celui de-al treilea principiu newtonian, trebuie să luăm întotdeauna în considerare forțele care acționează asupra corpurilor concrete individuale, și nu asupra întregului sistem simultan.

Legătura cu legea conservării impulsului

A treia lege a lui Newton este, în esență, motivul conservării impulsului în sistem. Într-adevăr, luați în considerare un exemplu interesant al celei de-a treia legi a lui Newton - mișcarea unei rachete în spațiul exterior. Toată lumea știe că este realizată prin jet de tracțiune. Dar de unde vine aceasta pofta? Racheta transportă rezervoare de combustibil, cum ar fi kerosenul și oxigenul. În timpul combustiei, combustibilul părăsește racheta și zboară cu mare viteză în spațiul exterior. Acest proces se caracterizează prin efectul gazelor arse asupra corpului rachetei, în timp ce acesta din urmă are efect asupra gazelor cu o forță similară. Rezultatul este accelerarea gazelor într-o direcție, iar rachetele în cealaltă.

Dar această problemă poate fi considerată și din punctul de vedere al conservării impulsului. Dacă luăm în considerare semnele vitezei gazelor și a rachetelor, atunci impulsul total va fi egal cu zero (a fost așa înainte de arderea combustibilului). Momentul este păstrat doar pentru că forțele care acționează conform principiului acțiunii-reacției sunt interne, existente între părțile sistemului (rachetă și gaze).

Cum este legat de principiul analizat cu accelerarea întregului sistem?

Cu alte cuvinte, cum se vor schimba forțele F 12 ¯ și -F 21 ¯ dacă sistemul în care apar se deplasează cu accelerație? Luați în considerare exemplul calului și al căruței. Să presupunem că întregul sistem a început să-și crească viteza, însă forțele F 12 ¯ și -F 21 ¯ vor rămâne neschimbate. Accelerarea se produce din cauza creșterii forței cu care suprafața solului acționează asupra copitelor animalului și nu din cauza scăderii rezistenței carului -F 21 ¯.

Astfel, interacțiunile din cadrul sistemului nu depind de starea sa externă.

Câteva exemple din viață

„Dați exemple din a treia lege a lui Newton” - această sarcină este adesea auzită de profesorii școlii. Exemple cu o rachetă și un cal au fost deja date mai sus. Mai multe sunt enumerate mai jos:

• îndepărtarea înotătorului de peretele piscinei: înotătorul câștigă accelerație, deoarece peretele acționează asupra lui;
• zborul păsărilor: împingând aerul în jos și înapoi cu fiecare clapeta aripii, pasărea primește o împingere din aer în sus și înainte;
• sărind o minge de fotbal de pe un zid: manifestarea forței de reacție a peretelui;
• gravitația Pământului: cu ce forță planeta noastră ne trage în jos, exact cu aceeași o afectăm în sus (pentru planetă aceasta este o forță scăzută, ea „nu o observă”, dar noi o facem).

Toate aceste exemple duc la o concluzie importantă: orice interacțiuni de forță în natură apar întotdeauna sub forma unei perechi de forțe opuse. Este imposibil să influențezi obiectul fără să experimentezi opoziția acestuia.

Isaac Newton (1642-1727) a colectat și publicat legile de bază ale mecanicii clasice în 1687. Trei legi celebre au fost incluse într-o lucrare numită „Principiile matematice ale filozofiei naturale”.

Multă vreme această lume a fost învăluită într-un întuneric profund
Să fie lumină și apoi a apărut Newton.

(Epigrama secolului al XVIII-lea)

Dar Satana nu a așteptat mult să se răzbune -
A venit Einstein și totul a devenit ca înainte.

(Epigrama secolului XX)

Ce s-a întâmplat când a venit Einstein, citiți într-un articol separat despre dinamica relativistă. Între timp, vom oferi formulările și exemple de rezolvare a problemelor pentru fiecare lege a lui Newton.

Prima lege a lui Newton

Prima lege a lui Newton prevede:

Există astfel de cadre de referință, numite inerțiale, în care corpurile se mișcă uniform și rectiliniu, dacă nu sunt acționate de nicio forță sau acțiunea altor forțe este compensată.

Mai simplu spus, esența primei legi a lui Newton poate fi formulată după cum urmează: dacă împingem căruciorul pe un drum absolut plat și ne imaginăm că putem neglija forțele de frecare ale roților și rezistența la aer, atunci acesta se va rostogoli cu aceeași viteză pentru o perioadă infinit de lungă de timp.

Inerţie - Aceasta este capacitatea corpului de a menține viteza atât în \u200b\u200bdirecție, cât și în mărime, în absența impacturilor asupra corpului. Prima lege a lui Newton este numită și legea inerției.

Înainte de Newton, legea inerției era formulată într-o formă mai puțin limpede de Galileo Galilei. Oamenii de știință au numit inerția „o mișcare imprimată ineradicabilă”. Legea inerției a lui Galileo prevede: în absența forțelor exterioare, corpul fie se odihnește, fie se mișcă uniform. Marele merit al lui Newton este că a reușit să combine principiul relativității lui Galileo, lucrările sale proprii și activitatea altor oameni de știință în „Principiile matematice ale filozofiei naturale”.

Este clar că astfel de sisteme, în care căruța a fost împinsă și a rulat fără acțiunea forțelor externe, de fapt, nu există. Forțele acționează întotdeauna asupra corpurilor și este aproape imposibil să compensezi efectul acestor forțe.

De exemplu, totul pe Pământ este într-un câmp gravitațional constant. Când ne mișcăm (nu contează dacă ne plimbăm, mergem cu mașina sau cu bicicleta), trebuie să depășim multe forțe: fricțiunea de rulare și fricțiunile glisante, gravitația, forța Coriolis.

A doua lege a lui Newton

Îți amintești exemplul de coș? În acest moment ne-am atașat de acesta forta! Intuitiv, coșul se va rula și se va opri în scurt timp. Aceasta înseamnă că viteza sa se va schimba.

În lumea reală, viteza corpului se schimbă cel mai adesea, decât să rămână constantă. Cu alte cuvinte, corpul se mișcă cu accelerație. Dacă viteza crește sau scade uniform, atunci ei spun că mișcarea este uniform accelerată.

Dacă pianul cade de pe acoperișul casei, atunci se mișcă uniform sub influența accelerației gravitaționale constante g... Mai mult, orice obiect aruncat pe o fereastră de pe planeta noastră de un arc se va mișca cu aceeași accelerație a gravitației.

A doua lege a lui Newton stabilește o legătură între masă, accelerație și forța care acționează asupra unui corp. Iată formularea celei de-a doua legi a lui Newton:

Accelerația unui corp (punct material) într-un cadru de referință inerțială este direct proporțională cu forța aplicată acestuia și invers proporțională cu masa sa.

Dacă mai multe forțe acționează asupra corpului simultan, atunci rezultatul tuturor forțelor este înlocuit în această formulă, adică suma lor vectorială.

În această formulare, a doua lege a lui Newton este aplicabilă numai pentru mișcare cu o viteză mult mai mică decât viteza luminii.

Există o formulare mai universală a acestei legi, așa-numita formă diferențială.

În orice perioadă de timp infinit de mică dt forța care acționează asupra corpului este egală cu timpul derivat al momentului corpului.

Care este a treia lege a lui Newton? Această lege descrie interacțiunea dintre corpuri.

3 Legea lui Newton ne spune că există o reacție la orice acțiune. Mai mult, în sensul literal:

Două corpuri acționează unul pe celălalt cu forțe opuse în direcție, dar egale ca mărime.

Formula care exprimă a treia lege a lui Newton:

Cu alte cuvinte, a treia lege a lui Newton este legea acțiunii și reacției.

Un exemplu de problemă legilor lui Newton

Iată o problemă tipică a legii newtoniene. Soluția sa folosește prima și a doua legi din Newton.

Paracautistul și-a deschis parașuta și coboară cu o viteză constantă. Care este forța de rezistență la aer? Greutatea parașutistului este de 100 de kilograme.

Decizie:

Mișcarea parașutistului este uniformă și simplă, prin urmare, conform prima lege a lui Newton, acțiunea forțelor asupra acesteia este compensată.

Forța gravitației și forța rezistenței aerului acționează asupra parașutistului. Forțele sunt direcționate în direcții opuse.

Conform celei de-a doua legi a lui Newton, forța gravitației este egală cu accelerația de căderi libere de masa parașutului.

Răspuns: Forța rezistenței aerului este egală cu forța gravitației în modul și este direcționată opus.

Apropo! Pentru cititorii noștri, acum există o reducere de 10% orice fel de muncă

Și aici este o altă problemă fizică pentru a înțelege acțiunea celei de-a treia legi a lui Newton.

Tantarul loveste parbrizul masinii. Comparați forțele care acționează la mașină și țânțarul.

Decizie:

Conform celei de-a treia legi a lui Newton, forțele cu care corpurile acționează reciproc sunt egale în mărime și opuse în direcție. Forța cu care țânțarul acționează asupra mașinii este egală cu forța cu care mașina acționează asupra țânțarului.

Un alt lucru este că acțiunea acestor forțe asupra corpurilor este foarte diferită datorită diferenței de masă și accelerații.

Isaac Newton: mituri și fapte din viață

La data publicării operei sale principale, Newton avea 45 de ani. Pe parcursul lungii sale vieți, savantul a adus o contribuție uriașă la știință, punând bazele fizicii moderne și determinând dezvoltarea acesteia în anii următori.

S-a angajat nu numai în mecanică, ci și în optică, chimie și alte științe, a desenat bine și a scris poezie. Nu este surprinzător, personalitatea lui Newton este înconjurată de multe legende.

Mai jos sunt câteva fapte și mituri din viața lui I. Newton. Să lămurim imediat că un mit nu este o informație fiabilă. Cu toate acestea, recunoaștem că miturile și legendele nu apar de la sine, iar unele dintre cele de mai sus se pot dovedi adevărate.

• Fapt. Isaac Newton era o persoană foarte umilă și timidă. S-a imortalizat datorită descoperirilor sale, dar el însuși nu a aspirat niciodată la faimă și chiar a încercat să o evite.
• Mit. Există o legendă conform căreia a răsărit Newton când un măr a căzut peste el în grădină. Era perioada epidemiei de ciumă (1665-1667), iar omul de știință a fost nevoit să părăsească Cambridge, unde a lucrat constant. Nu se știe cu siguranță dacă căderea mărului a fost un eveniment atât de fatal pentru știință, deoarece primele mențiuni despre aceasta apar doar în biografiile omului de știință după moartea sa, iar datele diferiților biografi diferă.
• Fapt. Newton a studiat și apoi a lucrat mult la Cambridge. La datorie, el trebuia să-i învețe pe studenți câteva ore pe săptămână. În ciuda meritelor recunoscute ale savantului, orele lui Newton au fost slab frecventate. S-a întâmplat că nimeni nu a venit deloc la prelegerile sale. Acest lucru se datorează cel mai probabil faptului că savantul a fost complet absorbit în propriile sale cercetări.
• Mit. În 1689 Newton a fost ales membru al Parlamentului de la Cambridge. Potrivit legendei, în mai bine de un an de ședință în parlament, omul de știință, absorbit veșnic în gândurile sale, a luat cuvântul o singură dată pentru a vorbi. El a cerut să închidă fereastra, întrucât exista un schiță.
• Fapt. Nu se știe cum s-ar fi dezvoltat soarta omului de știință și a tuturor științei moderne dacă s-ar fi supus mamei sale și ar fi început să se angajeze în agricultură la ferma familiei. Doar datorită convingerii profesorilor și a unchiului său, tânărul Isaac a mers să studieze mai departe în loc să planteze sfeclă, să împrăștie gunoi pe câmpuri și să bea în pub-urile locale seara.

Dragi prieteni, amintiți-vă - orice problemă poate fi rezolvată! Dacă aveți probleme cu rezolvarea unei probleme de fizică, uitați-vă la formulele fizice de bază. Poate că răspunsul este în fața ochilor dvs. și trebuie doar să îl luați în considerare. Ei bine, dacă nu există absolut timp pentru studii independente, un serviciu specializat pentru studenți este întotdeauna la dispoziția dumneavoastră!

La final, vă sugerăm să vizionați un tutorial video pe tema „Legile lui Newton”.

În binecunoscutul joc „remorcher de război”, ambele părți acționează reciproc (prin frânghie) cu aceleași forțe, după cum rezultă din legea acțiunii și reacției. Aceasta înseamnă că nu petrecerea care trage mai mult este cea care câștigă (trage frânghia), ci cea care se sprijină mai tare pe Pământ.

Cum se explică faptul că un cal poartă o sanie dacă, după cum rezultă din legea acțiunii și reacției, sania trage calul înapoi cu același modul de forță F 2, care cal trage sania înainte (forță F 1)? De ce aceste forțe nu sunt echilibrate?

Cert este că, în primul rând, deși aceste forțe sunt egale și direct opuse, ele sunt aplicate pe corpuri diferite și, în al doilea rând, forțele din partea drumului acționează și asupra saniei și a calului (Fig. 9).

Putere F 1 din partea calului se aplică pe sanie, experimentând, pe lângă această forță, doar o mică forță de frecare f 1 alergător pe zăpadă; deci sania începe să înainteze. La cal, pe lângă puterea din sanie F 2 îndreptat înapoi, aplicat din partea drumului pe care se sprijină cu picioarele, forțe f 2, îndreptat înainte și mai mare decât forța din sanie. Prin urmare, calul începe să avanseze și el. Dacă puneți calul pe gheață, forța din gheața alunecoasă va fi insuficientă; iar calul nu va mișca sania. La fel se va întâmpla și cu un cărucior foarte încărcat, atunci când calul, chiar și cu picioarele sprijinite pe picioare, nu va putea crea suficientă forță pentru a muta căruciorul. După ce calul a mutat sania și sania se mișcă uniform, forța f 1 va fi echilibrat de forțe f 2 (prima lege a lui Newton).

O întrebare similară apare atunci când analizăm mișcarea unui tren sub influența unei locomotive electrice. Și aici, ca și în cazul precedent, mișcarea este posibilă doar datorită faptului că, pe lângă forțele de interacțiune dintre corpul de tragere (cal, locomotivă electrică) și „remorca” (sania, trenul), corpul de tracțiune este acționat din lateralul șoselei sau al șinelor prin forțe direcționate redirecţiona. Pe o suprafață perfect alunecoasă, din care nu se poate „împinge”, nici o sanie cu un cal, nici un tren, nici o mașină nu s-au putut mula.

A treia lege a lui Newton explică fenomen de recul când a fost concediat. Să montăm un model de tun pe căruță, acționând cu abur (Fig. 10) sau cu un arc. Lăsați căruța mai întâi în repaus. Când este tras, „învelișul” (mufa) zboară într-o direcție, iar „arma” se întoarce înapoi în cealaltă.

Recuperarea pistolului este rezultatul reculului. Recunoașterea nu este altceva decât reacția proiectilului, acționând, conform celei de-a treia legi a lui Newton, asupra tunului care aruncă proiectilul. Conform acestei legi, forța care acționează din lateralul tunului pe proiectil este întotdeauna egală cu forța care acționează din partea proiectilului asupra pistolului și este îndreptată opus acesteia.