Основные понятия динамики. Законы Ньютона и их следствия.

Тема. Динамика.

Основные понятия динамики. Законы Ньютона.

Был этот мир кромешной тьмой окутан,

«Да будет свет!- И вот родился Ньютон.»

Аристотель (200 веков до Галилея) Г.Галилей (1564-1642), И.Ньютон (1642-1727)

План.

1. Понятие силы.

2. Закон инерции.

3. Понятие массы.

4. Второй закон Ньютона

5. Третий закон Ньютона.

Примеры: сила удара, сила трения, сила упругости, сила тяготения.

• С ила - векторная физическая величина характеризует действие одного тела на другое, вызывает изменение скорости тела или его деформацию.

Обозначается: вектор силы F, модуль силы F, проекция силы Fx.

Изображается направленным отрезком прямой-вектором, проведенным из точки приложения силы, причем, длина стрелки в выбранном масштабе показывает числовое значение силы.

Fупр

Масштаб: 1 Н

Fтяж

С илы считаются равными , если они имеют одинаковое направление и их модули равны.

F1 = F2, F1 = F2, F1 ↑↑ F2

С илы, имеющие одинаковый модуль, направленные в разные стороны, не равны.

F1 ≠ F2, F1 = F2,

Д ве силы численно равные, направленные противоположно, уравновешивают (компенсируют) друг друга .

F 1 F2 F1 = F2, F1 + F2 = 0, R=0

Измерение сил.

Измерить силу, значит сравнить ее с эталоном силы (силы, принятой за единицу). Для этого удобно пользоваться силой, возникающей при упругой деформации твердого тела (например, пружины). При упругой деформации выполняется закон Гука: сила упругости пропорциональна удлинению ( Fупр ~ Δ l ). Проградуировав пружину, можно получить прибор для измерения силы - динамометр (для пружинных весов можно использовать не растяжение, а сжатие пружины).

Пример: изменение скорости по величине и по направлению при действии других тел.

• Инерция- это явление сохранения телом скорости при отсутствии действия других тел. Вывод: скорость тела (и состояние покоя) сохраняется при отсутствии действия других тел.

Утверждение Г.Галилея - закон инерции: всякое тело сохраняет свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку на него не действуют другие тела.

• Инертность- свойство тел сохранять скорость неизменной при отсутствии действия других тел.

Первый закон Ньютона: существуют системы отсчета, относительно которых тело движется прямолинейно и равномерно или находится в покое, если на него не действуют другие тела, или действие других тел скомпенсировано. (т.е. R=0)

Примеры: книга лежит на столе, шарик подвешен на нитке, движение тела с постоянной скоростью в жидкости, движение парашютиста , движение человека на эскалаторе.

• Масса - скалярная физическая величина, которая является мерой инертности тел в поступательном движении. (Мерой инертности при вращательном движении является момент инерции).

Fупр Т

Fтяж Fтяж

Пример зависимости ускорения от действующей силы и массы.

а ~ F, а ~1/m

Второй закон Ньютона. Ускорение, с которым движется тело, направлено в сторону действия силы, прямо пропорционально силе его вызывающей и обратно пропорционально массе этого тела.

а = F/m

С ледствия 2 закона:

1. Если на тело действуют несколько сил , то R = F= F1 + F2 + F3+… (принцип суперпозиции сил)

2. С ила связана с ускорением , а не со скоростью.

у V₀ V g

Fтяж

Fтяж х

1. Т ело находится в покое или движется равномерно и прямолинейно, если равнодействующая сила равна 0.

m1а1= - m2а2

Третий закон Ньютона. Тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной прямой, равными по модулю и направленными противоположно.

F 1= - F2

Примеры: взаимодействие Луны и Земли, двух заряженных тел, ракетки и теннисного мяча, комара и КамАЗа, человека и Земли( при ходьбе и беге), космического корабля и Земли при запуске и т.д .

Границы применимости законов Ньютона:

F1 F2

1. ИСО (инерциальные системы отсчета) – системы отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона. 2. Небольшие массы и малые скорости

ИСО можно считать Землю (с небольшим приближением, т.к. Земля вращается вокруг своей оси , а значит, все точки поверхности (кроме тех, что на полюсах) движутся с ускорением, но расчет показывает, что это ускорение незначительное и им можно пренебречь,

для нашей широты (широта города Пензы 53⁰) ац=V²/R=270²/6400000=0,011 м/с²,

для экватора: ац=450²/6400000=0,032 м/с²)

Нельзя искать равнодействующую в 3-ем законе Ньютона, т.к. силы приложены к разным телам. Силы , возникающие при взаимодействии , одинаковые по природе.