Newton törvényei. Newton második törvénye. Newton törvényei - a megfogalmazás

A természeti jelenségek tanulmányozása aa kísérlet csak akkor lehetséges, ha minden szakasz megfigyelhető: megfigyelés, hipotézis, kísérlet, elmélet. A megfigyelés lehetővé teszi a tények azonosítását és összehasonlítását, a hipotézis lehetővé teszi számukra részletes tudományos magyarázatot, amely kísérleti megerősítést igényel. A testmozgás megfigyelése érdekes következtetésre vezetett: a test sebességének változása csak egy másik test hatására lehetséges.

Például ha gyorsan felmegy a lépcsőn, akkorforgassa el, csak meg kell ragadnia a korlátot (változtatni a mozgás irányát), vagy szüneteltetni (változtatni a sebességet), hogy ne ütközzön az ellenkező falra.

A hasonló jelenségek megfigyelései a fizika egy részének létrehozásához vezettek, amely a testek sebességében vagy deformációjában bekövetkező változások okait vizsgálja.

A Dynamics alapjai

Annak érdekében, hogy válaszoljon a szentséges kérdésre, hogy miért mozog a fizikai test valamilyen módon, vagy nyugalomban van, dinamikát kell kérni.

Tekintsük a nyugalmi állapotot.A mozgás relativitásának koncepciójából kiindulva megállapíthatjuk, hogy nincs és nincsen semmiféle rögzített test. Bármely tárgy, amely egy referenciatesthez képest mozdítható, a másikhoz képest mozog. Például egy asztalon fekvő könyv mozdulatlanul áll egy asztalhoz képest, de ha az ember egy eltávozó személyhez viszonyított helyzetét vizsgálja, akkor természetes következtetésre jutunk: a könyv mozog.

Ezért a test mozgásának törvényeit inerciális referenciakeretekben kell figyelembe venni. Mi ez?

A tehetetlenségi keret olyan referenciakép, amelyben a test nyugszik vagy egyenletes és egyenes vonalú mozgást végez, feltéve, hogy más tárgyakat vagy tárgyakat nem érinti.

A fenti példában a referenciakeret,amely az asztalhoz kapcsolódik, inerciálisnak nevezhető. Egyenletes és egyenes vonalú személy az ISO referenciaként szolgálhat. Ha mozgása felgyorsul, akkor lehetetlen inerciális CO-t társítani hozzá.

Valójában egy ilyen rendszer korrelálhat a testekkel,mereven rögzítve a Föld felszínén. Azonban a bolygó önmagában nem szolgálhat referencia keretként az ISO számára, mivel egyenletesen forgatja a saját tengelyét. A felszínen lévő testek centripetális gyorsulást mutatnak.

Mi a tehetetlenség?

A tehetetlenség jelensége közvetlenül kapcsolódik az ISO-hoz.Emlékszel, mi történik, ha egy mozgó autó hirtelen megáll? Az utasok veszélyeztetettek, ahogy tovább folytatják mozgásukat. Állítsa meg az első ülést vagy a biztonsági öveket. Magyarázza el ezt a folyamatot az utas tehetetlenségével. Ez így van?

A tehetetlenség olyan jelenség, amely feltételezi a megőrzésta test állandó sebességét a többi testület hatásának hiányában. Az utas öv vagy karosszék hatása alatt van. A tehetetlenség jelenségét itt nem figyeljük meg.

A magyarázat a test tulajdonában rejlik, és aő azonnal megváltoztatja a sebességet egy tárgy lehetetlen. Ez a tehetetlenség. Például a hőmérő higanyának inertsége lehetővé teszi az oszlop leengedését, ha rázzuk a hőmérőt.

A tehetetlenség mértéke testtömegnek nevezik.Amikor kölcsönhatásba kerül, a sebesség kisebb mértékben változik kisebb testek esetén. Az utóbbiak betonfalával történő autó ütközése gyakorlatilag nyom nélkül történik. Az autó leggyakrabban visszafordíthatatlan változásokon megy keresztül: a sebesség változik, jelentős deformáció van. Kiderül, hogy a betonfal közömbössége jelentősen meghaladja az autó tehetetlenségét.

Lehetséges-e megfelelni a természeti jelenségnek?tehetetlenség? Az a körülmény, amely alatt a test nem kapcsolódik más testekhez, az a mély terület, amelyben az űrhajó a motorok kikapcsolt állapotában mozog. De még ebben az esetben is jelen van a gravitációs pillanat.

Alapértékek

A kísérleti szint dinamikájának vizsgálata feltételezi a fizikai mennyiségek mérésével végzett kísérleteket. A legérdekesebbek a következők:

• a gyorsulás a test sebességének változási sebességének mértékében; jelöli az a, a m / s mértékben²;
• a tömeg a tehetetlenség mértéke; amelyet m, m-ben mért betű jelöli;
• erő a testületek kölcsönös cselekvésének mércéjeként; általában F betűvel jelöltük, H-ban (newtons) mérve.

Ezeknek a mennyiségeknek a viszonyát háromban határozzák megtörvényeket, amelyeket a legnagyobb angol fizikus levon. Newton törvényei arra szolgálnak, hogy megmagyarázzák a különböző testek interakciójának összetettségét. És azokat a folyamatokat is, amelyek irányítják őket. Ez a "gyorsítás", "erő", "tömeg" Newton törvényei, amelyeket a matematikai kapcsolatok kötnek. Próbáljuk kitalálni, hogy mit jelent.

Egyetlen erő hatása kivételes jelenség. Például egy földi pályán mozgó mesterséges szatellit csak a vonzás ereje okozza.

eredő

Több erõ hatása egyetlen erõvel helyettesíthetõ.

A testre ható erők geometriai összegét eredményezik.

Ez csak a geometriai összeg, mivel az erő olyan vektor mennyisége, amely nem csak az alkalmazási ponttól, hanem az intézkedés irányától is függ.

Például, ha elég mozgásban kell lennimasszív kabinet, akkor meghívhatja barátait. Együtt a kívánt eredmény érhető el. De csak egy, nagyon erős embert hívhat meg. Az erőfeszítése megegyezik minden baráti cselekedettel. A hős által alkalmazott erőt nevezhetjük eredménynek.

Newton mozgás törvényeit az "eredő" koncepció alapján fogalmazza meg.

A tehetetlenség törvénye

Kezdje el tanulmányozni a Newton törvényeit a leggyakoribbakkalelőforduló jelenség. Az első törvényt általában a tehetetlenség törvényének nevezik, mivel megállapítja az egyenletes vonalas mozgás okait vagy a testek többi állapotát.

A test egyenletesen és egyenesen mozog, vagy nyugszik, ha erõ nem hat rá, vagy ezt a lépést kompenzálják.

Meg lehet állítani, hogy ennek eredményeaz eset nulla. Ebben az állapotban például egy autó állandó sebességgel mozog az út egyenes szakaszán. A vonzás erő hatását kompenzálja a tartó reakcióerője, és a motor tolóereje modulo egyenlő a mozgással szembeni ellenállás erejével.

A mennyezeten lévő csillár nyugszik, mivel a gravitáció erejét kompenzálja a rögzítés feszültsége.

Kompenzált csak olyan erők lehetnek, amelyek egy testhez kapcsolódnak.

Newton második törvénye

Tovább mennünk. A testek sebességének megváltozását okozó okok Newton második törvényét tartják. Mit beszél?

A testre ható egyenlő erőt a testtömeg terméke határozza meg az erő hatása alatt felgyorsult erővel.

2 Newton-törvény (képlet:F = ma) sajnos nem okoz ok-okozati összefüggést a kinematika és a dinamika alapkoncepciói között. Nem tudja pontosan megmondani, mi okozza a testek felgyorsulását.

Másképpen fogalmazunk: a test által kapott gyorsulás közvetlenül arányos az eredő erővel, és fordítottan arányos a test tömegével.

Így megállapítható, hogy a sebességváltozás csak a rá ható erővel és a test tömegével függ össze.

2 Newton törvény, amelynek képletét lehet ésilyen: a = F / m, a vektor formában alapvetőnek tekinthető, mivel lehetővé teszi a fizika részei közötti kapcsolat létrehozását. Itt a a szervezet gyorsulásvektora, F az erők eredménye, m a test tömege.

Az autó gyorsított mozgása lehetséges, haa motor tolóereje meghaladja a mozgással szembeni ellenállást. Ahogy a vonóerő nő, a gyorsulás is így van. A tehergépkocsik nagy teljesítményű motorokkal vannak ellátva, mivel tömegük sokkal nagyobb, mint a személygépkocsi tömege.

A nagy sebességű versenyekre létrehozott autók,úgy vannak kialakítva, hogy minimálisan szükséges alkatrészekkel vannak biztosítva, és a motorteljesítményt a lehető legnagyobb mértékben növelik. A sportkocsik egyik legfontosabb jellemzője a gyorsulás 100 km / h-ra. Minél kisebb ez az időintervallum, annál jobb az autó sebesség jellemzői.

A kölcsönhatás törvénye

Newton törvényei, amelyek a természet erői,azzal érvelnek, hogy bármilyen kölcsönhatás kíséretében megjelenik egy pár erő. Ha a labda lóg a meneten, akkor teszteli hatását. A fonalat a labda hatására is nyújtják.

Teljesíti a Newton törvényeit a harmadik törvény. Röviden, ez így hangzik: a cselekvés egyenlő az ellene. Mit jelent ez?

Azok az erők, amelyekkel a testek egymásra hatnak,egyenlő nagyságú, ellentétes irányban és a testek középpontjait összekötő vonal mentén irányítva. Érdekes, hogy nem lehet kompenzálni, mert különböző testeken járnak el.

Jogszabályok alkalmazása

A "Ló és kosár" híres feladataállj meg. A ló, amelyet a kocsihoz szereltek, a helyéről mozgatja. A Newton harmadik törvényének megfelelően ez a két tárgy azonos erővel hat egymásra, de a gyakorlatban a ló mozgatja a kosarat, ami nem illeszkedik a szabályszerűséghez.

A megoldás megtalálható, ha figyelembe vesszük ezt a rendszerta testületek nincsenek bezárva. Az út hatással van mindkét testre. A pihenő súrlódás ereje, amely a ló patáiban hat, meghaladja a kocsi gördülő kerekeinek súrlódási erejét. Végül is a mozgás pillanata a kocsi mozgatásával kezdődik. Ha a helyzet megváltozik, a ló semmilyen körülmények között sem mozog. A patái az út mentén csúsznak, és nem lesz mozgás.

Gyermekként, szánkózáson egymás mellett, mindenkinek ilyen példával kell szembenéznie. Ha két vagy három gyermek ül a szánon, az egyik erőfeszítése nem elegendő mozgatni őket.

A testek a föld felszínére esett, magyaráztaArisztotelész ("Minden test tudja a helyét") az előzőek alapján meg lehet cáfolni. Az objektum ugyanolyan erővel mozog a földre, mint a Föld. Paramétereik összehasonlításával (a Föld tömege sokkal nagyobb, mint a test tömege), a Newton második törvényének megfelelően kijelentjük, hogy egy tárgy gyorsulása annyi, mint a Föld gyorsulása. Pontosan megfigyeljük a test sebességének változását, a Föld nem mozog a pályáról.

Alkalmazhatósági határértékek

A modern fizika A Newton törvényei nem tagadják, hanem csak alkalmazhatóságuk korlátait határozzák meg. A huszadik század elejéig a fizikusok nem kételkedtek abban, hogy ezek a törvények a természet minden jelenségét magyarázzák meg.

1, 2, 3 Newton törvény teljes mértékben feltárja a makroszkopikus testek viselkedésének okait. Ezeket a posztulátumok teljesen leírják az elhanyagolható sebességű tárgyak mozgását.

Megpróbálják megmagyarázni alapjukon a testek mozgásáta fénysebesség közelében közelíti meg a sebességet. A sebesség és a tér és idő tulajdonságainak teljes változása nem teszi lehetővé a Newton dinamikájának használatát. Ezenkívül a törvények megváltoztatják megjelenésüket a nem inerciális JI-ben. Alkalmazásukhoz bevezetik a tehetetlenségi erő fogalmát.

Magyarázza el a csillagászati ​​testek mozgását, szabályaita hely és az interakció Newton törvényei lehetnek. E célból bevezetik az univerzális gravitáció törvényét. Nem lehet látni a kis testek vonzásának eredményét, mert a hatalom elenyésző.

Kölcsönös vonzódás

Ismert egy legenda, amely szerint Mr.Newton, aki a kertben ült és figyeli az almák leesését, ragyogó ötlet volt: megmagyarázni a tárgyak mozgását a Föld felszínének közelében és a kozmikus testek mozgását a kölcsönös vonzerő alapján. Ez nem olyan messze van az igazságtól. Megfigyelések és pontos számítások nemcsak az almák bukását, hanem a hold mozgását is magukban hordozták. E mozgás szabályszerűsége azt a következtetést vonja le, hogy a vonzalom ereje a kölcsönható testek tömegével nő, és egyre nagyobb távolságra van köztük.

Newton második és harmadik törvényére támaszkodva az egyetemes agresszió törvénye a következőképpen fogalmazódik meg: az univerzum minden teste vonzódik egymáshoza testek közepét összekötő vonal mentén irányított erővel, amely a testek tömegével arányos, és fordítottan arányos a testek közepei közötti távolság négyzetével.

Matematikai jelölés: F = GMm / r², ahol F a vonzó erő, M, m az egymásra ható testek tömege, r a köztük lévő távolság. Az arányossági együttható (G = 6,62 x 10^-11 nm²kg²) megkapta a gravitációs állandó nevét.

Fizikai értelem: ez az állandó egyenlő az 1 kg-os tömegű két test közötti 1 m távolságú vonzalommal. Nyilvánvaló, hogy a kis tömegű testek esetében az erő annyira jelentéktelen, hogy elhanyagolható. A bolygók, a csillagok, a galaxisok esetében a vonzereje olyan hatalmas, hogy teljes mértékben meghatározza mozgásukat.

Ez Newton vonzerejeA rakéták elindításához olyan üzemanyagra van szükség, amely képes olyan sugárhajtóerőt létrehozni, amely leküzdi a Föld befolyását. Az ehhez szükséges sebesség az első kozmikus sebesség, amely 8 km / s.

Modern rakétatechnológialehetővé teszi a pilóta nélküli állomásoknak a Nap mesterséges műholdaként való elindítását más bolygókra, hogy azokat kivizsgálják. Az ilyen berendezés által kifejlesztett sebesség a második kozmikus sebesség, amely 11 km / s.

A törvények alkalmazásának algoritmusa

A dinamika problémáinak megoldása egy bizonyos cselekvési sorrendnek felel meg:

• A feladat elemzése, az adatok azonosítása, a mozgás típusa.
• Hajtson végre egy rajzot, amely jelzi a testre ható összes erőt és a gyorsulás irányát (ha van). Válassza ki a koordinátarendszert.
• Írja be az első vagy a második törvényta test gyorsulásának jelenlétéből, vektor formában. Figyelembe kell venni az összes erőt (eredő erő, Newton törvényei: először, ha a test sebessége nem változik, másodszor, ha van gyorsulás).
• Az egyenletet a kiválasztott koordináta-tengelyek vetületein átírjuk.
• Ha az eredményül kapott egyenletrendszer nem elég, írja le másokra: erők, kinematikai egyenletek, stb.
• Oldja meg az egyenletrendszert a kívánt értékre.
• Végezzen el egy dimenziós ellenőrzést a kapott képlet helyességének meghatározásához.
• Számolja.

Általában ezek az intézkedések elégségesek ahhoz, hogy megoldják a szabványos problémákat.