Эти опытные факты могут служить подтверждением второго закона Ньютона и обоснованием иного способа измерения силы, наряду с взвешиванием. Масса и сила. Законы Ньютона, их экспериментальное подтверждение. Решение задач на законы Ньютона
Главными законы классической механики являются три закона Ньютона. Сейчас мы рассмотрим их подробней.
Первый закон Ньютона
Наблюдения и опыт показывают, что тела получают ускорение относительно Земли, т. е. изменяют свою скорость относительно Земли, только при действии на них других тел.
Представим себе, что пробка воздушного «пистолета» приходит в движении под действием газа, сжимаемого выдвигаемым поршнем, т.е. получается такая последовательная цепочка сил:
Сила, приводящая в движение поршень => Сила поршня, сжимающая газ в цилиндре => Сила газа, приводящая в движение пробку.
В этом и других подобных случаях изменение скорости, т.е. возникновение ускорения, есть результат действие сил на данное тело других тел.
Если же на тело не будут действовать силы (или силы будут скомпенсированным, т.е. ), то тело будет оставаться в покое (относительно Земли), либо двигаться равномерно и прямолинейно, т.е. без ускорения.
На основе этого позволило установить первый закон Ньютона, который чаще называют закон инерции:
Существуют такие инерциальные системы отсчета, относительно которых, тело покоится (частный случай движения) или движется равномерно и прямолинейно, если на тело не действуют силы или действия этих сил скомпенсировано.
Проверить простыми опытами данный закон практически невозможно, потому что невозможно полностью устранить действие всех окружающих сил, особенно действие трения.
Тщательные опыты по изучению движения тел были впервые произведены итальянским физиком Галилеем Галилео в конце XVI и начале XVII веков. Позже более подробнее этот закон был описан Исааком Ньютоном, поэтому в честь него и был назван этот закон.
Подобные проявления инерции тел широко используются в быту и технике. Встряхивание пыльной тряпки, «сбрасывания» столбика ртути в термометре.
Второй закон Ньютона
Различные опыты показывают, что ускорения совпадает с направлением силы, вызывающее это ускорение. Поэтому, можно сформулировать закон зависимости сил приложенных к телу от ускорения:
В инерциальной системе отсчёта произведение массы и ускорение равно равнодействующей силы (равнодействующая сила – геометрическая сумма всех сил, приложенных к телу) .
Масса тела, является коэффициентом пропорциональности данной зависимости. По определению ускорения () запишем закон в иной форме, а далее получается, что в числители правой части равенства является изменение импульса Δ p , поскольку Δ p=m Δv
Значит, второй закон можно записать в такой виде:
В таком виде Ньютон и записал свой второй закон.
Данный закон действителен только для скоростей, много меньших скорости света и в инерциальных системах отсчёта.
Третьей закон Ньютона
При соударении двух тел изменяют свою скорость, т.е. получают ускорения оба тела. Земля притягивает Луну и заставляет ее двигаться по криволинейной траектории; в свою же очередь Луна также притягивает Землю (сила всемирного тяготения).
Эти примеры показывают, что силы всегда возникают парами: если одно тело действует с силой на другое, то и второе тело действует на первое с такой же силой. Все силы носят взаимный характер.
Тогда можно сформулировать третий закон Ньютона:
Тела попарно действуют друг на друга с силами, направленными вдоль прямой, равными по модулю и противоположными по направлению.
Часто этот закон называют трудным законом, т.к. не понимают смысл этот закон. Для простоты понимания закона можно переформулировать данный закон («Действие равно противодействию») на « Сила, противодействующая равна силе действующей» , так как эти силы приложены к разным телам.
Даже падение тел строго подчиняется закону противодействия. Яблоко надает на Землю оттого, что его притягивает земной шар; но точно с такой же силой и яблоко притягивает к себе всю нашу планету.
Для силы Лоренца третий закон Ньютона не выполняется.
Основные законы механики Ньютон
сформулировал в своей книге «Математические начала натуральной философии».
Итак, можно сделать вывод, что все эти три закона Ньютона являются фундаментном классической механики; и каждый из законов вытекает в другой.
Внимание! Задание следующее: найдите и исправьте имеющиеся в статье ошибки, заполните пробелы. Расширьте статью необходимыми материалами. Будьте бдительны: в одном предложении может быть несколько пробелов и несколько ошибок.Опыт с тележкой
Тележку на колесиках скатим с наклонной плоскости на пол, где насыпана горка песка. Доехав до нее, тележка увязнет в песке и остановится. Разровняем песок и вновь позволим тележке съехать с горки. Теперь скорость тележки будет уменьшаться гораздо медленнее. Если же убрать песок, то уменьшение скорости тележки и вовсе будет едва заметно.
1.V =0, причина - песок, находящийся на плоскости.
2.V уменьшается медленнее, т.к. влияет сила трения.
3. Движение тележки по инерции, V приблизительно не меняется.
Если равнодействующая всех сил, приложенных к материальной точке(телу)равна нулю, то скорость точки (тела) не изменяется ни по модулю, ни по направлению.
Формулировка закона: Материальная точка(тело) Изолированное от воздействия внешних сил сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока приложенные силы не заставит его (её) изменить это состояние.
Другими словами, тело сохраняет состояние покоя или движется равномерно прямолинейно, так как все равнодействующая всех сил, на него действующих, равна нулю. Пока это сохраняется, скорость тела либо равна нулю (в состоянии покоя), либо постоянна (при прямолинейном равномерном движении).
Инерция - это явление, при котором тело сохраняет свою скорость при отсутствии действия на него других тел. Движение свободного тела называют движением по инерции, а сохранение им скорости называют явлением инерции.
Первый закон Ньютона справедлив для инерциальных систем отсчёта. За такие системы отсчёта можно принять: гелиоцентрическую систему, движение поезда, движение тележки. Неинерциальной системой отсчёта также считается такая система отсчёта, которая движется с ускорением относительно неинерциальной системы отсчёта. Системы отсчёта, движущиеся с ускорением относительно Земли или каким либо телам, называются инерциальными.
Экспериментальные подтверждения первого закона Ньютона.
Монета, лежащая на плексигласе, закрывающем горлышко бутылки, при резком щелчке по плексигласу в горизонтальной плоскости падает в бутылку.
При резком торможении автомобиля пассажиры, не пристегнутые ремнями безопасности, продолжают по инерции движение вперед, что может привести к травме.
Вывод: таким образом, из первого закона Ньютона следует, что тело может двигаться как при наличии, так и при отсутствии внешнего воздействия.
Инерция - явление сохранения скорости тел постоянной. Тело, не подверженное внешним воздействиям (называется свободным)находится в покое или движется равномерно и прямолинейно.
Существуют такие системы отсчёта, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела или действия тел скомпенсированы.
Инерциальные системы отсчёта - система отсчёта с началом координат в центре Земли, система отсчёта, связанная с центром Солнца. Любая система, движущаяся относительно инерциальных СО, является инерциальной.
Системы, движущиеся с ускорением, являются неинерциальными и в них законы Ньютона не выполняются.
УрокПокоится? Изобразите силы графически. б) Определите силу , под действием которой тело массой закон Ньютона» ; Фаридонов Рустам- «Второй закон Ньютона» закон Ньютона» . Этап практической...
Законы ньютона
УрокПокоится? Изобразите силы графически. б) Определите силу , под действием которой тело массой 500 г движется... Самир- «Первый закон Ньютона» ; Фаридонов Рустам- «Второй закон Ньютона» ; Картюкова Светлана- «Третий закон Ньютона» . Этап практической...
Законы ньютона классическая механика
ЗаконТочке силой и получающимся от этого ускорением этой точки. Фактически, второй закон Ньютона вводит массу ... быть выведены все остальные законы механики. Комментарии к законам Ньютона Сила инерции Законы Ньютона , строго говоря, справедливы...
Блок 1 механическое движение волны звук законы ньютона силы кинематика прямолинейного движения
ЗаконПрямо пропорционально равнодействующей силе и обратно пропорционально массе тела». Третий закон Ньютона : «Силы , с которыми два тела...
Речь пойдёт о двух законах Ньютона – первом и втором
Закон... законов обратимся к физической сущности явления инерции, с привлечением представлений о веществе, инерционной массе и силе ... То есть инерционная масса – взаимосвязь и... второго закона Ньютона НЕ УЧТЕНА СИЛА ИНЕРЦИИ. Второй закон Ньютона ОШИБОЧЕН. ...
Читая книжки об основаниях механики, задумался еще раз о том, опровергаемы ("фальсифицируемы") ли ньютоновы законы? Напомню, что согласно Попперу, научной является только такая теория, которую в принципе возможно опровергнуть экспериментально, т.е. "фальсифицируемая" теория. Казалось бы, абсурдный вопрос - законы Ньютона приводят как классический пример фальсифицируемости. Более того, в ХХ веке ньютоновская механика была опровергнута экспериментально с появланием теории относительности и квантовой механики и считается верной лишь приближенно. Тем не менее, с опровергаемостью трех законов Ньютона не все так просто.
Первый з-н Ньютона говорит, что сущетвуют такие системы отсчета (называемые инерциальными), в которых все тела, на которые не действуют силы, будут двигаться с постоянной (или нулевой) скоростью. Смысл 1-го закона не в том, что нулевой силе соответствуюе нулевое ускорение (это как раз следует из 2-го закона). Смысл 1-го закона в том, что сущетвуют системы отсчета, в которых верен 2-ой закон. Как его возможно экспериментально опровергнуть, т.е. фальсифицировать? Надо показать, что нет таких систем отсчета. Но экспериментально доказать не-существование чего-либо очень сложно. Теория "вампиров не сущетсвует" является фальсифицируемой. Теория "вампиры существуют" не является фальсифицируемой. Более того, проблема с тем, что мы называем вампиром. Всегда можно сказать, вампиров, как мы их понимали, нет, но есть вот такие-то животные-кровососы, их мы отныне и называем вампирами. А в случае 1-го закона всегда можно сослаться на то, что инерциальных систем отсчета, в которых верен 2-ой закон, не существует, но это проблема 2-го закона, а не 1-го. Короче, вроде бы опровергнуть первый з-н отдельно от второго нельзя, он лишь вводит понятие, нужное для использование 2-го закона.
Второй закон утверждает, что сила равна произведению массы и ускорения (или, точнее, производной импульса). Как его фальсифицировать? Казалось бы очень просто - измерять силу и ускорение, например, для какого-нибудь тела массой в килограмм. Как только ускорение окажется не пропорционально силе, второй закон опровергнут. Для простоты мы не рассматриваем понятие массы (иначе тут же придется разбирать закон сохранения массы), а полагаем, что имеем дело с одним и тем же телом постоянной массы (что, кстати, подразумевает использование аристотелева закона тождества объекта себе, относимый не к физике, а к метафизике). Итак, ускорения мы измерять yмеем, потому что первый з-н дал нам инерциальные системы. Осталось разобраться, что такое сила? Допустим, мы приложили к телу силу 9.81 ньютона и намерили ускорение 9.81 м/с 2 . А потом приложили силу 100 N и намерили 100 м/с 2 . Откуда мы знаем, что сила была именно 100 N и 9.81 N? Никакого независимого способа измерения силы-то у нас нет! Можно сказать, что мы подсчитали силу 9.81 N, исходя из закона всемирного тяготения. Это незавиcимый способ. Но, допустим, измерли ускорение, и оно оказалось равно 10 м/с 2 a ne 9.81 м/с 2 . Значит ли, что мы опровергли Второй з-н Ньютона? Нет, скорее мы опровергли з-н всемирного тяготения. То есть, наверно, сила-то была 10 N, а не 9.81 N, как предсказывает з-н тяготения. То же относится к силе, определенной "извне" (не из 2-го з-на) любым другим способом - из закона Кулона, закона Гука, Архимеда и т.п. Они и окажутся фальсифицированы в случае несоответствия экспериманта предсказанию. Выходит, что 2-ой закон опровергнуть не так просто. Он (по одной из точек зрения) является чем-то вроде определения силы.
Наконец, третий закон говорит, что сила действия равна силе противодействия. Можно ли его опровергнуть? Можно, но в такой системе не будет сохраняться импульс. Если тело А действует на тело Б с силой 100 N., а тело Б на тело А с силой 99 N, то их общий центр массы начнет ускоренно двигаться. То есть на систему АБ никакой внешней силы не действует, но она ускоряется. Это противоречит первому и второму законам.
В то же время, мало сомнений, что механика Ньютона вполне несет содержательный, опровергаемый смысл, т.е. это не просто собрание определений и названий. Видимо, дело в том, что законы Ньютона это одно, а ньютонова механика (содержательные положения, которые можно применять на практике) - немного другое, и содержательные положения включают помимо трех законов разные дополнительные вещи. Впрочем, Трусделл и Нолл полагают, что 2-ой и 1-ый закон вместе все же опровергаемы, если ввести математически точно понятие силы.