ТРИ ЗАКОНА СЭРА НЬЮТОНА - Newtonov.ru

ТРИ ЗАКОНА СЭРА НЬЮТОНА

Исаак Ньютон

Что мы знаем о сэре Исааке Ньютоне? Наверно большинство вспомнит историю с падающим яблоком, и закон всемирного тяготения, на открытие которого по легенде это яблоко и сподвигло великого ученого.

Но на самом деле следов, которые оставил после себя прославленный английский физик, математик и астроном значительно больше. Это и изобретение телескопа рефлектора, интегральное и дифференциальное счисление, разложение белого света на составные части, объяснение движения небесных тел, что говорить даже полоски, которые мы можем и по сей день видеть на ребрах монет это тоже одна из его идей.

Сэр Исаак Ньютон по праву считается отцом современной физики, а три закона носящих его имя это фундамент классической механики.

Автомобиль не остановится никогда

Долгое время считалось что тела движутся под действием других тел. И казалось вполне логично, пока лошадь тянет телегу она едет, стоит лошади остановится как телега останавливается вслед за ней.

Но ответьте на вопрос как изменится тормозной путь автомобиля, если под его колесами окажется лед, вместо привычного асфальта. Естественно, тормозной путь увеличится, так как взаимодействие шин со скользким льдом будет значительно хуже.

А что, если пойти дальше, и представить, что нет никакого взаимодействия, а впереди лишь бесконечность??? Автомобиль не остановится никогда.

Первый закон Ньютона

Первый закон Ньютона гласит: «Тело будет находиться в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения, пока и поскольку на него не подействуют другие тела.»

Физическая величина, описывающая действие тел, друг на друга называется силой (\vec{F}). Поэтому можно немного перефразировать первый закон и сказать, что: сила является причиной изменения скорости.

    \[\vec{F}=0;\]

    \[\vec{a}=0.\]

Ну а если сила равна нулю, то и скорость не меняется, а значит и ускорение (\vec{a}) будет нулевое.

К слову, этим можно отчасти объяснить меньший расход топлива на трассе, нежели в городе. Двигаясь преимущественно с постоянной скоростью, мы сжигаем бензин лишь на преодоление сил трения и сопротивления воздуха, когда в городе нам постоянно приходится то ускорятся, то замедлятся, проезжая светофоры и обгоняя неторопливых автолюбителей.

Инерциальные и неинерциальные системы отсчета.

Но возможно ли изменить скорость тела без непосредственного действия на него сил? И, казалось бы, правильный ответ нет, но оказывается да…

Тут нужно вспомнить тот факт, что движение относительно, соответственно, очень важна система отсчета, которую мы выбрали. Что если она сама начнет двигаться с ускорением?

Чтобы понять, о чем идет речь, достаточно прокатится на автобусе или вагоне метро, не держась за поручни. Когда вагон разгоняется вас будет тянуть назад, а при торможении вперед.

Если брать вагон за тело отсчета, и рассматривать движение относительно него, вы не обнаружите сил, которые бы действовали на вас, толкая то в одну, то в другую сторону. При условии, конечно, что это не час пик.

Силы будут действовать на сам вагон, меняя его скорость, а вы будете двигаться по инерции.

Например, вы едете относительно станции с какой-то постоянной скоростью v, при этом относительно вагона вы неподвижны. Но стоит машинисту нажать на тормоз, как вагоны начнут останавливаться, а вы в свою очередь относительно станции по инерции продолжите движение, что же касается вагона, относительно него вы начнете двигаться с ускорением хотя на вас и не действуют никакие силы. Силы понадобятся уже вам чтоб устоять на месте и не упасть.

Поэтому когда говорят о первом законе Ньютона, уточняют, что он справедлив для инерциальных систем отсчета, то есть систем, относительно которых тело сохраняет свою скорость при отсутствии на него воздействий внешних сил, ну или при их взаимной компенсации. Так как исключить полностью действие вех сил скорее всего не получится.

Если же система отсчета движется с ускорением, то она неинерциальная, а следовательно первый закон Ньютона относительно нее работать не будет.

Второй закон Ньютона

Второй закон Ньютона позволяет определить, как меняется скорость при взаимодействии тел, или, проще говоря, позволяет найти ускорение. Давайте разберемся от чего же оно зависит.

Если мы пинаем футбольный мяч, то очевидно, что изменение скорости мяча напрямую зависит от силы удара по нему — чем сильнее пинаем, тем быстрее он улетает в ворота противника. Соответственно, ускорение будет напрямую зависеть от приложенной силы. И с другой стороны, если вместо мяча с той же силой пнуть пудовую гирю… В общем, ускорение будет обратно пропорционально массе тела. Чем масса больше, тем труднее изменить его скорость.

Поэтому говорят, что масса является мерой инертности тела, то есть характеризует его способность сохранять скорость постоянной.

Если собрать все вместе можно сформулировать второй закон Ньютона следующим образом: «Ускорение прямо пропорционально силе, приложенной к телу и обратно пропорционально его массе.»

    \[\vec a= \frac {\vec{F}}{m}\]

    \[\vec{F}=m \vec {a}\]

Так что чем большей массой вы обладаете, тем сильнее вам придется держаться за поручни в метро.

Третий закон Ньютона

Что же касается третьего закона, то самом начале я уже говорил, что сила является мерой взаимодействия тел. А взаимодействие подразумевает действие в обе стороны.

Согласно третьему закону Ньютона, если мы действуем на какое-либо тело с силой F, то это тело будет действовать на нас с той же по модулю силой, но обратной по направлению. Или как еще говорят, сила действия равна силе противодействия.

    \[\vec{F_1}=- \vec{F_2}\]

Что это значит? Все просто, если вас вдруг в темной подворотне пинает группа хулиганов, согласно третьему закону Ньютона, Вы бьёте их с той же по модулю силой!

Берегите себя!

Желаю вам счастья, до скорых встреч.

Добавить комментарий