Урок по теме:

Законы Ньютона.

Первый закон Ньютона.Инерция

Цель:

Повторениеосновных понятий,графиков и формул,связанных с первымзаконом Ньютона

Динамика – раздел механики

Динамикой называют раздел механики, в которомизучают различные виды механических движений с учетомвзаимодействия тел между собой.

Основы динамикисоставляют три законаНьютона, являющиесярезультатом обобщениянаблюдений и опытов вобласти механическихявлений, которые былиизвестны еще доНьютона и осуществленысамим Ньютоном.

Ограничения динамики

Законы динамики Ньютона (иначе называемойклассической динамикой) имеютограниченную область применимости.

Они справедливы длямакроскопическихтел, движущихся соскоростями, многоменьшими, чемскорость света ввакууме

Инерция

Такие случаи практически невозможны, поэтому движе-ние по инерции – этоидеальный случай, к кото-рому реальные движения могутприближаться в той или иноймере.

• Явление сохранения скорости тела, когда на тело в направлении движения не действуют никакие другие тела, называется инерцией.

Первый закон Ньютона

Существуют такие системы отсчета,относительно которых изолированныепоступательно движущиеся теласохраняют свою скорость неизменнойпо модулю и направлению.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЬЮТОНАПо книге: И. Ньютон. Математические начала натуральной философии. пер. с лат. А. Н. Крылова. М.: Наука, 1989.

Всякое тело продолжает удерживаться всостоянии покоя или равномерного ипрямолинейного движения, пока ипоскольку оно не понуждаетсяприложенными силами изменить этосостояние.

С современной точки зрения, такая формулировканеудовлетворительна.

Во-первых, термин «тело» надо заменить на «материальнаяточка», так как тело конечных размеров в отсутствие внешних силможет совершать и вращательное движение.

Во-вторых, и это главное, Ньютон в своём труде опирался насуществование абсолютной неподвижной системы отсчёта, тоесть абсолютного пространства и времени, а это представление

современная физика отвергает.

Примеры

Равнодействующая равна нулю

Равнодействующая равна нулю

Равнодействующая равна нулю

тF

уF

Инерциальные системы отсчета

Так как движение и покой относительны, в различныхсистемах отсчета движение изолированного тела будетразным.

В одной системе отсчета тело может находиться в покое илидвигаться с постоянной скоростью, в другой системе это жетело может двигаться с ускорением.

Системы отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона, называют

.

Первый закон Ньютона (или законинерции) из всего многообразия системотсчета выделяет класс так называемыхинерциальных систем

Алгоритм решения типовой задачи:

1. Кратко записываем условие задачи.

2. Изображаем условие графически, указав действующие на тело (точку) силы.

3. Корректируем и обозначаем на рисунке систему отсчета.

4. Проводим решение, применяя 1 закон Ньютона.

5. Записываем ответ.

Пример решения:

1. Кратко записываем условие задачи.

2. Изображаем условие графически, указав действующие на шар силы.

Рисуем начальные условия. На рисунке сразу обозначаем систему координат.

1. Проводим общее решение, применяя 1 закон Ньютона.

В соответствии с этим законом, шар будет сохранять состояниеравномерного прямолинейного движения относительноЗемли. Пока скорость каюты будет постоянной, он будет с точкизрения наблюдателя в каюте, выглядеть неподвижным.

К потолку каюты равномерно идущего теплохода подвешен тяжелыйшар. Какое произойдет изменение его положении, если теплоход:

а) ускорит ход; б) повернет в сторону; в) уменьшит ход?

а) Пароход увеличивает скорость.

В системе отсчета, связанной с землей, это будетвыглядеть так, как будто бы пароход начал уходить отшара вперед. Движение каюты начнет опережатьдвижение шара и уведет верх подвеса вперед,шар отстанет.

б) Пароход поворачивает в сторону.

В системе отсчета, связанной с землей, это будет выглядеть так, как будто бы пароход начал уходить от шара в сторону, а шар будет оставаться на месте. Движение каюты уведет верх подвеса в сторону, шар отклонится в каюте в сторону, противоположную повороту.

в) Пароход уменьшает скорость.

Шар по инерции будет продолжать движение и уведет низ подвеса вперед. Движение каюты будет отставать от движения шара

Ответ. С точки зрения наблюдателя в каюте приувеличении скорости парохода произойдетотклонение шара назад, при повороте - отклонение всторону, противоположную повороту, приуменьшении скорости - отклонение вперед.

Связь графиков

при отсутствие действия сил

– это графики прямолинейного равномерного движения

t, с

F, Н

0

t, с t, с t, с0 0 0

S, м а, м/с2

V, м/с

Равнодействующаясил равна нулю

Тело движется без

ускорения

Скорость постоянна

График движения

прямая

Расчетная

формула: s = vt

Сущность первого закона Ньютона может быть сведена к трём основным положениям:

Все тела обладают свойствами инерции;

существуют инерциальные системы отсчёта, в которых выполняется первый закон Ньютона;

движение относительно если тело А движется относительно тела отсчета В со скоростью υ, то и тело В, в свою очередь, движется относительно тела А с той же скоростью, но в обратном направлении υ = – υ'.

ИТОГИ:

Всякое тело продолжает удерживаться всостоянии покоя или равномерного ипрямолинейного движения до тех пор,пока приложенные к нему внешниесилы не изменят это состояние

Второй закон Ньютона.Инерция

ПОВТОРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ,

ГРАФИКОВ И ФОРМУЛ,

СВЯЗАННЫХ СО ВТОРЫМ

ЗАКОНОМ НЬЮТОНА.

Цель:

Сила – причина ускорения

Сила, приложенная к телу, является причиной его ускорения.

Ускорение обратно пропорционально массе

Опыт показывает, что ускорения, сообщаемые телам одной и той же постоянной силой, обратно пропорциональны массам этих тел.

Ускорения, сообщаемые телам одной и той жепостоянной силой, обратно пропорциональнымассам этих тел

Ускорение прямо пропорциональным силе

При действии разных по модулю сил на одно и то же тело, его ускорениеоказывается прямо пропорциональным силе.

Ускорение прямо пропорциональным силе

Второй закон Ньютона

Второй закон Ньютона

m

Fa

II закон Ньютона:В инерциальной системе отсчета ускорение тела прямо пропорционально векторной сумме всех действующих на тело сил и обратно пропорционально массе тела:

Примеры:

силы, действующие на самолет, и направление вектора скорости в какой-то момент времени (F – сила тяги, Fc – сила лобового сопротивления, Fт – сила тяжести, Fп – подъемная сила).

будет двигаться самолет дальше, если:a) Fт = Fп, F = Fс Самолет будет двигаться равномерно, прямолинейно, т.к. действие всех сил скомпенсировано;б) Fт = Fп, F > Fс Самолет будет двигаться прямолинейно, ускоренно (увеличивать скорость), т.к. равнодействующая всех сил направлена по направлению скорости;в) Fт > Fп, F = Fс Самолет будет двигаться ускоренно криволинейно вниз, т.к. равнодействующая всех сил направлена вниз;г) Fт < Fп, F = Fс самолет будет двигаться ускоренно криволинейно вверх, т.к. равнодействующая всех сил направлена вверх.

Используем проекции на координатную ось

γm∙m2/r2= ma

Примеры:

Fт – rv = ma

Еще один хороший пример проявления второго закона Ньютона мы можем привести, если перепишем его

следующими словами:

Сила равна произведению массы на скорость, деленному на время.

Эта формулировка особенно полезна спортсменам: она объясняет, как, например, надо ловить мяч, чтобы его не упустить или чтобы он не очень сильно ударил ловящего. Надо расслабить все мускулы, податься с мячом немного назад. Правильное поведение увеличивает время ловли мяча и тем уменьшает удар.

Упражнение: Используя второй закон Ньютона, объясните:

а) Почему падение на мерзлую землю опаснее, чем на рыхлый снег?

б) Почему прыгнув с высоты нескольких этажей на натянутый брезент, можно остаться невредимым?

Рассмотрим более сложный пример

1. Автомобиль массой 1 т поднимается по шоссе с уклоном 300 поддействием силы тяги 7 кН. Найти ускорение автомобиля, считая, чтосила сопротивления зависит от скорости движения. Коэффициентсопротивления равен 0,1. Ускорение свободного падения принятьравным 10 м/с2

α

Х

У

mg

N

Fт

Fтh

a

mgx = - mg sin α

Nx = 0

Fтx = Fт

Fтр x = - Fтр

mgy = - mg cos α

Ny = N

Fтy = 0

Fтр y = 0

- mg sin α + Fт - Fтр = m a

- mg cos α + N = 0

ax = a ay = 0

Алгоритм решения задач динамики

1. Изобразите силы, действующие на каждое тело в инерциальной системе отсчета.

2. Запишите для каждого тела второй закон Ньютона в векторной форме.

3. Выберите координатные оси. (Если известно направление ускорения, то целесообразно направить одну ось вдоль ускорения, а вторую перпендикулярно ему.)

4. Проецируя второй закон Ньютона на координатные оси, получите систему уравнений для нахождения неизвестных величин.

5. Решите систему уравнений, используя аналитические выражения для всех сил и дополнительные условия. Y

Итоги:

Третий закон Ньютона

ПОВТОРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ,

ГРАФИКОВ И ФОРМУЛ,

СВЯЗАННЫХ С ТРЕТЬИМ ЗАКОНОМ

НЬЮТОНА.

Цель:

Силы взаимодействия двух тел

В инерциальных системах отсчета все силы возникают только парами

Силы взаимодействия между гирей и скамьей

Силы взаимодействия между человеком и землей при ходьбе

Силы взаимодействия между Землей и Луной

Силы взаимодействия между сгоревшими газами и ракетой

Действие силы тяжести и архимедовой силы на тело,

погруженное в жидкость

Тела действуют друг на друга с силами,

противоположно направленными

Вывод

Обе пружины действуют друг на друга с силами, равными по величине и противоположными по направлению

F1 F2

Силы взаимодействия на примере динамометра

Силы, с которыми тела действуют друг надруга, равны по модулю и направленывдоль одной прямой в противоположныестороны.

Третий закон Ньютона справедлив и в случае взаимодействия на расстоянии

Дополнение

Обратите внимание

Важно понимать, что силы приложены к разным телам

Силы приложены к одному телу

Силы приложены к разным телам

и поэтому не могут уравновешивать друг друга.

Динамометры А и В действуют друг на друга с силами F1 и F2

Обе силы равны по модулю,противоположны по в направлению и приложены к разным теламСила F1 приложена к телу В

Сила F2 приложена к телу А

Обратите внимание

ПояснениеВ данном случаесущественную рольиграет сила трения– она действует какна мальчика, так ина тележку.

При этом сила трения, действующаяна мальчика не должна превышатьсилу трения, действующую натележку.

Пояснение

Если мальчик будет идти поскользкому льду, то силытрения, действующей намальчика со стороны льдабудет недостаточно, чтобысдвинуть тележку

То же самое будет снагруженной тележкой, когдамальчик, даже упираясьногами, не сможет создатьдостаточную силу, чтобысдвинуть тележку с грузом

Примеры применения

Обе партии действуют друг надруга (через канат) содинаковыми силами.

Значит, выиграет (перетянет канат) не та партия, которая сильнее

тянет, а та, которая сильнее упирается в Землю.

Лошадь везет сани: сани тянутлошадь назад с такой же помодулю силой F2, с какойлошадь тянет сани вперед(сила F1)

Во-первых, эти силы приложены к разным телам,а во-вторых, и на сани и на лошадь действуют еще и силысо стороны дороги

F2 F1

Случай системы связанных тел

Выделим пары сил

F = TF21 = F12

F12 = μ∙m1g F21 = μ∙m2g

Где μ – коэффициент трения

F = μ∙m1g + μ∙m2g

T = F = μ∙m1g + μ∙m2g • При этом система движется с ускорением

• Поэтому по II закону Ньютона:

mg - T = ma mg – (μ∙m1g + μ∙m2g) = ma

Итоги:

Третий закон Ньютона отражает тот факт, что сила есть результат взаимодействия тел, и устанавливает, что силы, с которыми действуют друг на друга два тела, равны по величине и противоположны по направлению.

1. § 14-а. Первый закон Ньютона. Учебник "Физика-9". Физика. Ру. //[Электронный

ресурс] // http://cit.vvsu.ru/MIRROR/www.fizika.ru/theory/tema-14/14a.htm

2. § 7. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Социальный

навигатор. Справочник для абитуриентов, ищущих работу молодежи

//[Электронный ресурс]

//http://www.edu.yar.ru/russian/projects/socnav/prep/phis001/dyn/dyn7.html

3. 1 закон Ньютона. Движение тела при отсутствии сил, при равенстве нулю

равнодействующей. UMS //[Электронный ресурс] //

http://izotovmi.chat.ru/Fizika/Mehanika/zdina030.htm

4. Гутник, Е. М., Физика. 7 класс. Учебник для общеобразовательных школ / Е. М.

Гутник, А. В. Перышкин. - М.: Дрофа, 2009. – 302 с.

5. § 14-а. Первый закон Ньютона. Учебник "Физика-9". Физика. Ру. //[Электронный

ресурс] // http://cit.vvsu.ru/MIRROR/www.fizika.ru/theory/tema-14/14a.htm

6. § 7. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Социальный

навигатор. Справочник для абитуриентов, ищущих работу молодежи

//[Электронный ресурс] //

http://www.edu.yar.ru/russian/projects/socnav/prep/phis001/dyn/dyn7.html

7. 1 закон Ньютона. Движение тела при отсутствии сил, при равенстве нулю

равнодействующей. UMS //[Электронный ресурс] //

http://izotovmi.chat.ru/Fizika/Mehanika/zdina030.htm

ЛИТЕРАТУРА

8. § 14-б. Второй закон Ньютона. Тема 14. Законы динамики. Учебник 9 класса.

Физика.ру. //[Электронный ресурс]//

http://cit.vvsu.ru/MIRROR/www.fizika.ru/theory/tema-14/14b.htm

9. Второй закон Ньютона. Единая коллекция цифровых образовательных

ресурсов//[Электронный ресурс]// http://files.school-

collection.edu.ru/dlrstore/4cef336c-d0fc-df93-3527-

ce130a6bb0e7/00144675433969382.htm

10. Второй закон Ньютона. Единая коллекция цифровых образовательных

ресурсов//[Электронный ресурс]// http://files.school-

collection.edu.ru/dlrstore/669bc791-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/1_9.swf

11. Второй закон Ньютона. Единая коллекция цифровых образовательных

ресурсов//[Электронный ресурс]// http://files.school-

collection.edu.ru/dlrstore/1e15840d-b62b-4489-a818-04bc3135735f/9_202.swf

12. Второй закон Ньютона. Единая коллекция цифровых образовательных

ресурсов//[Электронный ресурс]// http://school-

collection.edu.ru/catalog/res/6b58d576-f1f7-4ade-b3b8-5b79d5d85f1a/view/

13. Второй закон Ньютона. Единая коллекция цифровых образовательных

ресурсов//[Электронный ресурс]// http://school-

collection.edu.ru/catalog/res/fefb061a-ccfb-400f-b788-7e9e72f54786/view/

Гутник, Е. М., Физика. 7 класс. Учебник

14. § 14-б. Третий закон Ньютона. Тема 14. Законы динамики. Учебник 9 класса.

Физика.ру. //[Электронный ресурс]//

http://cit.vvsu.ru/MIRROR/www.fizika.ru/theory/tema-14/14c.htm

15. Гутник, Е. М., Физика. 7 класс. Учебник для общеобразовательных школ / Е. М.

Гутник, А. В. Перышкин. - М.: Дрофа, 2009. – 302 с.

16. Иллюстрации к третьему закону Ньютона. Единая коллекция цифровых

образовательных ресурсов//[Электронный ресурс]// http://files.school-

collection.edu.ru/dlrstore/7059c5bd-bea7-4d42-a605-4fd51e00dc71/9_224.swf

17. Третий закон Ньютона. Единая коллекция цифровых образовательных

ресурсов//[Электронный ресурс]// http://files.school-

collection.edu.ru/dlrstore/8669e88f-c49c-41fc-9495-75ea9a9bb856/9_219.swf

18 Третий закон Ньютона. Единая коллекция цифровых образовательных

ресурсов//[Электронный ресурс]// http://files.school-

collection.edu.ru/dlrstore/669bc792-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/1_10.swf

19 Третий закон Ньютона. Единая коллекция цифровых образовательных

ресурсов//[Электронный ресурс]// http://files.school-

collection.edu.ru/dlrstore/796cd1f9-2680-e756-fb0f-

d2d4eae4bbf4/00144675438266421.htm

20 Тема 4. Законы Ньютона. / /[Электронный ресурс]//

http://egephizika.26204s024.edusite.ru/DswMedia/mehanika4.htm

21 1.9. Третий закон Ньютона. Открытая физика //[Электронный ресурс]//

http://physics.ru/courses/op25part1/content/chapter1/section/paragraph9/theory.html