Законы Ньютона
Законы Ньютона — это законы соотношения между силами, действующими на массивное тело, и движением тела, это их взаимодействие; всего их 3, и впервые их сформулировал английский физик и математик сэр Исаак Ньютон в 1686 году.
Законы Ньютона кратко:
1-й закон Ньютона: закон инерции — если на тело не действуют внешние силы, то покоящееся тело будет оставаться в покое, а движущееся тело останется в равномерном движении по прямой.
2-й закон Ньютона: основной закон динамики — существует связь между силой, которая действует на тело и ускорением (тело приобретает ускорение из-за действующей на него силы, т.е. F = m × a).
3-й закон Ньютона: закон равенства действия и противодействия — на каждое действие существует равное и противоположное противодействие.
Сила — это мера взаимодействия тел и измеряется в ньютонах (Н; единица измерения 1 Н = 1 кг·м/с²). Ньютон — это интенсивность силы, приложенная к частице массой 1 кг, вызывающая ускорение 1 метр в секунду в секунду, т.е. 1 м/с².
Первый закон Ньютона: закон инерции
Определение
Если на тело не действуют внешние силы, то покоящееся тело будет оставаться в покое, а движущееся тело останется в равномерном движении по прямой.
Этот закон также используется как определение инерции.
Если на объект не действует внешняя сила, то его скорость будет постоянной. Если скорость будет нулевой, то и объект не сдвинется с места. Если будет существовать внешняя сила, из-за этой силы его скорость изменится.
Имеется в виду, что вещи не останавливаются, не начинают двигаться сами по себе и не меняют направление без силы, которая действует на них извне, что и вызывает такие изменения их движений.
Например, при игре в футбол мяч полетит в ту сторону, куда игрок его пнёт. Так, объект, на который действует сила, может изменить свою скорость и направление. Когда мяч попадает в ворота, другая сила (сила сетки ворот) действует на него, останавливая.
Другое определение инерции:
Инерция — это свойство тел, заставляющее их сопротивляться изменениям скорости и/или направления.
Формулы первого закона Ньютона не существует.
Второй закон Ньютона: основной закон динамики
Определение
Существует связь между силой (F), которая действует на тело (массы m), и ускорением (a). Тело приобретает ускорение из-за действующей на него силы.
Пример:
Например, если взять два круглых предмета разной массы и ударить по ним битой (на картинке — бейсбольный мяч и шар для боулинга) с одинаковой силой, то результат будет разный.
Поскольку у них разная масса, то при ударе с одинаковой силой они будут перемещаться на разное расстояние и с разной скоростью. Если увеличится сила удара по тому же бейсбольному мячу, то результат тоже изменится — он улетит дальше.
Насколько объект ускоряется (a), зависит от массы тела (m) и силы, приложенной к нему (F).
Например, воздействие силы (F) 15 Н (Ньютонов) на бейсбольный мяч (массой m1) будет намного больше, чем та же самая сила, действующая на шар для боулинга (массой m2).
Формула
или
Где:
F — сила, приложенная к телу (в Н)
m — масса тела (в кг)
a — ускорение тела (в м/с²)
То есть ускорение (a) прямо пропорционально силе, приложенной к телу (F) и обратно пропорционально массе тела (m). F — это сила, возникающая в результате всех сил, действующих на тело.
Пример использования формулы
Сколько требуется силы для разгона автомобиля массой 1000 кг со скоростью 5 м/с²?
Записываем известные:
m = 1000 кг
a = 5 м/с²
Решение:
Используем эту формулу
F = 1000 кг × 5 м/с² = 5000 Н
Ответ: сила, необходимая для разгона автомобиля массой 1000 кг со скоростью 5 м/с², составляет 5000 Ньютонов.
Третий закон Ньютона: закон равенства действия и противодействия
Определение
На каждое действие существует равное и противоположное противодействие/реакция.
Имеется в виду, что на каждую силу действия, приложенную к телу, возникает другая сила противодействия в другом теле, и эта сила (реакции/противодействия) имеет ту же интенсивность, что и сила действия, но она действует в противоположном направлении. Так, парами, эти силы появляются и компенсируют друг друга.
Пример:
Таким образом, 3 закон Ньютона объясняет то, как мы можем бегать и ходить по земле.
Формула
Для постоянной массы тела справедлива следующая формула:
Где:
F1 — сила действия первого тела на второе;
F2 — сила действия второго тела на первое.
Эта формула означает, что взаимодействие двух тел даёт пару сил F1 и F2, которые:
- взаимодействуют друг с другом;
- равняются по модулю;
- ориентированы в противоположные направления вдоль прямой, которая совмещает эти два тела.
Узнайте также про Закон сохранения энергии, Ускорение свободного падения и Силу Архимеда.