Взаимодействие тел. Законы динамики Ньютона.

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования

Кемеровский профессионально-технический техникум

Взаимодействие тел. Законы динамики Ньютона.

Подготовил: студент

Фрицлер Андрей

Под руководством: преподавателя физики

Барсукова Юлия Николаевна

г. Кемерово 2015 г.

Динамика объясняет причины, определяющие характер механического движения, т.е. даёт ответ на вопрос, почему тело движется.

Динамика – раздел механики, в основе которого лежит количественное описание взаимодействия тел, определяющего характер их движения.

Взаимодействие тел. Примеров взаимодействия тела можно привести сколько угодно. Когда вы, находясь в лодке, начнёте за веревку подтягивать другую, то и ваша лодка обязательно продвинется вперед. Действуя на вторую лодку, вы заставляете её действовать на вашу лодку.

Если вы ударите ногой по футбольному мячу, то немедленно ощутите обратное действие на ногу. При соударении двух бильярдных шаров изменяют свою скорость, т.е. получают ускорение оба шара. Все это проявление общего закона взаимодействия тел.

Действия тел друг на друга носят характер взаимодействия не только при непосредственном контакте тел. Положите, например, на гладкий стол два сильных магнита с разными полюсами навстречу друг другу, и вы тут же обнаружите, что начнут двигаться навстречу друг другу. Земля притягивает Луну и заставляет ее двигаться по криволинейной траектории; в свою очередь Луна также притягивает Землю.

Законы Ньютона.

Можно сказать, что с законов движения Ньютона пошел отсчет истории современной физики и вообще естественных наук.

Первый закон Ньютона

Материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит её (его) изменить это состояние.

Если тело покоилось, оно так и будет покоиться, пока к нему не приложат внешних сил. Чтобы просто сдвинуть физическое тело с места, к нему нужно обязательно приложить стороннюю силу. Возьмем самолет: он ни за что не стронется с места, пока не будут запущены двигатели. Ещё один пример, тележка, которую перестают толкать, быстро останавливается на шероховатой поверхности. В идеализированном эксперименте, когда дорога абсолютно гладкая, т.е. когда исключены все внешние воздействия, тележка будет катиться без остановки по инерции.

Движение по инерции – движение тела, происходящее без внешних воздействий. В земных условиях такое движение практически не встречается.

Первый закон Ньютона играет и еще одну важную роль с точки зрения нашего естествоиспытательского отношения к природе материального мира. Он подсказывает нам, что любое изменение в характере движения тела свидетельствует о присутствии внешних сил, воздействующих на него. Условно говоря, если мы наблюдаем, как железные опилки, например, подпрыгивают и налипают на магнит, или, доставая из сушилки стиральной машины белье, выясняем, что вещи слиплись и присохли одна к другой, мы можем чувствовать себя спокойно и уверенно: эти эффекты стали следствием действия природных сил (в приведенных примерах это силы магнитного и электростатического притяжения соответственно).

Таким образом, из первого закона Ньютона следует, что тело может двигаться как при наличии, так и при отсутствии внешнего воздействия.

Второй закон Ньютона

Если первый закон Ньютона помогает нам определить, находится ли тело под воздействием внешних сил, то второй закон описывает, что происходит с физическим телом под их воздействием.

Сила – векторная физическая величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет форму и размеры.

Существует 4 фундаментальных взаимодействия: гравитационное, слабое, электромагнитное и сильное. Сила является количественной мерой взаимодействия.

Коэффициент пропорциональности между силой и ускорением для данного тела является постоянной величиной, не зависящей от модуля и направления силы. Он характеризует меру инертности тела.

Инертность –это физическое свойство, заключающееся в том, что любое тело оказывает сопротивление изменению его скорости (как по модулю, таки по направлению). Количественной мерой инертности является масса тела.

Чем больше сила, действующая на тело определённой массы, тем больше ускорение оно приобретает. Также, чем больше масса тела, тем меньшее ускорение оно приобретает при одной и той же действующей на него силе.

Связь между ускорением тела и силой, действующей на него, можно представить в виде:

где F - [Н (Ньютон)] – сила, m - [кг]– масса, а - [м/с²]– ускорение.

1 Н – сила, которая сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с² в направлении действия силы.

В общем случае если на тело действует n сил, то результирующее ускорение тела определяется суммарной (равнодействующей) силой:

В этом состоит принцип суперпозиции. Результирующая (равнодействующая) сила, действующая на частицу со стороны других тел, равна векторной сумме сил, с которыми каждое из этих тел действует на частицу.

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

Инерциальная система отсчёта - система отсчёта, в которой тело, не взаимодействующее с другими телами, сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

При решении задач динамики второй закон Ньютона удобно записать иначе:

.

Произведение массы тела и его ускорения равно векторной сумме всех действующих на него сил.

Третий закон Ньютона

Сила, сообщающая телу ускорение, является мерой внешнего действия на него другого тела. Эта сила возникает при взаимодействии между этими телами. Так как объекты взаимодействия равноправны, то на второе тело со стороны первого также действует сила – сила противодействия. Ньютоном закон был сформулирован так: Любому действию всегда препятствует равное и противоположное противодействие.

Третий закон Ньютона. Силы, с которыми два действуют друг на друга, равны по модулю, противоположны по направлению и действуют вдоль прямой, соединяющей эти тела:

Третий закон Ньютона справедлив при любом соотношении масс взаимодействующих тел, движущимися со скоростями, много меньшими скорости света.

В качестве примеров действия и противодействия можно рассматривать любые столкновения и удары. Так, при столкновении двух автомобилей каждый автомобиль получает повреждения. Ускорение, приобретаемое телами в результате взаимодействия, зависит от соотношения масс тел. Чем больше масса одного тела, тем труднее его сдвинуть другому, менее массивному телу.

Стоя на полу, вы воздействуете на пол с силой, пропорциональной массе вашего тела. Согласно третьему закону Ньютона пол в это же время воздействует на вас с абсолютно такой же по величине силой, но направленной не вниз, а строго вверх. Этот закон экспериментально проверить нетрудно: вы постоянно чувствуете, как земля давит на ваши подошвы.

Когда яблоко падает с дерева, это Земля воздействует на яблоко силой своего гравитационного притяжения (вследствие чего яблоко равноускоренно устремляется к поверхности Земли), но при этом и яблоко притягивает к себе Землю с равной силой. А то, что нам кажется, что это именно яблоко падает на Землю, а не наоборот, это уже следствие второго закона Ньютона. Масса яблока по сравнению с массой Земли низка до несопоставимости, поэтому именно его ускорение заметно для глаз наблюдателя. Масса же Земли, по сравнению с массой яблока, огромна, поэтому ее ускорение практически незаметно.