Ньютон вклав свій величезний внесок у основи класичної механіки завдяки трьом законам. Ще в 1967 році він написав роботу, яка називалася: Математичні начала натуральної філософії. В рукописі він описав все, що пізнання не тільки свої, а й інших учених умів. Саме Ісаака Ньютона вчені-фізики вважають основоположником даної науки. Особливою популярністю користуються перший, другий і третій закони Ньютона, ось про них і піде мова далі.
Закони Ньютона: перший закон
ВАЖЛИВО: Вміти не тільки формулювати перший, другий і третій закони Ньютона, а ще і з легкістю їх здійснювати на практиці. І тоді ви зможете вирішувати складні завдання.
У першому законі йдеться про системах відліку, які називаються інерціальними. У даних системах тіла рухаються прямолінійно рівномірно (тобто з однією і тією ж швидкістю, по прямій), в тому випадку, коли на ці тіла не впливають інші сили або їх вплив скомпенсоване.
Щоб простіше зрозуміти правило, його можна перефразувати. Точніше привести такий приклад: якщо взяти предмет на колесах і штовхнути його, то виріб буде їхати практично нескінченно в тому разі, коли на нього не буде впливати сила тертя, сила опору повітряних мас і дорога буде рівною. Гдетакое поняття, як інерція, являє собою здатність предмета не змінювати швидкість ні за напрямом, не за величиною. Ще у фізиці першу трактування закону Ньютона вважають інерціальною.
До відкриття правила Ісааком Ньютоном Галілео Галілей теж вивчав інерцію і за його твердженням закон звучав наступним чином: якщо немає ніяких сил, які діють на предмет, то він або не рухається, або переміщається рівномірно. Ньютон же зміг більш конкретно пояснити даний принцип відносності тіла і сил, що впливають на нього.
Природно на Землі не буває систем, в яких може діяти це правило. Коли якийсь предмет можна штовхнути і він буде рівномірно рухатися по прямій, не зупиняючись. На тіло у будь-якому випадку будуть впливати різні сили, їх вплив на предмет компенсувати не можна. Вже одна сила тяжіння Землі створює вплив на пересування будь-якого тіла або предмета. Також крім неї є сила тертя, ковзання, Коріоліса і т. д.
Закони Ньютона: другий закон
Відкриті закони Ньютона ще в минулому столітті, в комплексі дають змогу вченим вести спостереження за різними процесами, що відбуваються у Всесвіті завдяки створенню нових технологічних конструкцій, машин.
Щоб дізнатися, які бувають причини руху, слід звернутися до другого закону Ньютона. Саме тут ви знайдете пояснення. Завдяки йому можна вирішити різні завдання по темі – механіка. Так само зрозумівши його суть, ви зможете використовувати його в життя.
Спочатку він формулювалося наступним чином – зміна імпульсу (кількості пересування) дорівнює силі, що змушує тіло рухатися, поділена на змінну часу. Також рух предмета збігається з напрямом дії сили.
Щоб було зрозуміло це записується наступним чином:
F = Δp/Δt
Символ Δ являє собою різницю, називається диференціалом, p – це імпульс (або швидкість), а t – це час.
За правилами:
- Ін = m · v
Виходячи з цього:
- F = m · Δv/Δp, а значення: Δv/Δp = a
Ось тепер-то формула набуває такого вигляду: F = m · a; з цієї рівності можна знайти
- a = F/m
Другий закон Ньютона трактується наступним чином:
Прискорення, рухомого предмета одно приватному, отриманому в результаті розподілу сили на масу тіла або ж предмета. Відповідно, чим сильніше додасться сила до предмету, тим більше його прискорення, а якщо маса тіла більше, то прискорення предмета менше. Це твердження вважається базовим законом механіки.
F – у формулі означає суму (геометричну) всіх сил або рівнодіючу.
Рівнодіюча сила являє собою суму величин (векторних). Причому складати ці значення слід за правилами паралелограма або ж трикутника. Ідеально для отримання відповіді знати цифрові значення сил, що впливають на предмет і величину кута між векторами сил.
Це правило можна застосовувати як в інерціальних, так неинерциальных системах. Воно діє для довільних предметів, матеріальних тел. Щоб було зрозуміліше, якщо система неинерциальная, то застосовують ще такі сили, як: відцентрова сила Коріоліса, математики, це пишеться так:
ma = F + Fi, де Fi – інерційна сила.
Як застосовується закон Ньютона?
Отже приклад: уявіть собі, що машина їхала по бездоріжжю і застрягла. На допомогу водієві приїхав інший автомобіль, і водій другого автомобіля намагається з допомогою троса витягнути авто. Формула Ньютона для першого транспортного засобу буде виглядати так:
ma = F нат.нитки + Fтяги — Fтрения
Приклади розв’язання задач:
- Через ролик перекинули вірьовку. З одного боку ролика висить на мотузці вантаж, з іншого боку альпініст, причому маса вантажу і людини ідентична. Що буде з мотузкою і роликом, коли альпініст буде підніматися по ній вгору. Силою тертя ролика, масою самої мотузки можна знехтувати.
Рішення завдання
За другим законом Ньютона формулу математично можна скласти так:
- ma1 = Fнат.нити1 — mgma1 = Fнат.нити1 — mg – це другий закон для альпініста
- ma2 = Fнат.нити2 — mgma2 = Fнат.нити2 — mg — так математично можна трактувати закон Ньютона для вантажу
- За умовою: Fнат.нити1 = Fнат.нити2
- Звідси: ma1 = ma2
Якщо праву і ліву частину нерівності розділити на m, то вийде, що прискорення і підвішеного вантажу і піднімається людини рівнозначні.
Закони Ньютона: третій закон
Третій закон Ньютона має таке формулювання: тіла мають властивість взаємодіяти один з одним з однаковими силами, ці сили направляються по одній лінії, але мають різні напрями. В математиці – це може виглядати наступним чином:
Fn = — Fn1
Приклад його дії
Для більш ретельного його вивчення розглянемо приклад. Уявіть старовинну гармату, яка стріляє великими ядрами. Так ось – ядро, яке виштовхне грізну зброю, буде впливати на неї з такою ж силою, з якою вона його і виштовхне.
Fя = — Fп
Тому і відбувається відкат гармати тому при пострілі. Але ядро полетить далеко, а гармата зрушиться трохи в протилежну сторону, це відбувається тому, що у гармати і ядра різна маса. Теж відбудеться і при падінні на Землю будь-якого предмету. Але реакції Землі помітити неможливо адже всі падаючі предмети в мільйони раз важать менше нашої планети.
Ось ще приклад третього правила класичної механіки: розглянемо тяжіння різних планет. Навколо нашої планети обертається Місяць. Це відбувається за коштами тяжіння до Землі. Але і Місяць теж притягує Землю – згідно з третім законом Ісаака Ньютона. Проте маси круглих планет різні. Бо Місяць не здатна притягувати велику планету Землю до себе, але вона може викликати припливи води в морях, океанах і відливи.
Завдання
- Комаха вдаряється в скло машини. Які виникають сили, і як вони діють на комаху і авто?
Рішення завдання:
Згідно з третім законом Ньютона, тіла або предмети при впливі один на одного мають рівні сили по модулю, але за напрямом – протилежні. Виходячи з даного твердження виходить наступне рішення даної задачі: комаха впливає на автомобіль з тією ж силою, що і авто впливає на нього. Але сама дія сил дещо відрізняється, адже маса і прискорення машини і різні комахи.
Відео: Перший, другий і третій закони Ньютона
<
