3 закона ньютона и примеры

Блог

3 закона ньютона и примеры

Приведенные примеры показывают, что третий закон Ньютона выполняется как в случае взаимодействия тел при непосредственном контакте, так и при взаимодействии посредством поля. Третий закон Ньютона, так же как и первый и второй законы динамики, выполняется только в инерциальных системах отсчета.

Поставим на горизонтальную поверхность две одинаковые тележки и с помощью двух одинаковых динамометров прикрепим их к вертикальным стойкам. На одну тележку положим кусок железа, а на другую — магнит (рис. 19). Мы увидим, что обе тележки сдвинутся навстречу друг другу и оба динамометра покажут одинаковые силы взаимодействия, т. е. F1=-F2. Следовательно, с какой силой магнит притягивает кусок железа, с такой же силой и железо притягивает к себе магнит.

Массы взаимодействующих тел обратно пропорциональны численным значениям ускорений :

Знак «минус» выражает здесь тот опытный факт, что ускорения взаимодействующих тел всегда направлены в противоположные стороны. Согласно второму закону Ньютона, ускорения тел вызваны силами и возникающими при взаимодействии тел. Отсюда следует:

Рисунок иллюстрирует третий закон Ньютона. Человек действует на груз с такой же по модулю силой, с какой груз действует на человека. Эти силы направлены в противоположные стороны. Они имеют одну и ту же физическую природу – это упругие силы каната. Сообщаемые обоим телам ускорения обратно пропорциональны массам тел.

В векторной форме это соотношение принимает вид :

Приведем примеры, иллюстрирующие третий закон Ньютона. Возьмем в руки два одинаковых динамометра, сцепим их крюками и будем тянуть в разные стороны . Оба динамометра покажут одинаковые по модулю силы натяжения, т. е. F1=-F2.

Главное значение третьего закона Ньютона обнаруживается при исследовании движения системы материальных точек или системы тел. Этот закон позволяет доказать важные теоремы динамики и сильно упрощает изучение движения тел в тех случаях, когда их нельзя рассматривать как материальные точки.

Тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению.

Силы, возникающие при взаимодействии тел, всегда имеют одинаковую природу. Они приложены к разным телам и поэтому не могут уравновешивать друг друга. Складывать по правилам векторного сложения можно только силы, приложенные к одному телу.

Это равенство называется третьим законом Ньютона .

Третий закон сформулирован для точечных тел (материальных точек). Его применение для реальных тел, имеющих конечные размеры, требует уточнения и обоснования. В данной формулировке нельзя применять этот закон и в неинерциальных системах отсчета.

В истории техники записан случай, когда изобретатели важного и полезного механизма — геликоптера, недостаточно продумав конструкцию, упустили из виду третий закон движения.

На этой тележке, с одного ее края, стоит человек. Попросим этого человека пробежать по тележке к другому ее концу. И как только человек побежит, тележка тоже придет в движение: она покатится в сторону, противоположную движению человека. Человек остановится — и остановится тележка. Человек побежит обратно — и тележка покатится в другую сторону.

При этом надо заметить, что действие и ответное действие во всех случаях бывают приложены к разным предметам: действие — к земле, воде, воздуху, «Пешком» по столбу, рельсам, веревкам, столбам, к асфальту шоссе и так далее, а ответное действие — к ногам, лапам, колесам, копытам, гусеницам, крыльям, плавникам, пароходным винтам, к пропеллерам самолетов и «кошкам» связистов…

Расчеты ведутся, используя третий закон Ньютона. И строители сооружают опоры моста такими, чтобы они могли оказать противодействие любой нагрузке, какая может проявиться на мосту. Они считают, что опоры давят на мост снизу. Действие всегда равно противодействию — они равносильны, равноправны, и потому инженера-строители ведут расчет так, как им удобнее.

Во всех случаях, без всякого исключения, действие одного предмета всегда встречает равное и противоположно направленное ответное действие (противодействие) со стороны других окружающих предметов. Слово «противодействие», которое употребил Ньютон, не нужно понимать буквально — ответное действие, оказываемое движущемуся предмету, отнюдь не мешает ему, не действует напротив или наперекор, а, наоборот, именно оно помогает, содействует его движению. Просто появляется сила противодействия, направленная противоположно силе действия.

Точно в таком же положении находится корабль, стоящий на якоре и остающийся на месте даже в том случае, когда ветер и течение стремятся его увлечь.

Но вес планеты Земля составляет многие миллиарды миллиардов тонн. Движение таких ничтожных по сравнению с Землей предметов, как паровозы и автомобили, на скорости вращения нашей планеты не сказывается. Кроме того, все поезда и автомобили движутся в разные стороны, и, когда один поезд едет направо, какой-то другой в это же время едет налево. Каждый автомобиль после работы возвращается обратно в гараж — туда, откуда он выехал утром. При встречном движении транспорта его воздействие на Землю взаимно уничтожается.

Человек, собирающийся выпрыгнуть из лодки на берег, не должен забывать о существовании третьего закона Ньютона для движения. Его действие обязательно вызовет равное и противоположно направленное ответное действие: в момент прыжка лодка отойдет назад, и неосторожный человек окажется не на берегу, а в воде. Бранить третий закон Ньютона бесполезно — надо было попросить сидящих в лодке упереться в дно веслом.

Парашютист выбросился из самолета и падает вниз в затяжном прыжке. Действие в данном случае очевидно — парашютист падает. Но где же ответное действие, о котором говорит Ньютон? Его совершенно незаметно. И таких примеров можно найти великое множество. Дети, забравшись на снежную горку, скатываются с нее на санках, лыжник прыгает с трамплина. Лавина, сорвавшаяся с горы, дождевые капли, падающие из тучи, — во всех случаях падения ответное действие невидимо, неощутимо. Но это еще не значит, что его не существует.

То же происходит и с планетами. Вот если бы возле Земли проходило какое-нибудь крупное небесное тело, то последствия их взаимного тяготения стали бы заметны. Это наблюдается в действительности.

14 примеров третьего закона Ньютона

Когда первый геликоптер испытывали на аэродроме, третий закон движения напомнил о себе. Так как несущий пропеллер вращался справа налево, то в силу третьего закона движения корпус геликоптера стал вращаться в противоположную сторону — слева направо. Геликоптер оказался своеобразной летающей каруселью, в которую ни один пассажир не соглашался сесть.

Представим себе, что на рельсах стоит длинная и легкая тележка. Ее оси вращаются в шарикоподшипниках. Подшипники хорошо смазаны, и потому тележка способна перекатываться с одного конца рельсов к другому почти без всякого трения.

Хорошая новость? Это работает и в другую сторону тоже.

Если вы хотите быть продуктивным, важно не только то, как тяжело вы работаете (величина). Но и то, куда вы прикладываете свою работу (направление). Это относится к крупным жизненным решениям и малым ежедневным решениям.

  • Сделайте свою жизнь проще,
  • научитесь говорить нет,
  • измените свою среду,
  • уменьшить количество обязанностей, которые вы приняли на себя
  • т.е. устраните силы, которые сдерживают вас.
  • Большинство людей пытаются использовать силу и буквально пробить свой путь сквозь барьеры. Недостаток этой стратегии в том, что другая сила – противодействия – никуда не исчезает. Есть второй способ, гораздо менее напряженный — удалить противоборствующие силы (ну, или не удалить, то хотя бы заметно уменьшить), и тогда наша продуктивность естественным образом взлетит вверх.

    У всех у нас есть средняя скорость, с которой мы движемся по жизни. Наши обычные уровни продуктивности и эффективности – баланс производительных и непроизводительных сил нашей жизни, чем-то похожих на силу действия и противодействия.

    Но она как будто подталкивает вас. Это как та соломинка, которая может сломать хребет верблюду. Верблюду нашей прокрастинации.

  • Может быть, вы смотрите на пустой экран и заставляете себя написать отчет. Просто начните писать случайные предложения в течение 2 минут – и может быть увидите, что полезные мысли стали появляться сами собой.
  • Может быть, вы изо всех сил пытаетесь нарисовать что-нибудь. Просто начните набрасывать случайные линии на бумаге, превратите их в собаку, и может быть почувствуете, как ваши творческие силы зашевелились и стали прорываться наружу.
  • Это работает закон инерции: объекты в движении имеют тенденцию оставаться в движении.

    Объекты в движении имеют тенденцию оставаться в движении. Когда дело доходит до продуктивности — это означает одно: главное найти способ, чтобы начать работу. После того, как вы начнете, вам гораздо проще оставаться в движении.

    Если вы уберете все, что мешает вам быть продуктивным, вам не нужны будут советы о том, как стать более продуктивным.

    Нужно помнить одну важную вещь. Сила F – это вектор.

    Важно: вы не должны закончить эту задачу. Надо только начать. Но благодаря первому закону Ньютона, вы заметите, что после этого двигаться дальше намного легче.

    Как 3 закона Ньютона могут повысить нашу продуктивность

    Знаете, что? Именно так мы достигаем чего-то в жизни.

    Динамика изучает причины движения тел и способы определения ускорения.

    Инерция – явление, при котором тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения (т.е. в этих случаях отсутствует ускорение).

    Законы Ньютона справедливы только в инерциальных системах отсчета.

    Тело находится в состоянии покоя или движется равномерно и прямолинейно

    Инертность – физическое свойство, заключающееся в том, что любое тело оказывает сопротивление изменению его скоро сти (как по модулю, так и по направлению). Проявление инертности чаще всего наблюдается в движу­ щемся транспорте. Например, при резком увеличении скорости все пассажиры отклоняются назад, при торможении – вперед. П ри повороте направо все отклоняются налево и т. п.

    • Сила, действующая на тело, равна произведению массы этого тела на ускорение, которое сообщает эта сила

    Сила F (H) – количественная характеристика действия одного тела на другое. Сила – векторная величина, которая имеет числовое значение, направление в пространстве, точку приложения. Точкой приложения всех сил (кроме веса) является центр тяжести тела. Измерительный прибор – динамометр.

    Масса m (кг) – физическая величина, являющаяся мерой инертности тела. Массу обычно определяют путем взвешивания. Измерительный прибор – весы.

    • Если на тело действуют не сколько сил, то их равнодействующая R будет равна произведению массы на ускорение. Равнодействующая сила – векторная сумма всех сил, действующих на тело.

    Инерциальные системы отсчета – системы отсчета, относительно которых наблюдается инерция, а также те, которые движутся равномерно и прямолинейно относительно ИСО. (ИСО – системы, ускорение которых равно нулю.)

    Тело находится в состоянии покоя или движется по прямой с постоянной скоростью (ускорение а=0), если на тело не действуют силы или их векторная сумма равна нулю.

    Тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной прямой, противоположными по направлению и равными по модулю.

    Законы Ньютона и их применение

    Цель занятия: обобщить и закрепить знания, полученные при изучении законов Ньютона, научить видеть проявление изученных закономерностей в окружающей жизни, совершенствовать навыки решения качественных и расчетных задач, расширить кругозор учащихся сведениями из истории жизни великих учёных.

    – Давайте вспомним, какой закон Ньютона утверждает это (2 закон Ньютона, его формулировка).

    Задачи урока:

    • содействие развитию у школьников умений использовать полученные методы познания мира – наблюдения, гипотеза, эксперимент, теория;
    • развитие у учащихся коммуникативных способностей – вести беседу, вступать в – дискуссию, работать парами;
    • продолжить работу по формированию умений сравнивать явления, делать выводы и обобщения;
    • создавать условия для развития у школьников умения формулировать проблему, предлагать пути ее решения.

    – Предлагаю вам проверить данную зависимость с использованием следующей установки: имеется наклонная плоскость, каретка и электронный секундомер. Каретку будем пускать из состояния покоя, измеряя путь и время, и каждый раз вычислять ускорение (напомните мне формулу из кинематики как найти ускорение, зная путь и время, при условии, что тело движется без начальной скорости – ). Величину силы на данном этапе в этой задачи мы точно определить не сможем, мы ее будем только изменять (предложите как?). Все выводы и значения мы запишем в тетрадь, заполнив вот эту таблицу:

    Вывод: движение будет равноускоренным, если сила остается постоянной, а если изменяется значение силы или ее направление, то движение будет переменным.

    – Ребята, давайте прервемся на рекламную паузу, немного отдохнем, покатаемся на чудо-роликах, а заодно вспомним еще один закон Ньютона. Предлагаю встать на легкоподвижные тележки двух молодых людей и взяться за шарф. Один будет катать другого. Ладно, ты (1 ученик) катаешь (2 ученик), а сам-то ты куда поехал? Почему? Какой закон это объясняет? (3 закон Ньютона, его формулировка).

    Вывод: мы еще раз с вами подтвердили на опыте, что с изменением силы изменяется ускорение.

    – Вернемся к нашему выводу и подумаем: если сила не является причиной движения, то, что она тогда вызывает? (ответы учащихся).

    – Давайте вспомним, какой закон Ньютона утверждает это (1 закон Ньютона, его формулировка).

    – Я предлагаю дома прокомментировать с точки зрения физики строки басни Крылова «Лебедь, рак и щука» «…а воз и ныне там…», когда лебедь рвется в облака, рак пятится назад, а щука тянет в воду. Возможно ли такое, если да, то когда?

    – Но только ли от силы зависит ускорение? (Ответы учащихся).

    – На обратной стороне я попрошу вас дать оценку сегодняшнему уроку – выбрать тот рисунок, который соответствует вашему настроению.

    Геометрически 3-й закон проиллюстрирован (для случая двух отталкивающихся точек) на рис. 2.1.9, где через обозначена сила, с которой точка 2 действует на точку 1, а через — сила, с которой точка 1 действует на точку 2.

    Подставляя значение из (2.1.5) в равенство (2.1.1), приходим косновному уравнению динамики материальной точки

    Сформулированное условие уравновешенности двух сил, приложенных к свободной материальной точки, нельзя распространять на условия уравновешенности двух сил, приложенных к различным точкам твёрдого тела. Поэтому ниже приводимаксиому,определяющую условие уравновешенности двух сил, действующих на твёрдое тело.

    Таким образом, под действием сил, равнодействующая которых равна нулю, материальная точка будет двигаться равномерно и прямолинейно, т.е. так, как если бы она была изолированной.

    Вектор будем считать приложенным в центреО. Вектор , в соответствии с определением векторного произведения двух векторов, перпендикулярен плоскостиП, проведённой через центрО и линиюabдействия силы ,и направлен в ту сторону, откуда воображаемый поворот силою плоскостиП вокруг центра О кажется происходящим против хода часовой стрелки.

    Моментом силы относительно центра О называется вектор , равный векторному произведению радиус-вектора на вектор силы

    С другой стороны, если точка находится под действием сил в состоянии постоянного покоя, то это состояние называют статическим равновесием. В таком состоянии ускорение точки равно нулю и из (2.1.6) вытекает равенство

    Эти законы были сформулированы И. Ньютоном в 1687г. в трактате «Математические начала натуральной философии» и представляют собой постулаты, обобщающие наблюдения и опыт человечества.

    Математическая запись 2-го закона имеет вид

    Первый закон (закон инерции Галилея):изолированная материальная точка находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

    Второй закон (основной закон механики):сила, приложенная к свободной материальной точке, сообщает ей ускорение, пропорциональное силе и на-правленное в сторону действия силы (рис.2.1.7).

    Э тот закон устанавливает характер механического взаимодействия двух тел и в этом смысле является основой дляпостроения механики материальной системы.