Перший закон Ньютона - малюнок

Перший закон Ньютона — визначення, формула, застосування



Завдання з фізико-математичним ухилом по динаміці вирішуються за допомогою певних правил. До них відноситься і перший закон Ньютона, формулу і визначення якого необхідно знати.

В інтернеті можна знайти багато статей і відеоуроків на цю тему, але не вся інформація в них є перевіреною. Фізики рекомендують перед вивченням будь-якого закону, процесу або явища з’ясувати, де його можна використовувати.

Перший закон Ньютона

Загальна інформація

У фізиці є всього три закони, або правила, Ньютона, які є основою класичної механіки. Вони використовуються для опису складних процесів, а також розв’язання задач.

Учням коротко потрібно знати три закони Ньютона:

  • Перший пов’язаний з інерціальними системами відліку.
  • Другий стверджує залежність прискорення від сили впливу на фізичне тіло.
  • Третій визначає взаємозв’язок сил, що діють на об’єкт.

Правила були вперше сформульовані вченим Ісааком Ньютоном у XVII столітті. Класична механіка була основною парадигмою до XX століття, поки Альберт Ейнштейн не сформулював положення релятивістської динаміки.

Положення трьох законів були виведені дослідним шляхом. Вони застосовуються для об’єктів, швидкості яких набагато менше, ніж 3*108 м/с. Перед вивченням законів Ньютона потрібно ознайомитися з основними положеннями динаміки.

Основна задача механіки

Основні положення

Тіло рухається рівномірно, рівноприскорено, прямолінійно або знаходиться в стані спокою (знаходиться в одній точці). При рівномірному і прямолінійному русі швидкість об’єкта є постійною величиною в просторі, тобто не змінюється з плином часу. Якщо швидкість змінюється, то тіло рухається рівноприскорено. Коли тіло без руху, на нього діють сили, рівні по модулю і протилежні у напрямку.

Динаміка – це розділ фізики, який вивчає правила і закони взаємодії об’єктів в цілому. У цьому випадку не розглядаються наступні взаємодії:

  • Атомарні.
  • Молекулярні.
  • Субатомні.

Вони не впливають на динаміку руху об’єкта, оскільки сили, що діють на тіло, настільки малі, що ними можна знехтувати. Далі слід розглянути закони Ньютона і формули.

Інерційні системи відліку

Перший закон

Щоб зрозуміти призначення і застосування Першого Закону Ньютона, слід представити тіло, що знаходиться в стані спокою, тобто на нього не діють інші об’єкти. Цей приклад є найпростішою системою механічного типу. Якщо припустити існування іншого об’єкта, який рухається під впливом зовнішніх сил, щодо шуканого тіла.

Центром системи відліку для рухомого об’єкта є тіло, швидкість якого дорівнює 0 (v = 0). Перший закон Ньютона формулюється наступним чином:

В інерційних системах відліку (ІСВ) тіла рухаються рівномірно і прямолінійно, а також можуть перебувати в стані спокою, коли вони не взаємодіють з іншими тілами або на них не діють зовнішні сили (їх дія може бути скомпенсовано).

У першого правила Ньютона існує інша назва – закон інерції. Системи відліку, що знаходяться біля поверхні земної кулі, є інерційними. При проведенні експериментів слід враховувати різні відхилення від I Закону Ньютона. Вони пов’язані з її обертанням навколо осі.

За ІСВ можна прийняти геліоцентричну систему, початкові координати якої поміщені в центр Сонця. Її Ньютон використовував для відкриття закону всесвітнього тяжіння. Крім того, автобус, який рухається рівномірно і прямолінійно, також є інерційною системою відліку. Щоб новачкам було зрозуміло, потрібно керуватися таким правилом: будь-яка система вважається інерціальною, коли її центр рухається рівномірно і прямолінійно або її v = 0.

Однак швидкість тіла змінюється, оскільки воно може взаємодіяти з іншими тілами, передаючи їм кінетичну енергію. Для опису цього процесу потрібно розібрати вплив маси і сили на зміну величини швидкості об’єкта.

Маса

Поняття маси

Основне формулювання маси має такий вигляд: фізична величина, яка є мірою інертності фізичного тіла. Вона володіє скалярністю і адитивністю. У першому випадку маса виражається одним дійсним невід’ємним числом. Другий термін означає наступне: загальна маса тіла (m), що складається з декількох частин з масами m1, m2, m3 і m4, еквівалентна їх сумі. Формула записується наступним чином:

m = m1 + m2 + m3 + m4

При більшій масі інертність фізичного об’єкта зростає. Наприклад, пластмасову машинку легше зупинити, ніж вантажівку або легкову машину, тобто інертність останніх набагато більше першої.

Одиниця виміру маси – кг.

При взаємодії тіла набувають деякі фізичні величини, звані прискоренням. Маси обернено пропорційні прискоренням. Для розуміння процесу потрібно розібрати наступний приклад: машина з масою m1 зіткнулася з об’єктом, маса якого m2. В результаті цього з’являються прискорення a1 і a2 для першого і другого об’єктів. Це можна записати таким чином:

m1 * m2 = -a2 * a1

Мінус перед прискореннями означає спрямованість за різними напрямками.

Сила

Величина сили

Сила – це векторна величина, що діє на фізичне тіло і впливає на швидкість його переміщення в просторі. Позначається вона буквою F і вимірюється в ньютонах (Н) за допомогою спеціального приладу — динамометра. Останній складається з пружини, пов’язаної зі стрілочним покажчиком. Якщо пружину розтягнути, то відбудеться відхилення стрілки, яка вказує кількісну характеристику F.

Слід зазначити, що на об’єкт може діяти кілька сил, які враховуються при вирішенні завдань і дослідженні деяких процесів. Вони мають важливу особливість – природу виникнення.

Наприклад, на автомобіль діє F, що складається з наступних елементів (сил):

  • Тяжіння (Fтяж = m * a), що спрямована в бік руху.
  • Тертя (Fтр = a * m * g, а — коефіцієнт тертя і g — прискорення вільного падіння 9,81 м/с² ) — протилежна щодо Fт.
  • Реакція опори (N = m * g) — ця сила спрямована вгору, відносно дороги.
  • Тяжкості (Fт = m * g) — ця сила спрямована вниз.

У літературі з фізики використовується термін “рівнодіюча сила”. Він позначає значення векторної суми всіх складових, що діють на об’єкт.

Таким чином, I закон Ньютона застосовується при дослідженні руху і взаємодії фізичних тіл, а також для розрахунку інерційних складових за допомогою поділу сили на складові елементи.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *