חוקי ניוטון. החוק השני של ניוטון. חוקי ניוטון - ניסוח

המחקר של תופעות טבע על הבסיס של הניסוי אפשרי רק בתנאי של שמירה בכל השלבים: תצפית, שערה, ניסוי, תאוריה. תצפית תזהה ולהשוות את העובדות, את ההשערה מאפשרת לתת להם הסבר מדעי מפורט, דורש אישור הניסיון. ניצוח וגופי פיקוח תנועה הוביל למסקנה מעניינת: השינוי המהיר של הגוף הוא אפשרי רק תחת השפעת גוף אחר.

לדוגמא, אם אתה רצת מהר במדרגות, אתה רק צריך לפנות כדי לתפוס את המעקה (שינוי הכיוון) או להשהות (בסדר גודל של השינוי המהיר), כדי לא להיתקל בקיר הנגדי.

תצפיות של תופעות דומות הובילו ליצירה בסעיף הפיזיקה, התלמיד גורם גופם או לשנות את שיעור הזן.

יסודות הדינמיקה

ענה על השאלה הנצחית מדוע הגוף הפיזי הוא נע בכל דרך או במנוחה, הוא הדובר תוכנן.

קח למשל את מצב המנוחה. בהתבסס על הרעיון של תורת היחסות של תנועה, אנו יכולים להסיק כי לא יכול להיות וגוף דומם לחלוטין. כל נושא, להיות קבוע ביחס לגוף אחד ההתייחסות נעים זה ביחס לזה. לדוגמא, ספר שהיה מונח על השולחן, הוא יחסית קבוע לשולחן, אבל אם אתה מחשיב את עמדתה ביחס לאדם שעובר, אז לעשות את המסקנה הטבעית: הספר הוא נע.

לכן, את חוקי התנועה של גופות מכוסות במערכות הפניה אינרציה. מה זה?

נקרא מערכת התייחסות אינרציה, שבה הגוף נמצא במנוחה או מבצע אחיד תנועה מרובעת בהיעדר החשיפה לנושאים או אובייקטים אחרים.

בדוגמה לעיל, מערכת ההתייחסות הקשורים שולחן עשוי להיקרא אינרציה. איש בתנועה אחידה בקו ישר, יכול לשמש כגוף הפניה של ISO. אם התנועה שלו יואץ, אז משייכים אותו לא יכול להיות אינרציה CO.

למעשה, מערכת כזו יכולה להיות מתואמת עם הגופים קבועים ונוקשים אל פני השטח של כדור הארץ. עם זאת, הכוכב עצמו לא יכול לשמש כגוף ההתייחסות של ISO כמו סיבוב אחיד סביב צירו. יש גוף משטח תאוצה צנטריפוגלית.

מהו האינרציה?

תופעת אינרציה קשורה ישירות ISO. זכור, מה קורה אם מכונית נוסעת מפסיקה פתאום? נוסע נמצאים בסיכון, כפי ממשיכים התנועה שלהם. תפסיק יכול להושיב ב חגורות מלפנים או מושב. הסבר את תהליך אינרציה נוסע. האם זה נכון?

אינרציה - תופעה המצביע שימור מהירות קבועה של הגוף בהיעדר חשיפה לגופים אחרים. הנוסע מתחת למושבים או כיסאות. תופעת אינרציה לא נצפתה.

ההסבר טמון המאפיינים של הגוף, ועל פי אותו, מיד לשנות את המהירות של אובייקט הוא בלתי אפשרי. זה - האינרציה. לדוגמא, האינרציה של כספית המדחום מאפשרת לך להשמיט את הבשורה אם אנחנו ישנים לנער את המדחום.

מדד שנקרא אינרצית מסת גוף. בכך שהגיב שינוי מהירות גבוה יותר עבור גופים עם מסה קטנה יותר. התנגשות מכונית עם קיר בטון עבור בגמר פועלת כמעט ללא עקבות. רכב לעתים קרובות עובר שינויים בלתי הפיכים: שינוי המהיר, קיימת עיוות משמעותית. מתברר כי האינרציה של קיר בטון גבוה בהרבה האינרציה של המכונית.

האם אפשר לפגוש את תופעת האינרציה טבעית? התנאים שבהם הגוף אין קשר עם גופים אחרים - החלל העמוק, שבו החללית נעה עם מנוע כבוי. אבל גם במקרה הזה, המומנט הכביד קיים.

ערכים בסיסיים

לימוד הדינמיקה של הטייס כרוך ברמה של ניסיון עם מדידות של כמויות פיזיות. המעניין ביותר הם:

• האצה כמדד הגופים שיעור שינוי מהירות; שקבע את המכתב, נמדד m / s ^2;
• המוני כמדד אינרציה; היא מציינת במכתב מ ', נמדד ק"ג;
• כוח כמדד הפעולה ההדדית של גופים; לעתים קרובות מסומן על ידי האות F, נמדד N (ניוטונים).

הקשר של משתנים אלו שנקבע שלוש סדירויות נגזר הפיזיקאי האנגלי הגדול. חוקי ניוטון נועדו להסביר את המורכבות של האינטראקציה בין גופים שונים. כמו גם את התהליכים הם שולטים. זהו "האצה" של המושג "כוח", "משקל" של חוקי ניוטון מחוברים באמצעות יחסים מתמטיים. בואו ננסה להבין מה זה אומר.

פעולה היא רק כוח אחד - תופעה יוצאת דופן. לדוגמא, לווין מלאכותי, במסלול סביב כדור הארץ, הוא פעל על הכביד בלבד.

כתוצאה

הפעולה של כוחות כמה יכול להיות מוחלף על ידי כוח יחיד.

סכום גיאומטרי של כוחות הפועלים על הגוף, הנקרא כתוצאה.

אנחנו מדברים על סכום גיאומטרי, שכן הכח - כמות וקטור, אשר תלוי לא רק מנקודת היישום, אלא גם על כיוון פעולה.

לדוגמה, אם אתה צריך להעביר ארון מסיבי למדי, אתה יכול להזמין את החברים שלך. מאמצים משותפים על מנת להשיג את התוצאה הרצויה. אבל אתה יכול להזמין רק אחד, אדם חזק מאוד. המאמץ השווה שלו לפעולה של כל החברים. הגיבור להחיל הכח עשוי להיקרא כתוצאה.

חוקי התנועה של ניוטון מנוסחים על בסיס הרעיון של "כתוצאה".

חוק ההתמדה

להתחיל ללמוד את חוקי ניוטון עם התופעה השכיחה ביותר. החוק הראשון נקרא בדרך חוק ההתמדה, כי זה קובע גורמים בתנועה אחידה או גופי קיפאון.

הגוף נע באופן אחיד rectilinearly או במנוחה אם היא לא בצעה את הכח או פעולה מפוצית.

אפשר לטעון כי כתוצאה במקרה זה היא אפס. מצב זה הוא, למשל, רכב נוסע במהירות קבועה על רצועה ישרה של כביש. כוח הכובד הוא מתוגמל כוח תגובת קרקע, והכח של הדחף של המודול הוא שווה לכח של התנגדות לתנועה.

נברשת על התקרה נשענת, כמו כוח הכבידה הוא מאוזן המתח של הגופים שלה.

מתוגמל עשויים להיות רק את הכוחות המופעלים על אותו הגוף.

החוק השני של ניוטון

נו באמת. הסיבות לשינוי מהירות של גופים, בהתחשב החוק השני של ניוטון. מה הוא אומר?

הכוחות כתוצאה הפועלים על הגוף מוגדר כמוצר של נרכש במסגרת הפעולה של האצה של משקל גוף.

2 (הנוסחה: F = ma) החוק של ניוטון, לצערי, אינה מקימה יחסי סיבה ותוצאה בין מושגי היסוד של קינמטיקה ודינמיקה. הוא לא יכול לפרט בדיוק מה היא סיבת התאוצה של גופים.

תנו לנו לגבש דרך אחרת: האצה, שהושג גוף עומדת ביחס ישר לכוח כתוצאה ו ביחס הפוך מסת הגוף.

לפיכך, אפשר לקבוע כי שיעורי השינוי מתרחש רק כפונקציה של הכוח המופעל על זה, ומשקל הגוף.

2 החוק של ניוטון, את הנוסחה של מה שיכול להיות: a = F / m, וקטור נחשב יסוד, שכן הוא מאפשר ליצור חיבור בין קטעי הפיזיקה. כאן, - האצת וקטור של גוף, F - כוח כתוצאה, מ - מסת הגוף.

תנועה מואצת של המכונית אפשרית אם דחף המנוע עולה על הכח של תנועת ההתנגדות. עם הגדלת מגדילת מתיחה ואצה. משאיות מצוידות במנועי ההכבדות, בגלל המסה שלהם היא הרבה יותר גדולה מהמסה של מכוניות נוסעות.

מכוניות מרוץ, יצר עבור מירוצים במהירות גבוהה הם הקלו כך שהם תיקנו את החלקים הדרושים מינימום כוח המנוע גדל ככל הניתן. אחד המאפיינים החשובים ביותר של זמן אץ מכונית ספורט ל 100 קילומטר / שעה. קטן יותר מרווח, יותר טוב את התכונות של המכונית במהירות גבוהה.

החוק של אינטראקציה

חוקי ניוטון, המבוסס על כוחות הטבע, אומרים כי כל אינטראקציה מלווה כמה כוחות. אם הכדור הוא תלוי על בלימה, הוא את אותותיו. החוט נמתח גם תחת הפעולה של הכדור.

השלים את הניסוח של חוקי ניוטון של דפוסים שלישיים. בקיצור זה: פעולה שווה תגובה. מה זה אומר?

הכוחות אשר משפיעים על הגוף אחד על השני, הם שווים מבחינת היקפו, היפך בכיוון והם מכוונים לאורך הקו המחבר את המרכזי של גופים. זה מעניין, כי פיצה אותם לא יכול להיות שם כי הם פועלים על גופים שונים.

החלת דינים

הבעיה הידועה של "סוס ועגלה" יכול גם לשתק. רתומים לסוסים תובלה אמרו, מסיט אותו מהמקום. על פי החוק השלישי של ניוטון, שני העצמים הללו מפעילים אחד על השני עם סמכויות מודולו שווות, אבל בפועל, הסוס יכול להזיז עגלה שאינו מתאימה לבסיס הדפוס.

פתרון יימצא, אם לוקחים בחשבון כי מערכת זו של גופים אינה סגורה. כביש מפעילת השפעותיו על שני הגופים. הכוח הפועל על חיכוך סטטי סוס פרסה הוא גדול מהערך של כוח של חיכוך גלגול של גלגלי העגלה. אחרי הכל, את הזמן של תנועה מתחיל בניסיון להזיז את העגלה. אם המצב לא ישתנה, הסוס בשום פנים ואופן לא יעביר אותה מהמקום. פרסותיו תגלושנה על הכביש, ואת התנועה תהיה.

בילדותו, מגלגל אחד לשני על מזחלת, אחד יכול להיתקל דוגמה כזאת. כאשר המזחלת לשבת שניים או שלושה ילדים, המאמצים של אחד אינו מספיק כדי להזיז אותם.

נפילת גופים על פני השטח של כדור הארץ, מוסברת על ידי אריסטו ( "כל גוף יודע את מקומו") ניתן להפריך על הבסיס האמור לעיל. נושא הצילום נע לכיוון הקרקע תחת השפעת אותו כוח כמו האדמה בשבילו. השוואת הפרמטרים שלהם (מסת כדור הארץ הוא הרבה יותר משקל), על פי החוק השני של ניוטון, טוענים כי ההאצה של אובייקט כמו גדול פי כמה מזה ההאצה של כדור הארץ. אנו רואים שינוי מהירות של גוף, כדור הארץ לא זז מחוץ למסלול.

גבולות התחולה

פיסיקה מודרנית של חוקי ניוטון לא מכחישה, אבל רק קובעת את גבולות התחולה שלהם. לפני תחילת הפיזיקה במאה עשרים לא היה ספק כי חוקים אלה להסביר את כל התופעות הטבעיות.

1, 2, 3, חוקי ניוטון מגלה את הסיבות באופן מלא את התנהגות הגופים מקרוסקופית. התנועה של עצמים עם מהירויות קטנות תיאר באופן מלא על ידי עקרונות היסוד הללו.

בניסיון להסביר את הבסיס של התנועה של גופים במהירויות קרובות למהירות האור, נועד לכישלון. שינוי מוחלט של המאפיינים של המרחב והזמן אינו מאפשר את השימוש הדינמיקה של ניוטון במהירויות הללו. בנוסף, החוקים משתנים דעתם CO הלא אינרציאלית. לשימושם מציג את הקונספט של כוחות האינרציה.

הסבר את תנועת גרמי שמים, את כללי המיקום וקשרי הגומלין שלהם הם חוקים ניוטון. חוק הכבידה הוא הציג למטרה זו. כדי לראות את התוצאה של משיכה של גופים קטנים בלתי אפשרי, כי הכוח הוא מועט.

משיכה הדדית

אגדה הידועה לפיה מר ניוטון, שישב בגן ויש ירידה של תפוחים, בקר רעיון מבריק: כדי להסביר את התנועה של עצמים קרובים לפני השטח של כדור הארץ ואת התנועה של גרמי שמים על הבסיס של משיכה הדדית. זה לא כל כך רחוק מהאמת. תצפית חישוב מדויק מודאג לא רק נפילת תפוחים, אלא גם להעביר את הירח. חוקי תנועה זה מוביל למסקנה כי עליות כוח המשיכה עם גופי המסה ואינטראקציה פוחתות עם הגדלת מרחק ביניהם.

בהסתמך על החוקי השני ושלישי של חוק הכבידה של ניוטון, גבש כדלקמן: כל הגופים ביקום מושכים אחד את השני עם כוח המכוון לאורך הקו המחבר את המרכזי של הגופים, יחסי המסה של גופים ביחס הפוך לריבוע המרחק בין המרכזים של הגופים.

הביטוי המתמטי: F = GMM / r ^2, כאשר F - הכוח של אטרקציה, M, m - מסה של גופים באינטראקציה, r - המרחק ביניהם. הגורם המידתי (G = 6.62 x 10 ^-11 Nm ² / קילו ²⁾ נקרא קבוע הכביד.

המשמעות הפיזית: מתמיד זה הוא שווה לכוח המשיכה בין שני גופים של המוני 1 ק"ג במרחק של 1 מ 'ברור כי הכוח הוא כל כך לא משמעותי עבור גופים המסה קטן שעשוי להיות מוזנח .. כוכבי לכת, כוכבים, גלקסיות, כוח המשיכה הוא כל כך גדול המגדיר התנועה שלהם לחלוטין.

זה היה החוק של ניוטון מדינות משיכה שאתה צריך לשגר רקטות דלק שיכול ליצור סילוני דחף להתגבר על ההשפעה של כדור הארץ. המהירות הנדרשת לכך - את מהירות המילוט של 8 ק"מ / s.

הטכנולוגיה המודרנית מאפשרת ייצור של רקטות להשיק תחנות מאוישות כמו לוויינים מלאכותיים של השמש אל כוכבי לכת אחרים כדי לחקור אותם. מהירות, שפותח מכשיר כזה, - השני מהירות שטח השווה ל 11 ק"מ / s.

אלגוריתם של חוקים

הדינמיקה של פתרון בעיות כפופה רצף מסוים של פעולות:

• כדי לנתח את הבעיה, לזהות את סוג הנתונים של תנועה.
• הפעל ציור המציג את כל הכוחות הפועלים על הגוף, ואת הכיוון של התאוצה (אם קיים). בחר מערכת קואורדינטות.
• רשום את החוק הראשון או שני, תלוי אם האצת הגוף בצורה וקטורית. להתאים את כל הכוחות (כוח כתוצאה, חוקי ניוטון: הראשון, אם המהירות של הגוף אינה משתנה, ואת השני, אם יש האצה).
• המשוואה לשכתב בתחזיות על הצירים לתאם שנבחרו.
• אם המערכת של משוואות המתקבלת היא לא מספיק, אז להקליט את השני: קביעת משוואות קינמטיקה כוחות, וכו '...
• לפתור מערכת של משוואות עבור כמות לא ידועה.
• המלון מנוהל על ידי ממדים כדי לבדוק את תקינות של נוסחאות.
• חישוב.

בדרך כלל הפעולות הללו הן מספיק כדי לפתור את כל משימות התקן.