Инерция. 1 закон ньютона. инерциальные системы отсчёта — справочник студента

Исаак Ньютон (1643-1727)

Основы динамики составляют три закона Ньютона, являющиеся результатом обобщения наблюдений и опытов в области механических явлений, которые были известны еще до И.Ньютона и осуществлены самим И.Ньютоном. 

Законы динамики Ньютона (классическая динамика) имеют ограниченную область применимости. Они справедливы для макроскопических тел, движущихся со скоростями, много меньшими, чем скорость света в вакууме.

Формулировка первого закона Ньютона: Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых тело движется прямолинейно и равномерно, если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано.

 Он также известен как закон инерции. Явление сохранения скорости движения тела при отсутствии внешних воздействий или при их компенсации называется инерцией.
Условия инерции: а) если действия нет ( = 0) — покой, то .

Системы отсчета, в которых выполняется 1-й закон Ньютона, называются инерциальными системами отсчета (ИСО).

Чтобы изменить скорость движения тела, на него необходимо подействовать с некоторой силой. Естественно, результат действия одинаковых по величине сил на различные тела будет различным.

Существует 4 основных типа взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, сильное, слабое. Все взаимодействия являются проявлениями этих основных типов.

Примеры сил: сила тяжести, сила упругости, вес тела, сила трения, выталкивающая (архимедова) сила, подъемная сила.

Сила — мера воздействия одного тела на другое. Сила — векторная величина. Она характеризуется:

• модулем (абсолютной величиной);
• направлением;
• точкой приложением.

Т.к. сила – векторная величина, то силы складываются векторно (правила параллелограмма и треугольника). Складывать можно только силы, приложенные к одному телу. Сила, равная векторной сумме всех действующих на тело сил, называется равнодействующей: .

Единицы силы (СИ):   Сила равна одному ньютону, если тело массой 1 кг приобретает ускорение 1м/с2. Силу измеряют динамометром.

Величину F/a, равную отношению модуля силы к модулю силы к модулю ускорению, называют массой (точнее, инертностной массой) тела.

 Свойство тела, от которого зависит его ускорение при взаимодействии с другими телами, называется инертностью. Масса  — основная динамическая характеристика тела, количественная мера его инертности.

Чем больше масса тела, тем больше его инертность, тем сложнее заставить его двигаться, или, наоборот, оставить его движение. На практике измеряют массу с помощью весов.

 — второй закон Ньютона. Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на ускорение, сообщаемое этой силой ускорение. Вектора ускорения и силы всегда сонаправлены! Второй закон Ньютона справедлив для любых сил.

• 
•    
  Равенство  выражает третий закон Ньютона: тела взаимодействуют друг с другом силами, равными по модулю и противоположными по направлению.
• Третий закон Ньютона выполняется:

• во всех случаях при взаимодействии тел;
• силы взаимодействия имеют одинаковую природу.

явление инерции

Источник: http://kaplio.ru/i-zakon-nyutona-iso-vzaimodejstvie-tel-sila-massa-ii-zakon-nyutona-iii-zakon-nyutona/

Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона — Класс!ная физика

Системы отсчета, в которых выполняется 1-й закон Ньютона, называются инерциальными системами отсчета. Все системы отсчета, движущиеся прямолинейно и равномерно относительно данной инерциальной системы отсчета, тоже являются инерциальными.

Системы отсчета, движущиеся относительно любой инерциальной системы отсчета с ускорением, являются неинерциальными.

В реальной жизни Землю можно считать инерциальной системой отсчета при исследовании движения автомобиля и нельзя – при исследовании полета ракеты, т.к. приходится учитывать вращение Земли.

ПЕРВЫЙ ЗАКОН НЬЮТОНА

Современная формулировка первого закона Ньютона:

Существуют такие системы отсчета, в которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела.

• ПРЕДЛАГАЮ ПОДУМАТЬ
• над задачами №112, 113, 114, 115 , 116 из задачника Рымкевича.
• КНИЖНАЯ ПОЛКА

Исаак Ньютон — этапы жизни Не может быть! Ньютон о себе Ньютон и анекдоты Ньютон и криминалистика Больно или обидно? Как надо прыгать из движущегося вагона?

ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ

есть возможность блеснуть эрудицией и написать сообщение на тему » Исаак Ньютон». Сообщение должно обязательно содержать ответы на следующие вопросы:

1. Когда родился И.Ньютон? 2. В каком университете учился Ньютон с 1661 года? 3. К какой группе студентов принадлежал Ньютон? 4. Сколько лет было Ньютону, когда он стал профессором Кембриджского университета? 5. В какой области физики работал Ньютонв первые годы своей профессорской деятельности? 6. Какое предложение получил Ньютон в 1696 году от министра финансов Англии? 7.

Достиг ли Ньютон вершин славы и признания при жизни? Чем он был удостоен?

13. Где похоронен Ньютон, и какие слова начертаны на его памятнике в Кембридже?

1. А ТЕПЕРЬ ПОРА ОТДОХНУТЬ
2. Пьем чай и познаем окружающий мир!

Следующая страница «Второй закон Ньютона»

Динамика — Класс!ная физика

Инерциальные системы отсчета.

Первый закон Ньютона — Второй закон Ньютона — Третий закон Ньютона — Свободное падение тел — Закон всемирного тяготения — Ускорение свободного падения на Земле и других небесных телах — Криволинейное движение.

Равномерное движение тела по окружности — Искусственные спутники Земли (ИСЗ) — Импульс тела. Закон сохранения импульса — Реактивное движение в природе — Реактивное движение в технике. Реактивные двигатели — Закон Гука

Спортивная шайба

Миллионы резиновых хоккейных шайб ежегодно выпускают в мире. А сделать хорошую шайбу не так уж и просто.

Одиннадцать составных частей входят в специальную резиновую смесь. Здесь и каучук, и сажа, и сера, и даже цинковые белила… Все это тщательно перемешивается и формуется в резиновые пласты. Из них специальными трубчатыми резаками, примерно так же, как выдавливают из теста кружки перевернутым стаканом, нарезают круглые заготовки.

Затем будущие шайбы вулканизируют в специальных пресс-формах при высокой температуре. Теперь шайбы становятся упругими, и больше не боятся мороза. Потом их подвергают окончательной отделке: обрезают заусенцы, «шерохуют» — так называется операция нанесения рисок на ребро шайбы.

Тех самых рисок, которые обеспечивают хорошее сцепление резинового диска с клюшкой.

Процесс длится около суток. А когда он закончен, на некоторые шайбы наносят сверху еще и рисунок .

Источник: http://class-fizika.ru/9_10.html

Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета

• Вопрос №5
• Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета
• Основы классической динамики составляют 3 закона и 3 закона сохранения:
• -импульса
• -момента импульса
• -полной механической энергии
• Эти законы являются аксиомами (постулаты).
• 1-й закон Ньютона:

Любая материальная точка движется равномерно и прямолинейно или сохраняет состояние покоя до тех пор пока воздействие со стороны других тел (мат. точек) не изменит это состояние.

1. Этот закон также называют законом инерции.
2. 1-й закон Ньютона выполняется не любой СО.
3. Системы отсчета ,в которых выполняется 1-й закон Ньютона называются инерциальными.
4. Способность тел двигаться или сохранять состояние покоя ,при отсутствии воздействия других те называется инерцией.
5. Все тела обладают инертностью.
6. В природе существуют инерциальные системы отсчета.

Вопрос №6 Масса, импульс, сила. Второй закон Ньютона для материальной точки. Единицы силы, массы и импульса.

Для количественного описания динамики движения вводятся понятия массы, импульса и силы.

Масса– количественная мера инертности тела. Это есть скалярная величина. Так же масса – величина аддетивная (суммируемая ) ,т.е. масса тела (системы) равна сумме масс отдельных ее частей m= m1+m2+…mn.

[m]= M; едm=кг

Импульс мат. точки – векторная величина, численно равная произведению массы мат. точки m на ее скорость v. Импульс суммируемая величина. Также импульс называют количеством движения.

• p= mv
• едp= (кг* м)/c
• [p]=([m]*[l])/[t]=(M*L)/T=MLT-1

Сила– количественная мера воздействия одного тела на другое. Это векторная величина.

Если на одно тело действует несколько сил, то их действие можно заменить одной силой F , которая является суммой (векторной) всех сил, действующих на тело.

F=F1+F2+F3+…+Fn= ∑Fi

Сила F называется результирующей. В отдельных случаях можно указать точку приложения силы. Единица силы вводится из 2-го закона Ньютона для мат. точки.

Второй закон Ньютона для мат. точки.

1)Скорость изменения импульса мат. точки по времени равно результирующей силе, действующей на эту точку:

1. dP/dt=F
2. d(mv)/dt=F
3. Если m=const, то mdv/dt=ma=F

7.Третий закон Ньютона. Границы применимости законов Ньютона.

3-ий закон Ньютона: действие одного тела на другое всегда имеет характер взаимодействия. Две мат.точки действуют друг на друга с силами равными по величине, но противоположными по знаку.

механика Ньютона неприменима, если относительные скорости точек сравнимы со скоростью света [это область релятивистской или эйнштейновской механики]; неприменима механика классическая и к изучению явлений микромира [это область квантовой механики]. Но они основаны на классической механики. В остальных областях => классическая механика даёт достаточно точные результаты.

8. Масса, импульс и центр масс системы мат.точек и абсолютно твёрдого тела. Второй закон Ньютона для системы мат.точек и абсолютно твёрдого тела.

Сис-ма мат.точек – совокупность мат.точек взаимодействующих между собой.

Скорость центра масс – производная скорости центра масс по времени.

Импульс системы мат.точек – произведение m массы на скорость её центра масс.

Абсолютно твёрдое тело – тело, расстояние между двумя точками которого всегда остаётся неизменным. Поэтому а.т.т.можно рассматрвиать как совокупность мат.точек жёстко связанных между собой.

Рассмотри систему мат.точек и запишем для каждой точки входящей в систему второй закон Ньютона.

F1 – результатирующая всех внешних сил, действующих на первую точку.

2-ый закон Ньютона для абсолютно твёрдого тела: поступательное движение а.т.т.такое движение при котором любая прямая жёстко связанная с этим телом при движении тела перемещается параллельно самой себе.

При поступательном движении тела все точки тела имеют одинаковые скорости. Поэтому для любой точки тела скорость такая же как и у центра масс.

13.

При соприкосновении движущихся (или приходящих в движение) тел с другими телами, а также с частицами вещества окружающей среды возникают силы, препятствующие такому движению. Эти силы называют силами трения. Действие сил трения всегда сопровождается превращением механической энергии во внутреннюю и вызывает нагревание тел и окружающей их среды.

Существует внешнее и внутреннее трение (иначе называемое вязкостью). Внешним называют такой вид трения, при котором в местах соприкосновения твердых тел возникают силы, затрудняющие взаимное перемещение тел и направленные по касательной к их поверхностям.

Внутренним трением (вязкостью) называется вид трения, состоящий в том, что при взаимном перемещении. слоев жидкости или газа между ними возникают касательные силы, препятствующие такому перемещению.

Внешнее трение подразделяют на трение покоя (статическое трение) и кинематическое трение.

Трение покоя возникает между неподвижными твердыми телами, когда какое-либо из них пытаются сдвинуть с места. Кинематическое трение существует между взаимно соприкасающимися движущимися твердыми телами.

Кинематическое трение, в свою очередь, подразделяется на трение скольжения и трение качения.

В жизни человека силы трения играют важную роль. В одних случаях он их использует, а в других борется с ними. Силы трения имеют электромагнитную природу.

14.

Момент инерции тела относительно некоторой оси z – это сумма произведений масс м. т. Составляющих тело на квадрат их расстояния до оси z.

• n
• Iz=∑ mizi²
• i=1

Момент инерции – это кол. Мера инертности тела при вращательном движении. зависит от массы и от распределения массы по телу.

Собственный момент инерции Ic – это момент инерции тела относ. оси проходящей через его центр масс.

Icк = 2/5 * mR²

Для вычисления мом. инерции тв. Тела исп. Теорема Штейнера

Iz۱=I­c+ma²

Мом. Инерции тв. тела относ. производной оси z۱ = собственному моменту инерции тела Ic + произведение массы тела m на квадрат расстояния a между осью z штрих и z проходящей через центр масс тела параллельно оси z۱

15. Кинематика вращательного движения. Угловая скорость и угловое ускорение. Связь между линей­ной и угловой скоростью.

Траектория движения точки при этом лежит в плоскостях перпендикулярных оси вращения. Ось вращения проходит как внутри тела или быть в ей. Если ось вращения проходит внутри тела, то тела принадл. ось не вращения – неподвижны.

За равный промежуток времени все точки вращ.движ. поворачиваются а один и тот же угол. Для коллич. Оценки вращ.движ. вводится понятие угловой скорости. По определению угловая мгновенная скорость движения ( 1ая производная поворота ϕ по времени) Вектор угловой скорости направлен вдоль оси вращ. Так, если смотреть с конца, ω вращ. Тела происходит против часовой стрелки. Если угловая скорость постоянна, движение равномерное.

Время, за которое тело совершает один полный поворот, поворачивается на угол 2π, назыв. период вращения. = единица измер. =

Величина V равная назыв. частотой.

= ед.измер

Для коллич. оценки быстроты изм.угловой скорости вводится понятие углового ускорения. По определению угловое мгновенное ускорении = = Вектор так же направле вдоль оси вращения и совпадает с направлением , если тело набирает обороты, противоп., если замедляет движение. Ед Если постоянно это будет равномерное вращ. Движение

1. Связь между линейной и угловой скоростью: = = [ ^R) =90 =
2. Вопрос № 18 Момент импульса
3. Момент импульса – динамическая величина.
4. Импульс – произведение массы материальной точки на её скорость.
5. P=mU
6. Момент импульса определяется аналогично моменту силы.
7. Момент импульса: L = [r1 P]
8. |L| = L = rˑRlim(r1 R)
9. Момент импульса относительно неподвижной оси Z – это проекция момента импульса относительно произвольной точки оси на эту ось .
10. Единица L = мˑНˑс =Нˑмˑс
11. Единица L = ((кгˑм)/с)ˑм = (кгˑм2)/с

Вопрос 19. Основной закон динамики вращательного движения для системы материальных точек и для тела, шарнирно закрепленного в одной точке .(уравнение моментов)

• = + + + +
• Для 2-ой точки
• = + + +…+ + (1)
• Для 3-ей точки
• = + + +…+ +
• = + + +…+ +
• [ ]=[ ]+ ]+…+[ ]+[ ]
• [ ]=[ ]+ ]+[ ]+…+[ ]+ ] (2)
• ……………………………………………………………………………
• [ ]=[ ]+ ]+[ ]+…+[ ]+ ]
• [ ]= [ ]
• =[ ]
• =[ ]
• =- =-
• [ ]= + +…+ +
• [ ]= + + +…+ + (3)
• ………………………………………………………………….
• [ ]= + +…+ +
• = + +…+ +
• = + +…+ + (4)
• ………………………………………………
• = + +…+ +
• Сложим правую и левую часть этих ур-ний
• ( + + +…+ )= ( + )+ ( + )+ ( + )+…+ ( + )+…+ + +
• = (5)
• = (6)
• = (7)

Скорость изменения момента импульса(1) для системы матер.точек,взятых относительно неподвижной точки О=результатирующему моменту М всех внешних сил,действующих на эту систему взятой той же точки О.

(6) справедливо также для твёрдого тела шарнирно-закрепленного в одной точке.

1. Вопрос 20. Момент импульса твердого тела относительно неподвижной оси. Основной закон динамики враща­тельного движения для тела, вращающегося относительно неподвижной оси.

1. Скорость изменения момента импульса твердого тела относительно неподвижной оси Z=результирующему моменту Мz всех внешних сил,действующих на тело относительно тойже осиZ.
2. = sin90= = = w (8)
3. L= =w (9)- момент инерции твердого тела
4. (10)
5. = w (11)
6. ( w)= (12)
7. = (13)
8. = (14)
9. Произведение момента инерции твердого тела относительно неподвижной оси Z на его угловое ускорение w =результирующему моменту М,Z всех внешних сил,действующих на тело относительно тойже неподвижной оси Z.
10. =
11. 6,7,8,13-основной закон динамики(2-ой зокон Ньютона для вращающегося тела)

21.Момент инерции тела. Теорема Штейнера. Собственные моменты инерции диска, шара, стержня, кольца, цилиндра. Единица момента инерции.

Момент инерции тв. тела относительно некоторой оси z – это сумма произведения масс материальных точек, составляющих тело на квадрат расстояния до оси z .

Момент инерции – количественная мера инертности тела при вращательном движении. Момент инерции зависит как от массы тела, так и от распредел. масс тела. Чем больше м. ин. тела, тел труднее остановить вращ. тело.

Собственный момент инерции – момент инерции тела относит. оси, проход. Через его центр масс С (Ic). Для м.т. понятие сотств. момента инерции отсуств.

Собственный моменты:

1. Шар: 3. Стержень: 5. Цилиндр:

2. Диск: 4. Кольцо:

Теорема Штейнера. Момент инерции тв. Тела относительно произвольной оси z равен собств. Моменту инерции тела плюс произведение массы тела на квадрат расстояния между осью z’ и z, проходящей через центр масс.

• 23. Закон сохранения момента импульса
• =[ ]
• Момент импульса на ось – проекция вектора на ось.
• Lz= Izw
• Момент импульса замкнутой системы – величина постоянная. (вектор = const)
• В незамкнутой системе могут сохраняться проекции импульса на отдельные направления.
• В незамкнутой системе момент импульса также сохраняется, если результирующий момент внешних сил, действующих на систему, равен 0.

Закон сохранения момента импульса не выводится из основного закона динамики вращательного движения, а лишь согласуется с ним. Более того, закон сохранения момента импульса имеет более широкое значение, чем основной закон динамики(2-й закон Ньютона).

1. ЗСМИ является следствием изотропности пространства.
2. Вопрос №5
3. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета
4. Основы классической динамики составляют 3 закона и 3 закона сохранения:
5. -импульса
6. -момента импульса
7. -полной механической энергии
8. Эти законы являются аксиомами (постулаты).

9. 1-й закон Ньютона:

Любая материальная точка движется равномерно и прямолинейно или сохраняет состояние покоя до тех пор пока воздействие со стороны других тел (мат. точек) не изменит это состояние.

• Этот закон также называют законом инерции.
• 1-й закон Ньютона выполняется не любой СО.
• Системы отсчета ,в которых выполняется 1-й закон Ньютона называются инерциальными.
• Способность тел двигаться или сохранять состояние покоя ,при отсутствии воздействия других те называется инерцией.
• Все тела обладают инертностью.
• В природе существуют инерциальные системы отсчета.

Рекомендуемые страницы:

Источник: https://lektsia.com/5x3cea.html

I. Механика

Галилей исследовал законы движения самых обычных предметов, которые были у него под рукой. Изучая эти законы, производя различные опыты, чтобы выяснить, как скатываются шарики по наклонной плоскости, как качаются маятники и т. д.

Галилей открыл великий принцип, который называется принципом инерции и состоит вот в чем: если на предмет ничто не действует и он движется с определенной скоростью по прямой линии, то он будет двигаться с той же самой скоростью и по той же самой прямой линии вечно. Вот такое удивительное свойство нашего мира. Как ни странно это звучит для тех, кто пытался заставить шарик вечно катиться по полу, но если бы эта идеализация была верна и на шарик ничто не действовало (например, трение о пол), то шарик все время катился бы с постоянной скоростью.

Строго говоря, суть первого закона Ньютона состоит в существовании особых систем отсчета, называемых инерциальными, в которых только и верны другие законы Ньютона.

Признаком инерциальной системы отсчета является то, что скорости тел относительно нее меняются только под влиянием сил, действующих со стороны других тел.

В неинерциальных системах отсчета (например, на вращающейся карусели или в ускоряющемся вагоне) скорости тел могут меняться и без физического воздействия.

Нет уникального стандарта покоя. Например, в вагоне с завешенными шторами и изолированном от звуков вы не определите движетесь вы равномерно или покоитесь. Понятие движения имеет смысл, только если оно задано относительно других объектов. Так устроен мир. Подробнее читайте блок Стандарт покоя из сочинений С.Хокинга, Л.Млодинова *

Второй закон Ньютона

Наступила очередь Ньютона, который раздумывал над таким вопросом: а если шарик не катится по прямой линии, что тогда? И он ответил так: для того чтобы хоть как-нибудь изменить скорость, нужна сила. Например, если вы подталкиваете шарик в том направлении, в каком он катится, то он покатится быстрее. Если вы заметили, что он свернул в сторону, значит, сила действовала сбоку.

Закон можно проверить экспериментально. Например, если мы привяжем к веревке камень и станем крутить его над головой, то почувствуем, что за веревку надо тянуть. Правда, когда камень летает по кругу, величина скорости не изменяется — зато изменяется ее направление.

Значит, нужна сила, которая все время тянула бы камень к центру, и сила эта пропорциональна массе.

Массу называют мерой сопротивления тела силовому воздействию. Масса является мерой инерции, ее иногда называют инертной массой.

Формула

Проанализировав огромную совокупность опытных данных, Ньютон нашел простую связь между силой и ускорением:

Третий закон Ньютона

Силы возникают попарно. Вспомним закон тяготения: два тела притягивают друг друга с одной и той же силой. Но не только силы притяжения действуют обоюдно.

Нам кажется, что ударив ногой по мячу, только мы подействовали на мяч с некоторой силой. Мало кто задумывается, что в момент удара мяч ударил нас с точно такой же силой! В этом есть суть третьего закона Ньютона.

Силы всегда возникают попарно, при этом одной природы и равны по значению.

Гравитационные, магнитные и электрические силы

Демонстрация равенства сил

Силы, которые возникают попарно приложены к разным телам. Если мальчик, стоя, давит на пол, пол давит на мальчика. Одна сила приложена к полу — это вес (мальчика). Сила, с которой пол «отвечает» приложена к мальчику — реакция опоры. Возникающие силы всегда направлены в противоположные стороны.

Главное запомнить

• 1) Суть законов; 2) Формулу второго закона Ньютона;
• 3) Точки приложения и направления попарно возникающих сил

Стандарт покоя из сочинений С.Хокинга, Л.Млодинова *

Важнейшее различие между учением Аристотеля и идеями Галилея и Ньютона состоит в том, что Аристотель считал покой естественным состоянием любого тела, к которому оно стремится, если не испытывает действия некоей силы или импульса. В частности, Аристотель полагал, что Земля пребывает в состоянии покоя. Но из законов Ньютона следует, что нет никакого уникального стандарта покоя.

Можно сказать, что тело А находится в состоянии покоя, а тело В перемещается относительно него с постоянной скоростью, или что тело В пребывает в покое, а тело А перемещается, и оба утверждения будут одинаково верны.

Например, если забыть на мгновение, что Земля вращается вокруг своей оси и обращается вокруг Солнца, то в равной мере можно говорить, что Земля находится в состоянии покоя, а поезд движется по ней на север со скоростью девяносто миль в час или что поезд находится в со-стоянии покоя, а Земля движется на юг со скоростью девяносто миль в час.

Если провести в поезде эксперименты с движущимися телами, все законы Ньютона подтвердятся. Например, играя в пинг-понг в вагоне поезда, убеждаешься, что шарик повинуется законам Ньютона точно так же, как и шарик на столе у дороги. Так что невозможно узнать, что именно движется – поезд или Земля.

Как проверить, кто прав – Ньютон или Аристотель? Вот один из возможных экспериментов. Вообразите, что вы находитесь внутри закрытого контейнера и не знаете, стоит ли он на полу вагона в движущемся поезде или на твердой поверхности Земли, стандарте покоя согласно Аристотелю.

Можно ли определить, где вы? Если можно, Аристотель, вероятно, был прав: состояние покоя на Земле является особым. Однако это невозможно.

Эксперименты, выполненные внутри контейнера в движущемся поезде, будут протекать точно так же, как и те, что проделаны внутри контейнера на «неподвижном» перроне (мы считаем, что поезд не испытывает толчков, не поворачивает и не тормозит). Играя в пинг-понг в вагоне поезда, можно обнаружить, что шарик ведет себя точно так же, как и шарик на столе у дороги.

Действительно ли существенно, кто прав – Аристотель или Ньютон? Идет ли речь о различии взглядов, философских систем, или это проблема, важная для науки? Отсутствие абсолютного стандарта покоя имеет в физике далеко идущие последствия: из него вытекает, что нельзя определить, случились ли два события, которые имели место в разное время, в одном и том же месте.

Чтобы уяснить это, давайте предположим, что некто в поезде вертикально бросает теннисный шарик на стол. Шарик отскакивает вверх и через секунду снова ударяет в то же место на поверхности стола. Для человека, бросившего шарик, расстояние между точками первого и второго касания будет равно нулю.

Но для того, кто стоит снаружи вагона, два касания будут разделены приблизительно сорока метрами, потому что именно столько пройдет поезд между двумя отскоками шарика (см. рисунок).

Согласно Ньютону оба человека имеют равное право считать, что находятся в состоянии покоя, так что обе точки зрения одинаково приемлемы. Ни один из них не имеет преимущества перед другим, в противоположность тому, что считал Аристотель.

Места, где наблюдаются события, и расстояния между ними различны для человека в поезде и человека на платформе, и нет никаких причин предпочесть одно наблюдение другому.

Расстояние, которое преодолевает тело, – и его путь – могут по-разному оцениваться разными наблюдателями.

Ньютона очень беспокоило отсутствие абсолютных положений, или абсолютного пространства, как принято было говорить, поскольку это не согласовывалось с его идеей абсолютного Бога.

Фактически он отказался принять отсутствие абсолютного пространства, несмотря на то, что его законы подразумевали это. За эту иррациональную веру его критиковали многие, особенно епископ Беркли, философ, полагавший, что все материальные тела, пространство и время – иллюзия.

Когда знаменитого доктора Джонсона ознакомили с мнением Беркли, он вскричал: «Я опровергаю это так!» – и ударил ногой по большому камню.

И Аристотель, и Ньютон верили в абсолютное время.

То есть полагали, что можно однозначно измерить интервал времени между двумя событиями и полученное значение будет одним и тем же, кто бы его ни измерял, если использовать точные часы.

В отличие от абсолютного пространства, абсолютное время согласовывалось с законами Ньютона. И большинство людей считает, что это соответствует здравому смыслу.

Ключом к прозрению стало новое понимание свойств света. Свойства эти, казалось бы, противоречат нашему опыту, но наш здравый смысл, исправно служащий нам, когда мы имеем дело с яблоками или планетами, которые движутся сравнительно медленно, перестает работать в мире околосветовых скоростей.

Скачать книгу Стивена Хокинга и Леонарда Млодинова «Кратчайшая история времени»

Видеодемонстрация. Величие и простота законов Ньютона*

Материал взят с сайта Элементы большой науки

Сергей Борисович Рыжиков — кандидат физико-математических наук,

доцент физического факультета МГУ им. Ломоносова.

Источник: http://fizmat.by/kursy/dinamika/Njuton

Первый закон Ньютона. Инерциальные системы

       Первый закон Ньютона: всякая 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.

       Оба названных состояния схожи тем, что ускорение тела равно нулю.

Поэтому формулировке первого закона можно придать следующий вид: скорость любого тела остаётся постоянной (в частности, равной нулю), пока воздействие на это тело со стороны других тел не вызовет её изменения.

       Стремление тела сохранить состояние покоя или равномерного прямолинейного движения называется инертностью. Поэтому первый закон Ньютона называют законом инерции.

       Механическое движение относительно, и его характер зависит от системы отсчёта.

Первый закон Ньютона выполняется не во всякой системе отсчёта, а те системы, по отношению к которым он выполняется, называются инерциальными системами отсчёта.

Инерциальной системой отсчёта является такая система отсчёта, относительно которой материальная точка, свободная от внешних воздействий, либо покоится, либо движется прямолинейно и равномерно (т.е. с постоянной скоростью).

       Таким образом, первый закон Ньютона утверждает существование инерциальных систем отсчёта.

       Опытным путём установлено, что инерциальной системой отсчёта можно считать гелиоцентрическую (звёздную) систему отсчёта (начало координат находится в центре Солнца, а оси проведены в направлении определённых звёзд).

Система отсчёта, связанная с Землей, строго говоря, неинерциальная, однако эффекты, обусловленные её неинерциальностью (Земля вращается вокруг собственной оси и вокруг Солнца), при решении многих задач малы, и в этих случаях её можно считать инерциальной.

       Из приведённых выше примеров легко понять, что основным признаком инерциальной системы является отсутствие ускорения.

       Сущность первого закона Ньютона может быть сведена к трём основным положениям:

1. все тела обладают свойствами инерции;
2. существуют инерциальные системы отсчёта, в которых выполняется первый закон Ньютона;
3. движение относительно. Если тело  А  движется относительно тела отсчета  В  со скоростью  υ, то и тело  В, в свою очередь, движется относительно тела  А с той же скоростью, но в обратном направлении  υ = – υ'.

Источник: http://ens.tpu.ru/POSOBIE_FIS_KUSN/%D4%E8%E7%E8%F7%E5%F1%EA%E8%E5%20%EE%F1%ED%EE%E2%FB%20%EC%E5%F5%E0%ED%E8%EA%E8/03-1.htm

ИСО. первый закон Ньютона

• Не знаю, чем я могу казаться миру, но сам себе я кажусь только мальчиком, играющим на берегу, развлекающимся тем, что от поры до времени отыскиваю камушек более цветистый, чем обыкновенно, или красивую раковину, в то время как великий океан истины расстилается передо мною неисследованным.
• Исаак Ньютон.
• До сих пор говорилось о законах кинематики, которые помогают нам рассчитать, где находиться изучаемое тело, с какой скоростью и по какой траектории оно движется.

Как известно, кинематика отвечает на вопросы «Что? Где? Когда? и Как?». Например, рассмотрим, с точки зрения кинематики, строки из поэмы А.С.

 Пушкина «Руслан и Людмила» и попытаемся ответить на ее главные вопросы:

1. У лукоморья дуб зеленый,
2. Златая цепь на дубе том:
3. И днем и ночью кот ученый
4. Всё ходит по цепи кругом…
5. И так, что или какое тело движется?
6. — Кот-ученый.
7. Где тело находится?
8. — На цепи.
9. Когда движется?
10. — И днем и ночью.
11. Как движется?
12. — По цепи кругом.

Но кинематика не отвечает еще на один главный вопрос — «Почему?» (почему тело движется именно так, а не иначе).

• Для полного описания механического движения тел необходимо изучить взаимодействие тел, являющееся причиной изменения их механического состояния.
• Раздел механики, в котором изучается движение тел с учетом их взаимодействия, называют динамикой.
• Основная задача динамики состоит в определении положения тела в произвольный момент времени по известному начальному положению, начальной скорости и силам, действующим на тело.
• Вопрос о причинах движения возник в сознании человека более двух десятков столетий назад.

Исследуя природные явления, Аристотель пришел к выводу, что для создания постоянной скорости движения необходимо воздействие других тел. Отсюда следует, что при отсутствии взаимодействия тела должны оставаться неподвижными (т.е. движется движимое).

Эта идея помогает понять огромное количество наблюдаемых явлений, но она не объясняет все движения, которые происходят в природе.

Аристотелю казалось, что существует несколько причин, вызывающих то или иное движение, и, следовательно, несколько разных видов движения: движение тел, находящихся под непосредственным воздействием других тел (например, лошадь тянет телегу), движение тел, падающих на земную поверхность и движение небесных тел.

На протяжении двух тысяч лет со времен Аристотеля кажущееся различие между движением тел по земной поверхности и в мировом пространстве являлось тормозом на пути развития механики. Только в XVII веке Галилео Галилей сделал первый шаг для единого объяснения этих двух типов движений. Он сформулировал закон инерции.

Закон этот Галилей выражал так: «Движение тела, на которое не действуют внешние силы, либо равнодействующая их равна нулю, является равномерным движением по окружности».

Так, по мнению Галилея, двигались небесные тела, «предоставленные самим себе».

Рассматривая взгляд Галилея на инерцию, убеждаемся в его неправомерности: ошибка в рассуждениях возникла из-за того, что Галилей не знал о законе всемирного тяготения, открытого позже Ньютоном.

Поэтому формулировка закона инерции требовала дополнений. Первым, кто попытался внести ясность в закон инерции, сформулированный Галилеем, был И.Ньютон. В представлении И.

Ньютона этот закон звучит следующим образом: всякая материальная точка сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку воздействие со стороны других тел побуждает его изменить это состояние.

Однако со временем выяснилось, что и закон Ньютона выполняется не во всех системах отсчета. В этом можно убедиться с помощью опыта. Сначала тележка движется прямолинейно и равномерно относительно земли. На ней находится шарик.

Шарик будет находиться в покое относительно тележки при любой скорости ее движения относительно земли — главное, чтобы эта скорость была постоянна.

Но когда тележка попадает в песочную насыпь, ее скорость быстро уменьшается, в результате чего тележка останавливается. Во время торможения тележки шарик приходит в движение, т.е. изменяет свою скорость относительно тележки, хотя нет никаких сил, которые толкали бы его. Значит, в системе отсчета, связанной с тележкой, тормозящей относительно земли, закон инерции не выполняется.

1. Таким образом, к формулировке закона инерции, данной Ньютоном, следует добавить, что закон справедлив не для всех систем отсчета.
2. Поэтому с точки зрения современных представлений закон Ньютона формулируется так:
3. Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет скорость неизменной, если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано.

Это утверждение в физике называют первым законом Ньютона, в соответствии с которым состояние покоя или равномерного прямолинейного движения тел не требует для своего поддержания каких-либо внешних воздействий. В этом проявляется особое динамическое свойство физических тел, называемое их инертностью и характеризующее «отзывчивость» тел на воздействие других тел.

Из опыта следует, что груженый автомобиль (более инертный) труднее разогнать или остановить при движении, чем такой же не гружёный автомобиль (менее инертный).

Явление сохранения состояния покоя или равномерного прямолинейного движения тел при отсутствии воздействия со стороны других тел называют инерцией.

Теперь, зная эти два понятия — инерция и инертность— вы легко сможете сами ответить на вопрос, почему человек споткнувшись падает лицом вперед, а поскользнувшись — назад.

Первый закон Ньютона называют законом инерции. Он не подлежит экспериментальной проверке (это – постулат), т.к. изолированных тел нет. Но если создать такие условия, что взаимодействие (главным образом трение) по возможности устранить, то движение все больше будет удовлетворять этому закону.

Следует отметить, что всякое движение имеет смысл, если указана система отсчета. Системы отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона называют инерциальными.

• Инерциальная система отсчета — это система отсчета, относительно которой тело при компенсации внешних воздействий движется прямолинейно и равномерно.
• Системы же отсчета, которые движутся с ускорением относительно инерциальных называют неинерциальными.
• Если найдена одна инерциальная система отсчета, то любая система отсчета, движущаяся относительно этой системы равномерно и прямолинейно, является инерциальной.
• В условиях, при которых можно не учитывать вращение Земли и ее движение вокруг Солнца, любая система отсчета с неподвижным относительно Земли телом отсчета является инерциальной.
• Если же необходимо учитывать движение Земли, то инерциальной считают систему, связанную с Солнцем.
• Основные выводы:
• – Первый закон Ньютона гласит, что существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет скорость неизменной, если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано.
• – Инертность — это свойство тел приобретать определенное ускорение при данном воздействии.
• – Инерция — это явление сохранения состояния покоя или равномерного прямолинейного движения тела при отсутствии воздействия со стороны других тел.
• – Инерциальная система отсчета — это система отсчета, относительно которой тело при компенсации внешних воздействий движется прямолинейно и равномерно.

Источник: https://videouroki.net/video/11-iso-piervyi-zakon-n-iutona.html

Инерциальные системы отсчёта — урок. Физика, 9 класс

Со временем выяснилось, что первый закон Ньютона выполняется не во всех системах отсчёта.

Проведём опыт. На тележке находятся два шарика, один из которых лежит на горизонтальной поверхности, а другой подвешен на нити.

Будем двигать тележку с шариками прямолинейно и равномерно относительно земли (рис. (1)).

Силы, действующие на каждый из шариков по вертикали, уравновешены, по горизонтали никакие силы на них не действуют (силу сопротивления воздуха в данном случае можно не учитывать).

Рис. (1)

Шарики будут находиться в покое относительно тележки при любой скорости её движения (v1, v2, v3 и т. д.) относительно земли — главное, чтобы эта скорость была постоянна.

Но когда тележка попадёт на песочную насыпь (рис. (2)), её скорость быстро уменьшится, в результате чего тележка остановится. Во время торможения тележки оба шарика придут в движение, т. е. скорость их движения относительно тележки изменится, хотя нет никаких сил, которые толкали бы их.

• Рис. (2)
• Значит, в системе отсчёта, связанной с тележкой, тормозящей относительно земли, закон инерции не выполняется.
• Таким образом, к формулировке закона инерции, данной Ньютоном, следует добавить, что этот закон справедлив не для всех систем отсчёта. С точки зрения современных представлений, первый закон Ньютона формулируется следующим образом:

существуют такие системы отсчёта, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела или действия других тел компенсируются.

Обрати внимание!

В первом законе Ньютона речь идёт о телах, которые могут быть приняты за материальные точки.

Те системы отсчёта, в которых закон инерции выполняется, называются инерциальными, а те, в которых не выполняется, — неинерциальными.

Обрати внимание!

Одно и то же тело может находиться в состоянии покоя в одной системе отсчёта и двигаться с ускорением в другой системе отсчёта.

Например, в самолёте, пикирующем вниз с ускорением свободного падения, пилот находится в состоянии покоя в системе отсчёта, связанной с самолётом. Одновременно в системе отсчёта, связанной с Землёй, этот пилот движется с ускорением свободного падения.

При решении многих задач механики нужно выбрать систему отсчёта, которую можно считать инерциальной.

Как правило, невозможно найти такую систему отсчёта, которая для любых рассматриваемых в ней явлений была бы строго инерциальной. С очень высокой степенью точности инерциальной можно считать гелиоцентрическую (солнечную) систему. Эта система используется в задачах небесной механики и космонавтики.

Инерциальными можно считать также системы отсчёта, связанные с любым телом, которое покоится или движется равномерно и прямолинейно относительно поверхности земли.

Обрати внимание!

Системы отсчёта, движущиеся относительно инерциальных с ускорением, являются неинерциальными.

Существует бесчисленное множество как инерциальных, так и неинерциальных систем отсчёта.

Источник: https://www.yaklass.ru/p/fizika/9-klass/zakony-vzaimodeistviia-i-dvizheniia-tel-osnovy-dinamiki-18748/pervyi-zakon-niutona-242175/re-564b7d18-765d-4fc2-ae94-90c15c7e1ef3

Динамика

Автор Курносов Валерий Михайлович 146 статей

По взглядам учёных античных времён считалось, что для движения необходимо наличие действия других тел. Если же действие это прекращается, то тело останавливается и возвращается в состояние покоя. Таким образом, покой выступал к ак основное состояние тела, а движение – как временное состояние, обязательно прекращающееся.

Такая точка зрения просуществовала до XVI века, когда Галилеем были сформулированы суждения принципиально другого толка. Галилей считал, что любое тело сохраняет состояние, в котором оно находится, если на него не действуют другие тела или действия других тел скомпенсированы.

 Так, физическое тело, лежащее на столе, находится в покое, поскольку на него действует Земля и стол, а действия эти равны по величине и противоположны по направлению. Но тело может не только находиться в покое при равенстве действий других тел, но и двигаться равномерно и прямолинейно.

Например, металлический шар, брошенный в воду, тонет с постоянной скоростью (на начальном участке движения это не так, но потом движение действительно станет равномерным). При этом действие Земли скомпенсировано действием воды.

И, наконец, тело, движущееся вдали от других тел (современным примером было бы движение космического корабля вдали от гравитирующих масс), будет сохранять свою скорость постоянной относитель но некоторой системы отсчёта, потому что нет тел, которые своим действием изменили бы это состояние движения.

Ньютон попытался построить учение о движении тел, основываясь на свойствах пространства и времени. По его мнению следовало, что вследствие однородности и изотропности пространства тело сохраняет состояние, в котором оно находится.

Само движение остаётся равномерным и прямолинейным , потому что пространство во всех точках имеет одинаковые свойства (однородно) и по всем направлениям так же имеет одинаковые свойства (изотропно).

• Любая другая система отсчёта, движущаяся относительно инерциальной равномерно и прямолинейно, тоже является инерциальной. 
• Таким образом, достаточно найти хотя бы одну и иерциальную систему отсчёта (далее ИСО), чтобы потом выбирать удобную ИСО. 
• Ньютон считал, что прос ранство абсолютно и неподвижно и что с ним можно связать хотя бы одну ИСО, неподвижную относительно пространства.

Практический же поиск ИСО представляет целую научную проблему. Несмотря на сложность поиска ИСО, первый (основополагающий) закон Ньютона постулирует их существование.

Первый закон Ньютона является следствием свойств пространства и времени, т. е.

тело может двигаться равномерно и прямолинейно или находиться в покое (если на него не действуют другие тела, или действия других тел скомпенсированы) только тогда, когда свойства пространства в разных точках и направления в нём (вдоль траектории движения тела) равноправны.

Сами свойства пространства и времени являются содержанием первого закона (его физическим смыслом). И если хотя бы одна ИСО существует, то остальных ИСО сколько угодно, и все они выступают на равных правах!

Все три формулировки имеют одинаковый смысл, но разнообразие этих формулировок расширяет понимание данного принципа.

Например, третья формулировка говорит о следующем: пусть мы находимся в закрытом от внешнего мира пространстве (закрытый вагон на очень гладких прямолинейных рельсах без стыков) .

Проводя внутри вагона разнообразные механические опыты и анализируя их результаты, мы не сможем ответить на вопрос – движемся ли мы равномерно и прямолинейно или находимся в покое относительно дороги (результаты опытов не зависят от места в пространстве и направления движения в нём).

1. Вторая формулировка утверждает, что результаты опытов, проведённых в вагоне (движущемся равномерно и прямолинейно), будут точно такими же, как и те, что получены при наблюдении за тем же опытом через окно вагона наблюдателем, стоящим на поверхности Земли неподвижно.
2. Первая формулировка лаконично обобщает все факты, но для полного понимания требуется пояснение или расшифровка, которая звучит в других формулировках. 
3. Из перечисленных примеров вытекает, что вполне очевидной будет ситуация, в которой на тело действуют другие тела, а ускорения нет; и невероятной будет ситуация, когда на тело не действуют тела, а ускорение есть.

Источник: https://zftsh.online/course/1565/-1-inerciya-pervyj-zakon-nyutona

Законы Ньютона. Инерциальные и неинерциальные системы отсчета

Первый закон Ньютона

Тело (материальная точка), не подверженное внешним воздействиям, либо находится в покое, либо движется прямолинейно и равномерно. Такое тело называют свободным. Движение такого тела называется свободным движением или движением по инерции.

• Существует система отсчёта, в которой все свободные тела движутся прямолинейно и равномерно
• ИЛИ
• Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальная точка при отсутствии внешних воздействий сохраняет величину и направление своей скорости неограниченно долго
• Такие системы называется инерциальными системами отсчёта — Первый закон Ньютона.

Второй закон Ньютона

Всякое тело оказывает сопротивление при попытке привести его в движение, т.е. придать ему некоторое ускорение. Такое свойство тел называется инертностью. Мера инертности — масса.

Система тел, на которую не оказывают влияние другие тела, называется замкнутой системой или изолированной системой. В таких системах тела могут взаимодействовать только друг с другом.Пусть замкнутая система состоит из двух тел (двух материальных точек).

Скорость тел и , а и приращение этих скоростей за один и тот же промежуток времени . Векторы и имеют противоположные направления и связаны соотношением . Коэффициенты и постоянны и имеют одинаковые знаки и называются массами или инертными массами тел 1 и 2.

1. Импульс или количество движения материальной точки — вектор, равный произведению массы точки на её скорость.
2. Импульс системы — векторная сумма импульсов отдельных материальных точек, из которых состоит система: для системы состоящей из материальных точек.
3. Импульс изолированной системы остаётся постоянным во времени — Закон сохранения импульса.
4. Сила (в механике) — всякая причина, которая меняет импульс тела (это качественная характеристика). Количественная характеристика выражается уравнением:
6. Это уравнение справедливо только в том случае, если m не зависит от скорости.
7. В инерциальной системе отсчёта производная импульса материальной точки по времени равна действующей на неё силе.
8. ИЛИ
9. В инерциальной системе отсчёта ускорение, которое получает материальная точка, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе

Приведённые выше высказывания есть ничто иное как две формулировки второго закона Ньютона. Соответствующее определению закона уравнение — уравнение движения материальной точки.

Третий закон Ньютона

• Силы взаимодействия двух материальных точек равны по модулю, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти материальные точки.
• ИЛИ
• Всякому действию соответствует равное и противоположно направленное противодействие.
• ИЛИ

Материальные точки попарно действуют друг на друга с силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, равными по модулю и противоположными по направлению: . Или, если система состоит множества материальных точек, то , т.е.

материальные точки взаимодействуют попарно. Обе силы направлены вдоль прямой, соединяющей эти точки.

Любая система, движущаяся с ускорением относительно инерциальной системы отсчёта, является неинерциальной.

Похожее

Источник: http://optoelectrosys.ru/teor/zakony-nyutona-inercialnye-i-neinercialnye-sistemy-otscheta.html