Acasă » Sarcina » Cele trei legi ale lui Newton: definiții și exemple. Câte legi ale lui Newton există? — Informații utile pentru toată lumea

Cele trei legi ale lui Newton: definiții și exemple. Câte legi ale lui Newton există? — Informații utile pentru toată lumea

Răspuns rapid: 3 legi în total.

Isaac Newton este cunoscut ca matematician, astronom, mecanic și unul dintre fondatorii fizicii clasice, născut în 1643 în Anglia. Autorul lucrării „Principii matematice ale filosofiei naturale”, unde a conturat cele trei legi ale mecanicii și legea gravitatie. Aceasta din urmă nu este legea de bază a mecanicii, așa că legile de bază ale lui Newton sunt trei.

Prima lege a lui Newton (Legea inerției)

Prima lege a lui Newton postulează existența cadrelor de referință inerțiale. Inerția este proprietatea unui corp de a-și menține viteza de mișcare neschimbată (atât în mărime, cât și în direcție) atunci când nu acționează nicio forță asupra corpului. Pentru a schimba viteza unui corp, este necesar să acționați asupra lui cu o oarecare forță. Desigur, rezultatul acțiunii forțelor de aceeași mărime asupra diverse corpuri va fi diferit. Astfel, se spune că corpurile au inerție diferită. Inerția este proprietatea corpurilor de a rezista la schimbarea vitezei lor. Valoarea inerției este caracterizată de masa corporală.

A doua lege a lui Newton

A doua lege a lui Newton este o lege diferențială a mișcării care descrie relația dintre forța aplicată unui punct material și accelerația rezultată a acestui punct. De fapt, a doua lege a lui Newton introduce masa ca măsură a manifestării inerției unui punct material într-un cadru inerțial de referință (ISR) ales.

a treia lege a lui Newton

Forța de acțiune este egală cu forța de reacție. Definiția sa este următoarea: forțele cu care două corpuri acționează unul asupra celuilalt sunt egale ca mărime și opuse ca direcție.

Teoria clasică a gravitației a lui Newton

Legea care descrie interacțiunea gravitațională în cadrul mecanicii clasice.

Tine minte!!!

Dinamica unui punct material se bazează pe cele trei legi ale lui Newton.
Prima lege a lui Newton - legea inerției
Sub corp se înțelege un punct material, a cărui mișcare este considerată într-un cadru de referință inerțial.

1. Formulare

„Există astfel de cadre de referință inerțiale, în raport cu care corpul, dacă nu acționează alte forțe asupra lui (sau acțiunea altor forțe este compensată), este în repaus sau se mișcă uniform și rectiliniu.”

2. Definiție

Prima lege a lui Newton - orice punct material (corp) mentine o stare de repaus sau miscare rectilinie uniforma pana cand impactul altor corpuri il face sa schimbe aceasta stare.

Prima lege a lui Newton - legea inerției (Galileo a derivat legea inerției)

Legea inerției: Dacă nu există influențe externe asupra corpului, atunci corp dat menține o stare de repaus sau o mișcare rectilinie uniformă față de Pământ.

Sistem de referință inerțial (ISO)- un sistem care este fie în repaus, fie se mișcă uniform și rectiliniu în raport cu un alt sistem inerțial. Acestea. Cadrul de referință în care este îndeplinită prima lege a lui Newton.

Masa corpului este o măsură cantitativă a inerției sale. În SI, se măsoară în kilograme.
Forta- o măsură cantitativă a interacțiunii corpurilor. Forța este o mărime vectorială și se măsoară în newtoni (N). O forță care produce asupra unui corp același efect ca mai multe forțe care acționează simultan se numește rezultanta acestor forțe.

3. Formula

Fără formulă. Formula pentru prima lege a lui Newton nu există.

Prima lege a lui Newton conține 2 afirmații importante:

toate corpurile au proprietatea de inerție;
există sisteme de referință inerțiale.

Acest lucru este interesant.

« Fizica - clasa a 10-a "

Ce fenomen se numește inerție?
Ce este un sistem de referință?

Legea inerției se referă la cel mai simplu caz de mișcare - mișcarea unui corp care nu interacționează cu alte corpuri, adică mișcarea unui corp liber.

Este imposibil să răspundem la întrebarea cum se mișcă corpurile libere fără să ne referim la experiență. Cu toate acestea, este imposibil să faci un singur experiment care ar face-o formă pură a arătat cum se mișcă un corp care nu interacționează cu nimic, deoarece nu există astfel de corpuri. Cum să fii?

Există o singură cale de ieșire. Este necesar să plasăm corpul în condiții în care influența interacțiunilor externe poate fi făcută din ce în ce mai mică și să observați la ce duce acest lucru. Este posibil, de exemplu, să se observe mișcarea unei pietre netede pe o suprafață orizontală după ce i s-a conferit o anumită viteză. (Atracția unei pietre față de pământ este compensată de acțiunea suprafeței pe care se sprijină; doar frecarea îi afectează viteza.) Este ușor de constatat însă că, cu cât suprafața este mai netedă, cu atât viteza pietrei va scădea mai încet. Pe gheață netedă piatra alunecă foarte mult timp fără a schimba vizibil viteza. Pe baza unor astfel de observații, putem concluziona că dacă suprafața ar fi perfect netedă, atunci în absența rezistenței aerului (în vid), piatra nu și-ar schimba deloc viteza. Galileo a fost primul care a ajuns la această concluzie.

Prima lege a lui Newton:

Există cadre de referință, numite inerțiale, în raport cu care corpul se mișcă în linie dreaptă și uniform, dacă nu acționează alte corpuri asupra lui.

Prima lege, sau legea inerției, așa cum este adesea numită, a fost de fapt descoperită de Galileo, dar Isaac Newton i-a dat o formulare strictă și a inclus-o printre legile de bază ale mecanicii.

Această lege, pe de o parte, conține definiție sistem de referință inerțial. Pe de altă parte, conține afirmație(care poate fi verificat experimental cu diferite grade de precizie) că cadrele de referință inerțiale există în realitate.

Cadre de referință inerțiale și non-inerțiale

Până acum, am asociat sistemul de referință cu Pământul, adică am luat în considerare mișcarea față de Pământ. În cadrul de referință asociat Pământului, accelerația unui corp este determinată doar de acțiunea altor corpuri asupra acestuia. Cadrul de referință asociat Pământului este inerțial.

Din formularea primei legi rezultă că, dacă există un singur cadru de referință inerțial, atunci orice altă mișcare față de acesta rectiliniu și uniform este de asemenea inerțială.

Cu toate acestea, pe lângă cadrele de referință inerțiale, există altele în care corpul are accelerație chiar și atunci când alte corpuri nu acționează asupra lui.

Ca exemplu, luați în considerare cadrul de referință asociat cu un autobuz. Când autobuzul se mișcă uniform, pasagerul nu se poate ține de balustradă, acțiunea din partea laterală a autobuzului este compensată de interacțiunea cu Pământul. Cu o frânare bruscă a autobuzului, pasagerii care stau pe culoar cad înainte, primind o accelerație față de pereții autobuzului (Fig. 2.6). Cu toate acestea, această accelerare nu este cauzată de niciun impact nou de la Pământ sau autobuz direct asupra pasagerilor. Față de Pământ, pasagerii își mențin viteza constantă, dar autobuzul începe să se miște cu accelerație, iar pasagerii se deplasează și ei cu accelerație în raport cu acesta. Accelerația apare datorită faptului că mișcarea lor este considerată relativ la corpul de referință (autobuz) care se deplasează cu accelerație.

Luați în considerare un pendul pe un disc rotativ (Fig. 2.7). Firul pendulului este deviat de la verticală, deși el însuși este nemișcat față de disc. Tensiunea firului nu poate fi compensată de forța gravitației către Pământ. Prin urmare, deformarea pendulului nu poate fi explicată doar prin interacțiunea sa cu corpurile.

Să luăm în considerare încă un pendul situat într-o mașină nemișcată. Firul pendulului este vertical (Fig. 2.8, a). Bila interacționează cu firul și Pământul, forța de tensiune a firului este egală cu forța gravitației. Din punctul de vedere al pasagerului din mașină și al persoanei care stă pe platformă, mingea este în echilibru datorită faptului că suma forțelor care acționează asupra acesteia este zero.

De îndată ce mașina începe să se miște cu accelerație, firul pendulului se abate (prin inerție, mingea tinde să mențină o stare de repaus). Din punctul de vedere al unei persoane care stă pe platformă, accelerația mingii trebuie să fie egală cu accelerația mașinii, deoarece firul nu se rupe și mingea se mișcă împreună cu mașina. Bila interacționează în continuare cu aceleași corpuri, suma forțelor acestei interacțiuni trebuie să fie diferită de zero și să determine accelerația bilei.

Din punctul de vedere al unui pasager din mașină, mingea este nemișcată, prin urmare, suma forțelor care acționează asupra mingii trebuie să fie egală cu zero, dar aceleași forțe acționează asupra mingii - tensiunea firului și forța Fig. 2,8 gravitație. Aceasta înseamnă că mingea (Fig. 2.8, b) trebuie acționată asupra unei forțe în interior, care este determinată de faptul că cadrul de referință asociat mașinii este neinerțial. Această forță se numește forța de inerție (vezi Fig. 2.8, b).

În cadrele de referință neinerțiale, poziția de bază a mecanicii că accelerația unui corp este cauzată de acțiunea altor corpuri asupra acestuia nu este îndeplinită.

Se numesc cadre de referință în care prima lege a lui Newton nu este valabilă neinerțială.

Răspuns rapid: 3 legi în total.

Isaac Newton este cunoscut ca matematician, astronom, mecanic și unul dintre fondatorii fizicii clasice, născut în 1643 în Anglia. Autorul lucrării „Principii matematice ale filosofiei naturale”, unde a conturat cele trei legi ale mecanicii și legea gravitației universale. Aceasta din urmă nu este legea de bază a mecanicii, așa că legile de bază ale lui Newton sunt trei.

Prima lege a lui Newton (Legea inerției)

Prima lege a lui Newton postulează existența cadrelor de referință inerțiale. Inerția este proprietatea unui corp de a-și menține viteza de mișcare neschimbată (atât în mărime, cât și în direcție) atunci când nu acționează nicio forță asupra corpului. Pentru a schimba viteza unui corp, este necesar să acționați asupra lui cu o oarecare forță. Desigur, rezultatul acțiunii forțelor de aceeași mărime asupra unor corpuri diferite va fi diferit. Astfel, se spune că corpurile au inerție diferită. Inerția este proprietatea corpurilor de a rezista la schimbarea vitezei lor. Valoarea inerției este caracterizată de masa corporală.

A doua lege a lui Newton

a treia lege a lui Newton

Forța de acțiune este egală cu forța de reacție. Definiția sa este următoarea: forțele cu care două corpuri acționează unul asupra celuilalt sunt egale ca mărime și opuse ca direcție.

Teoria clasică a gravitației a lui Newton

Legea care descrie interacțiunea gravitațională în cadrul mecanicii clasice.

Câte legi are Newton?

Newton trage principalele concluzii din lucrările de matematică din lucrarea fundamentală Principii matematice ale filosofiei naturale din 1687. Aici face o revoluție științifică care s-a schimbat popular în studiile teoretice atât în matematică, cât și în fizică, de exemplu: masă, inerție, forță. , impuls, centrul de greutate etc. .d. Așa se numește prima lege a lui Newton: legea inerției, deoarece mișcarea nu este susținută de nicio influență.

despre mișcarea inerțială. Inerția este fenomenul în care corpul își menține viteza de mișcare atunci când nicio forță nu acționează asupra corpului sau suma vectorială a tuturor forțelor care acționează este egală cu zero. A doua lege: Sub acțiunea unei forțe F, un corp de masă t ia o astfel de accelerație A încât produsul dintre masă și accelerații să fie egal cu forța care acționează. Formula a doua legii Adică legea diferențială a mișcării, care descrie relația dintre forța aplicată unui punct material și accelerația rezultată a acestui punct. A treia lege: O acțiune are întotdeauna o reacție egală și opusă, în caz contrar interacțiunile a două corpuri unul împotriva celuilalt sunt egale și direcționate în direcții opuse.Legea reflectă principiul interacțiunii perechi. Adică toate forțele din natură se nasc în perechi.Legea reflectă principiul interacțiunii perechilor. Adică toate forțele din natură se nasc în perechi. Legile lui Newton sunt legile de bază ale mecanicii. Din ele pot fi derivate ecuațiile de mișcare ale sistemelor mecanice. Cu toate acestea, nu toate legile mecanicii pot fi derivate din legile lui Newton. De exemplu, legea gravitației universale sau legea lui Hooke nu sunt consecințe trei legi Newton

Dintre cele mai cunoscute legi ale lui Newton, se pare că trei fundamentale pot fi denumite (cel puțin cele pe care ni le-au fost predate la școală). Prima descrie menținerea stării de repaus sau de mișcare a corpului, dar numai dacă nu acționează alte forțe asupra acestuia din exterior. Al doilea explică modificarea cantității de mișcare sau impuls, iar al treilea formulează legea (aceasta pare simplă) conform căreia forța de acțiune este egală cu forța de opoziție (și în termeni simpli, ceea ce semeni, vei culege) . O da, am uitat complet de faimosul măr care i-a căzut pe cap, după care a apărut legea gravitației universale. Dar trebuie să fii o persoană atât de strălucitoare pentru a conecta un eveniment obișnuit, s-ar părea, cu o astfel de lege.

Câte legi ale lui Newton există?

Există și altele, în afară de cele trei prin care trecem cu toții la lecțiile de fizică?

De fapt, cele trei legi ale mecanicii clasice, baza ei sunt numite numele de Newton.

Atunci legea gravitației...

Deci cele patru legi ale lui Newton sunt studiate la școală, doar că ultima nu are un astfel de nume, deși descoperitorul ei este Newton..

Toate cele patru legi sunt derivate din observația planetară și din legile empirice ale lui Kepler (pe baza datelor de la astronomul Tycho Brahe).

Deci povestea mărului este doar o legendă.

În plus, Newton a lucrat în optică și a descoperit compoziția lumină albă(folosind prisme).

De asemenea, a demonstrat că orice culoare poate fi sintetizată prin amestecarea anumitor proporții din cele trei culori primare (roșu, albastru, verde).

El a descoperit un fenomen optic numit inele lui Newton, bazat pe interferența luminii.

În plus, legile lui Newton (dacă luăm în considerare strict) pentru mecanică nu sunt trei ..

Trei sunt cele care sunt de obicei considerate la școală și aceasta este pentru mișcarea liniară.

Faptul este că există legile lui Newton pentru mișcarea de rotație.

Sunt șase ecuații în total.

Dar, desigur, nu există o analogie completă între ele.

am raspuns deja întrebare similară iar în cursul răspunsului am descoperit chiar și pentru mine o mulțime de lucruri noi. Se pare că cele trei legi ale lui Newton pe care le-am studiat în clasă la școală sunt departe de tot ceea ce a reușit să descopere marele englez. Newton a fost angajat în bazele calculului diferențial, a patra lege a lui Newton este considerată Legea gravitației universale - pe care au încercat să o înțeleagă cu mult înaintea lui, dar Sir Isaac a reușit să aducă o bază matematică sub concluziile. Newton a studiat, de asemenea, optica, cea mai neiubită secțiune a fizicii pentru școlari, și chiar a descoperit fenomenul de interferență - aceleași inele lui Newton. Dar există și a cincea lege asociată cu numele de Newton - aceasta este legea transferului de căldură, care se numește oficial legea Newton-Richmann.

Cinci legi și multe postulate - acesta este rezultatul muncii marelui fizician și francmason.

În general, cele trei legi ale lui Newton sunt numele colectiv pentru cele trei legi care stau la baza mecanicii clasice. Datorită acestora, este posibil să se noteze ecuațiile de mișcare pentru fiecare sistem mecanic, în timp ce interacțiunile de forță pentru corpurile care îl alcătuiesc trebuie cunoscute. Aceste legi au fost formulate de Isaac Newton în cartea „Principii matematice ale filosofiei naturale”, scrisă în 1687. Cunoscut pentru așa ceva fapt interesant că atunci când a formulat legea inerției, Isaac Newton s-a bazat pe lucrările lui Galileo Galilei, care a fost primul care a înțeles eroarea afirmației, „un corp asupra căruia nimic nu acționează nu poate decât să se sprijine”.

numărul doi ne spune că motivul schimbării vitezei corpului este acțiunea corpurilor din jur asupra acestuia. A treia lege a lui Newton se bazează pe formularea: „atunci când două corpuri interacționează, forțele cu care acționează unul asupra celuilalt sunt egale ca valoare absolută și opuse ca direcție”. Astfel, legile lui Newton, care reprezintă baza mecanicii clasice, iau în considerare interacțiunile corpurilor macroscopice care participă la mișcări non-relativiste (adică vitezele lor sunt mult mai mici decât viteza luminii). Dar, plus totul, corpurile sunt descrise ca puncte materiale, dar mișcarea este considerată relativ la cadrele de referință inerțiale.

www.bolshoyvopros.ru

Legile noului- trei legi care stau la baza mecanicii clasice si permit scrierea ecuatiilor de miscare pentru orice sistem mecanic, daca se cunosc fortele care actioneaza asupra corpurilor sale constitutive. Prima dată complet formulată de Isaac Newton în cartea „Principii matematice ale filosofiei naturale” (1687).

Prima lege a lui Newton postulează existența cadrelor de referință inerțiale. Prin urmare, este cunoscut și ca Legea inerției. Inerția este proprietatea unui corp de a menține viteza de mișcare neschimbată (atât în mărime, cât și în direcție) atunci când nu acționează nicio forță asupra corpului. Pentru a schimba viteza unui corp, este necesar să acționați asupra lui cu o oarecare forță. Desigur, rezultatul acțiunii forțelor de aceeași mărime asupra unor corpuri diferite va fi diferit. Astfel, se spune că corpurile au inerție diferită. Inerția este proprietatea corpurilor de a rezista la schimbarea vitezei lor. Valoarea inerției este caracterizată de masa corporală.

În fizica modernă, prima lege a lui Newton este de obicei formulată după cum urmează:

Există astfel de cadre de referință, numite inerțiale, în raport cu care punctele materiale, atunci când asupra lor nu acționează forțe (sau forțe echilibrate reciproc), sunt în stare de repaus sau mișcare rectilinie uniformă.

Newton în cartea sa „Principii matematice ale filosofiei naturale” a formulat prima lege a mecanicii în următoarea formă:

Fiecare corp continuă să fie ținut într-o stare de repaus, sau de mișcare uniformă și rectilinie, până când și în măsura în care este obligat de forțele aplicate să schimbe această stare.

Din punct de vedere modern, o astfel de formulare este nesatisfăcătoare. În primul rând, termenul „corp” ar trebui înlocuit cu termenul „punct material”, deoarece un corp de dimensiuni finite în absența forțelor externe poate efectua și mișcare de rotație. În al doilea rând, și cel mai important, Newton în lucrarea sa s-a bazat pe existența unui cadru fix absolut de referință, adică spațiu și timp absolut, iar fizica modernă respinge această idee. Pe de altă parte, într-un cadru de referință arbitrar (de exemplu, rotativ), legea inerției este incorectă, astfel încât formularea newtoniană a fost înlocuită cu postulatul existenței cadrelor de referință inerțiale.

În acest caz, se presupune că masa unui punct material este constantă în timp și independentă de orice caracteristică a mișcării și interacțiunii sale cu alte corpuri.

Într-un cadru de referință inerțial, accelerația pe care o primește un punct material cu o masă constantă este direct proporțională cu rezultanta tuturor forțelor aplicate acestuia și invers proporțională cu masa sa.

La alegere potrivită unități de măsură, această lege poate fi scrisă sub formă de formulă:

A doua lege a lui Newton poate fi formulată și într-o formă echivalentă folosind conceptul de impuls:

Într-un cadru de referință inerțial, rata de modificare a impulsului unui punct material este egală cu rezultanta tuturor forțelor externe aplicate acestuia.

Când mai multe forțe acționează asupra unui punct material, ținând cont de principiul suprapunerii, a doua lege a lui Newton se scrie astfel:

A doua lege a lui Newton, la fel ca toată mecanica clasică, este valabilă numai pentru mișcarea corpurilor cu viteze mult mai mici decât viteza luminii. Când corpurile se mișcă cu viteze apropiate de viteza luminii, se folosește generalizarea relativistă a celei de-a doua legi, care se obține în cadrul teoriei relativității speciale.

Formulare istorică

Formularea originală a lui Newton:

Modificarea impulsului este proporțională cu forța motrice aplicată și are loc în direcția dreptei de-a lungul căreia acționează această forță.

Interesant este că dacă adăugăm cerința inerțialității pentru cadrul de referință, atunci în această formulare această lege este valabilă chiar și în mecanica relativistă.

Formulare modernă

Punctele materiale interacționează între ele prin forțe de aceeași natură, îndreptate de-a lungul liniei drepte care leagă aceste puncte, egale ca mărime și opuse ca direcție:

Legea prevede că forțele apar numai în perechi, iar orice forță care acționează asupra unui corp are o sursă de origine sub forma unui alt corp. Cu alte cuvinte, puterea este întotdeauna rezultatul interacțiuni tel. Existența unor forțe care au apărut independent, fără corpuri care interacționează, este imposibilă.

Newton a dat următoarea formulare a legii:

O acțiune are întotdeauna o reacție egală și opusă, altfel interacțiunile a două corpuri unul împotriva celuilalt sunt egale și direcționate în direcții opuse.

Pentru forța Lorentz, a treia lege a lui Newton nu este valabilă. Numai reformulând-o ca legea conservării impulsului într-un sistem închis de particule și un câmp electromagnetic, se poate restabili valabilitatea acestuia.

Legea conservării impulsului

Legea conservării impulsului afirmă că suma vectorială a impulsurilor tuturor corpurilor sistemului este o valoare constantă dacă suma vectorială a forțelor externe care acționează asupra sistemului de corpuri este egală cu zero.

Legea conservării energiei mecanice

În plus, dacă toate forțele sunt conservatoare, atunci legea conservării energiei mecanice corpuri care interacționează: pline energie mecanică sistemul închis de corpuri, între care acţionează numai forţe conservatoare, rămâne constant.

Legile lui Newton sunt legile de bază ale mecanicii. Din ele pot fi derivate ecuațiile de mișcare ale sistemelor mecanice. Cu toate acestea, nu toate legile mecanicii pot fi derivate din legile lui Newton. De exemplu, legea gravitației universale sau legea lui Hooke nu sunt consecințe ale celor trei legi ale lui Newton.

Pe lângă forțele la care se face referire în a doua și a treia lege a lui Newton, în mecanică, așa-numita forțe de inerție. De obicei vorbim despre forțele de inerție a doi tipuri variate. Forța de primul tip (forța de inerție D'Alembert) este o mărime vectorială egală cu produsul dintre masa unui punct material și accelerația acestuia, luată cu semnul minus. Forțele de al doilea tip (forțe de inerție euleriene) sunt folosite pentru a obține posibilitatea formală de a scrie ecuațiile de mișcare a corpurilor în cadre de referință neinerțiale într-o formă care coincide cu forma celei de-a doua legi a lui Newton.

Prin definiție, forța de inerție Euler este egală cu produsul dintre masa unui punct material și diferența dintre valorile accelerației acestuia în acel cadru de referință neinerțial pentru care este introdusă această forță, pe de o parte și în orice cadru de referință inerțial, pe de altă parte.Forțele inerțiale determinate astfel de forțele în sensul legilor lui Newton nu sunt . Acest fapt stă la baza afirmației că ei nu sunt forțe fizice; aceeași idee este exprimată prin numirea lor fictiv , aparent sau pseudo-forțe .

Legile lui Newton și mecanica lagrangiană

Legile lui Newton sunt doar o modalitate de a formula mecanica clasică. În cadrul mecanicii lagrangiene, există o singură formulă (înregistrarea acțiunii) și un singur postulat (corpurile se mișcă astfel încât acțiunea să fie staționară), și din aceasta este posibil să se deducă toate legile lui Newton, totuși, numai pentru sistemele lagrangiene. (în special, pentru sistemele conservatoare). Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că toate interacțiunile fundamentale cunoscute sunt descrise precis de sistemele lagrangiene. Mai mult, în cadrul formalismului lagrangian, se pot considera cu ușurință situații ipotetice în care acțiunea are o altă formă. În acest caz, ecuațiile mișcării nu vor mai semăna cu legile lui Newton, dar mecanica clasică în sine va fi încă aplicabilă.

Rezolvarea ecuațiilor de mișcare

Ecuația F >= ma > =m> este o ecuație diferențială: accelerația este derivata a doua a coordonatei în raport cu timpul. Aceasta înseamnă că evoluția (deplasarea) unui sistem mecanic în timp poate fi determinată fără ambiguitate dacă sunt specificate coordonatele inițiale și vitezele inițiale.

Rețineți că dacă ecuațiile care descriu lumea noastră ar fi ecuații de ordinul întâi, atunci fenomene precum inerția, oscilațiile și undele ar dispărea din lumea noastră.

Spațiu și timp Newton

Fizica modernă a abandonat conceptul de spațiu și timp absolut al fizicii clasice a lui Newton. Teoria relativistă a demonstrat că spațiul și timpul sunt relative. Aparent, nu există fraze repetate mai des în lucrările de istoria fizicii și a filozofiei. Totuși, totul nu este atât de simplu, iar astfel de afirmații necesită anumite clarificări (cu toate acestea, un simț lingvistic este suficient). Cu toate acestea, întoarcerea la origini este uneori foarte util de înțeles. de ultimă orăȘtiințe.

Timpul, după cum se știe, poate fi măsurat folosind un proces periodic uniform. Cu toate acestea, neavând timp, de unde știm că procesele uniformă? Există dificultăți logice evidente în definirea unor astfel de concepte primare. Uniformitatea ceasului ar trebui postulată și numită trecerea uniformă a timpului. De exemplu, prin definirea timpului cu ajutorul mișcării uniforme și rectilinie, transformăm astfel prima lege a lui Newton într-o definiție a cursului uniform al timpului. Ceasul merge uniform dacă corpul, asupra căruia nu acționează forțe, se mișcă în linie dreaptă și uniform (după acest ceas). În acest caz, mișcarea este concepută în raport cu cadrul de referință inerțial, care pentru definirea sa are nevoie și de prima lege a lui Newton și de un ceas care funcționează uniform.

O altă dificultate este legată de faptul că două procese care sunt la fel de uniforme la un anumit nivel de precizie se pot dovedi a fi relativ neuniforme cu o măsurare mai precisă. Și ne confruntăm constant cu nevoia de a alege un standard din ce în ce mai fiabil pentru uniformitatea trecerii timpului.

După cum sa menționat deja, procesul este considerat uniform și măsurarea timpului cu ajutorul său este acceptabilă atâta timp cât toate celelalte fenomene sunt descrise cât mai simplu posibil. Este evident că într-o astfel de definire a timpului este necesar un anumit grad de abstractizare. Căutarea constantă a ceasului potrivit este legată de credința noastră în o proprietate obiectivă a timpului de a avea un ritm uniform.

Newton era bine conștient de existența unor astfel de dificultăți. Mai mult, în „Principiile” sale el a introdus conceptele de timp absolut și relativ pentru a sublinia nevoia de abstractizare, de definire pe baza timpului relativ (obișnuit, măsurabil) a unui anumit model matematic - timpul absolut. ȘI in aceeaînțelegerea sa asupra esenței timpului nu diferă de cea modernă, deși datorită diferențe de terminologie a existat o oarecare confuzie.

Să ne întoarcem la „Principiile matematice ale filosofiei naturale” (1687). Formulări abreviate ale definiției lui Newton a timpului absolut și relativ sunt următoarele: Timpul absolut (matematic), fără nicio legătură cu nimic extern, curge uniform. Timpul relativ (obișnuit) este o măsură a duratei, înțeleasă de simțuri prin orice mișcare. Relația dintre aceste două concepte și necesitatea lor este clar vizibilă din următoarea explicație: Timpul absolut diferă în astronomie de timpul solar obișnuit prin ecuația timpului. Pentru că zilele solare naturale, luate ca fiind egale în măsurarea obișnuită a timpului, sunt de fapt inegale între ele. Această inegalitate este corectată de astronomi pentru a folosi mai mult la fix. Este posibil să nu existe o astfel de mișcare uniformă (în natură) prin care timpul să poată fi măsurat cu o precizie perfectă. Toate mișcările pot accelera sau încetini, dar cursul timpului absolut nu se poate schimba. Timpul relativ al lui Newton este timpul măsurat, în timp ce timpul absolut este modelul său matematic cu proprietăți derivate din timpul relativ prin abstracție. În general, vorbind despre timp, spațiu și mișcare, Newton subliniază în mod constant că ele sunt înțelese de simțurile noastre și, prin urmare, sunt obișnuite (relative): Mărimile relative nu sunt aceleași mărimi pe care le sunt de obicei date denumirile, ci sunt doar rezultatele măsurători ale cantităților menționate (adevărate sau false), înțelese de simțuri și luate de obicei pentru cantitățile în sine. Necesitatea construirii unui model al acestor concepte impune introducerea unor obiecte matematice (absolute), niste entitati ideale care nu depind de inexactitatea instrumentelor. Afirmația lui Newton conform căreia „timpul absolut curge uniform, fără nicio legătură cu nimic din exterior” este de obicei interpretată în sensul independenței timpului față de mișcare. Cu toate acestea, după cum se poate observa din citatele de mai sus, Newton vorbește despre necesitatea de a face abstracție de posibilele inexactități ale mișcării uniforme a oricărui ceas. Pentru el, timpul absolut și timpul matematic sunt sinonime!

Newton nu discută nicăieri întrebarea că viteza trecerii timpului poate diferi în diferite spații relative (cadre de referință). Desigur, mecanica clasică implică aceeași uniformitate a cursului timpului pentru toate cadrele de referință. Cu toate acestea, această proprietate a timpului pare atât de evidentă încât Newton, fiind foarte precis în formulările sale, nu o discută și o formulează ca una dintre definițiile sau legile mecanicii sale. Această proprietate a timpului a fost respinsă de teoria relativității. Timpul absolut conform lui Newton este încă prezentă în paradigma fizicii moderne.

Acum să trecem la spațiul fizic al lui Newton. Dacă spațiul absolut este înțeles ca existența unui anumit cadru de referință preferat, atunci este de prisos să reamintim că acesta nu există în mecanica clasică. Descrierea strălucitoare a lui Galileo a imposibilității de a determina mișcarea absolută a unei nave este un prim exemplu în acest sens. Astfel, teoria relativistă nu putea refuza ceea ce lipsea mecanicii clasice.

Cu toate acestea, întrebarea lui Newton despre relația dintre spațiul absolut și relativ nu este suficient de clară. Pe de o parte, atât pentru timp, cât și pentru spațiu, termenul „relativ” este folosit în sensul „o cantitate măsurabilă” (înțeleasă de simțurile noastre), iar „absolut” în sensul „modelului său matematic”: spațiu absolut în însăși esența sa, indiferent de ceea ce este exterior rămâne întotdeauna același și nemișcat. Relativa este măsura sa, sau o parte mobilă limitată, care este determinată de simțurile noastre de poziția sa în raport cu anumite corpuri și care în viata de zi cu zi luat ca spațiu fix. Pe de altă parte, textul conține argumente despre un marinar de pe o navă, care pot fi interpretate și ca o descriere a unui sistem de referință selectat: către Pământ și corpuri de pe navă. Astfel, este introdus conceptul de mișcare absolută, care contrazice principiul relativității lui Galileo. Cu toate acestea, spațiul absolut și mișcarea sunt introduse pentru a pune imediat la îndoială existența lor: Cu toate acestea, este absolut imposibil fie să vedem, fie să distingem altfel cu simțurile noastre părțile separate ale acestui spațiu unele de altele și, în locul lor, trebuie să apelează la măsurători, disponibile simțurilor. Prin pozițiile și distanțele obiectelor față de orice corp, luate ca staționari, determinăm locurile în general. De asemenea, este imposibil să se determine adevăratul (corpurile) lor odihnă prin poziția lor relativă unul față de celălalt. Poate că necesitatea de a lua în considerare spațiul absolut și mișcarea absolută în el este legată de analiza relației dintre cadrele de referință inerțiale și non-inerțiale. Discutând experimentul cu o găleată rotativă care este umplută cu apă, Newton arată că mișcarea de rotație este absolută în sensul că poate fi determinată, fără a depăși sistemul găleată-apă, prin forma suprafeței concave a apei. În acest sens, punctul său de vedere coincide și cu cel modern. Neînțelegerea exprimată în frazele date la începutul secțiunii a apărut din cauza diferențelor vizibile de semantică a utilizării termenilor „absolut” și „relativ” de către Newton și fizicienii moderni. Acum, vorbind de esența absolută, vrem să spunem că este descrisă în același mod pentru diferiți observatori. Lucrurile relative pot arăta diferit pentru diferiți observatori. În loc de „spațiu și timp absolut” spunem astăzi „model matematic al spațiului și timpului”. Prin urmare, cei care interpretează aceste cuvinte în el încalcă cu adevărat sensul Sfintei Scripturi.

Structura matematică atât a mecanicii clasice, cât și a teoriei relativiste este bine cunoscută. Proprietățile înzestrate de aceste teorii ale spațiului și timpului decurg fără ambiguitate din această structură. Argumentele vagi (filosofice) despre „absolut” învechit și „relativitate” revoluționară cu greu ne apropie de dezvăluirea Secretului Principal.

Teoria relativității poartă pe bună dreptate acest nume, deoarece, într-adevăr, a demonstrat că multe lucruri care par absolute la viteze mici nu sunt la viteze mari.

Legile mecanicii lui Newton

Legile lui Newton, în funcție de modul în care le privești, reprezintă fie sfârșitul începutului, fie începutul sfârșitului mecanicii clasice. În orice caz, acesta este un punct de cotitură în istoria științei fizice - o compilație genială a tuturor cunoștințelor acumulate până la acel moment istoric despre mișcarea corpurilor fizice în cadrul teoria fizică, care se numește acum mecanica clasica. Se poate spune că istoria fizicii moderne și a științelor naturii în general a pornit de la legile mișcării lui Newton.

Cu toate acestea, Isaac Newton nu a luat din aer legile numite după el. Ele, de fapt, au devenit punctul culminant al unui lung proces istoric de formulare a principiilor mecanicii clasice. Gânditori și matematicieni - îl vom aminti doar pe Galileo ( cm. Ecuații de mișcare uniform accelerată) - timp de secole au încercat să obțină formule pentru a descrie legile mișcării corpurilor materiale - și s-au împiedicat constant de ceea ce eu personal numesc pentru mine convenții nerostite, și anume, ambele idei fundamentale despre principiile pe care se bazează lumea materială. pe, care sunt atât de ferm intrat în mintea oamenilor care par de netăgăduit. De exemplu, filozofii antici nici măcar nu credeau că corpurile cerești se pot mișca pe alte orbite decât cele circulare; V cel mai bun caz a apărut ideea că planetele și stelele se învârt în jurul Pământului în orbite sferice concentrice (adică cuibărite unele în altele). De ce? Da, pentru că încă de pe vremea gânditorilor antici Grecia antică nimănui nu i-a trecut prin cap că planetele s-ar putea abate de la perfecțiune, a cărei întruchipare este un cerc geometric strict. A fost necesar să avem geniul lui Johannes Kepler pentru a privi sincer această problemă dintr-un unghi diferit, a analiza datele observațiilor reale și retrage dintre ele, că, în realitate, planetele se învârt în jurul Soarelui de-a lungul traiectoriilor eliptice ( cm. legile lui Kepler).

Prima lege a lui Newton

Având în vedere un eșec istoric atât de grav, prima lege a lui Newton este formulată într-un mod fără echivoc revoluționar. El susține că, dacă orice particulă materială sau corp pur și simplu nu este atins, acesta va continua să se miște în linie dreaptă cu o viteză constantă de la sine. Dacă un corp se mișcă uniform în linie dreaptă, acesta va continua să se miște în linie dreaptă cu o viteză constantă. Dacă corpul este în repaus, acesta va rămâne așa până când i se aplică forțe externe. Pentru a muta pur și simplu corpul fizic de la locul său, trebuie Neapărat aplicați forță externă. Luați un avion: nu se va clinti niciodată până când motoarele nu sunt pornite. S-ar părea că observația este de la sine înțeleasă, totuși, de îndată ce ne abatem de la mișcarea rectilinie, ea încetează să pară așa. Când un corp se mișcă inerțial de-a lungul unei traiectorii ciclice închise, analiza lui din punctul de vedere al primei legi a lui Newton face posibilă doar determinarea cu precizie a caracteristicilor sale.

Imaginați-vă ceva ca un ciocan de atletism - o minge la capătul unei sfori pe care o învârți în jurul capului. Nucleul în acest caz nu se mișcă în linie dreaptă, ci într-un cerc, ceea ce înseamnă că, conform primei legi a lui Newton, ceva îl ține; acest „ceva” este forța centripetă pe care o aplicați nucleului, rotindu-l. De fapt, tu însuți îl poți simți - mânerul unui ciocan de atletism apasă vizibil pe palmele tale. Dacă deschideți mâna și eliberați ciocanul, acesta - în absența forțelor externe - va porni imediat în linie dreaptă. Ar fi mai corect să spunem că așa se va comporta ciocanul conditii ideale(de exemplu, în spatiu deschis), deoarece sub influența forței de atracție gravitațională a Pământului, acesta va zbura strict în linie dreaptă doar în momentul în care îl dați drumul, iar în viitor traiectoria de zbor se va abate din ce în ce mai mult în direcție. a suprafetei terestre. Dacă încercați să eliberați cu adevărat ciocanul, se dovedește că ciocanul eliberat de pe orbita circulară va porni strict într-o linie dreaptă, care este tangentă (perpendiculară pe raza cercului de-a lungul căruia a fost rotit) cu o viteză liniară. egală cu viteza de circulație a acesteia de-a lungul „orbitei”.

Acum înlocuim miezul ciocanului de atletism cu o planetă, ciocanul cu Soarele și sfoara cu forța de atracție gravitațională: iată modelul newtonian al sistemului solar.

O astfel de analiză a ceea ce se întâmplă atunci când un corp se învârte în jurul altuia pe o orbită circulară la prima vedere pare a fi ceva de la sine înțeles, dar nu trebuie să uităm că a absorbit întreaga linie concluziile celor mai buni reprezentanți ai gândirii științifice ai generației anterioare (e suficient să-l amintim pe Galileo Galilei). Problema aici este că atunci când se deplasează de-a lungul unei orbite circulare staționare, un corp ceresc (și orice alt corp) arată foarte senin și pare să fie într-o stare de echilibru dinamic și cinematic stabil. Totuși, dacă te uiți la el, numai modul(valoarea absolută) a vitezei liniare a unui astfel de corp, în timp ce sa direcţieîn continuă schimbare sub influența atracției gravitaționale. Aceasta înseamnă că corpul ceresc se mișcă uniform accelerat. Apropo, Newton însuși a numit accelerația „o schimbare în mișcare”.

Prima lege a lui Newton joacă și alta rol important din punctul de vedere al atitudinii noastre naturaliste fata de natura lumii materiale. El ne spune că orice modificare a naturii mișcării corpului indică prezența unor forțe externe care acționează asupra acestuia. Relativ vorbind, dacă observăm cum pilitura de fier, de exemplu, sare și se lipește de un magnet, sau, scoțându-l dintr-un uscător mașină de spălat lenjerie, aflăm că lucrurile s-au lipit și s-au uscat unul pe altul, ne putem simți calmi și încrezători: aceste efecte au fost rezultatul acțiunii fortele naturale(în exemplele date, acestea sunt forțele de atracție magnetică și, respectiv, electrostatică).

A doua lege a lui Newton

Dacă prima lege a lui Newton ne ajută să stabilim dacă un corp se află sub influența forțelor externe, atunci a doua lege descrie ce se întâmplă cu corpul fizic sub influența lor. Cu cât suma forțelor externe aplicate corpului este mai mare, spune această lege, cu atât este mai mare accelerare dobândește un corp. De data asta. În același timp, cu cât corpul este mai masiv, căruia i se aplică o sumă egală de forțe externe, cu atât dobândește mai puțină accelerație. Acestea sunt două. Intuitiv, aceste două fapte par de la sine înțelese și, în formă matematică, sunt scrise după cum urmează:

Unde F- forta, m - greutate, A - accelerare. Acesta este probabil cel mai util și cel mai utilizat pe scară largă în scopuri aplicate dintre toate ecuațiile fizice. Este suficient să cunoaștem mărimea și direcția tuturor forțelor care acționează într-un sistem mecanic și masa corpurilor materiale din care constă și este posibil să-i calculăm comportamentul în timp cu o acuratețe exhaustivă.

Este cea de-a doua lege a lui Newton care conferă întregii mecanici clasice farmecul ei aparte - începe să pară că întreaga lume fizică este aranjată ca cel mai precis cronometru și nimic din ea nu scapă privirii unui observator iscoditor. Spuneți-mi coordonatele și vitezele spațiale ale tuturor punctelor materiale din Univers, ca și cum ne-ar spune Newton, arată-mi direcția și intensitatea tuturor forțelor care acționează în el și vă voi prezice orice stare viitoare a acesteia. Și o astfel de viziune asupra naturii lucrurilor din Univers a existat până la apariția mecanicii cuantice.

a treia lege a lui Newton

Pentru această lege, cel mai probabil, Newton și-a câștigat onoare și respect nu numai de la oamenii de știință naturală, ci și de la oamenii de știință umaniști și pur și simplu de la publicul larg. Le place să-l citeze (pe afaceri și fără afaceri), făcând cele mai ample paralele cu ceea ce suntem obligați să observăm în viața noastră de zi cu zi și să tragă aproape de urechi pentru a fundamenta cele mai controversate prevederi în timpul discuțiilor pe orice chestiune, începând cu cele interpersonale. si finisare relatii Internationaleși politică globală. Newton, totuși, a investit în cea de-a treia lege, numită ulterior, un sens fizic foarte specific și cu greu l-a conceput în altă calitate decât ca un mijloc precis de a descrie natura interacțiunilor forței. Această lege spune că dacă corpul A acţionează cu o anumită forţă asupra corpului B, atunci corpul B acţionează şi asupra corpului A cu o forţă egală şi opusă. Cu alte cuvinte, stând pe podea, acționezi pe podea cu o forță proporțională cu masa corpului tău. Conform celei de-a treia legi a lui Newton, podeaua acționează în același timp asupra ta cu absolut aceeași forță, dar îndreptată nu în jos, ci strict în sus. Nu este dificil să verifici această lege experimental: simți în mod constant cum pământul apasă pe tălpi.

Aici este important să înțelegem și să ne amintim că Newton vorbește despre două forțe de natură complet diferită și fiecare forță acționează asupra „propriului său” obiect. Când un măr cade dintr-un copac, Pământul este cel care își exercită atracția gravitațională asupra mărului (ca urmare a căreia mărul se repezi la suprafața Pământului cu o accelerație uniformă), dar, în același timp, mărul atrage și Pământul. faţă de sine cu forţă egală. Iar faptul că ni se pare că este mărul care cade pe Pământ, și nu invers, este deja o consecință a celei de-a doua legi a lui Newton. Masa unui măr în comparație cu masa Pământului este scăzută până la punctul de incomparabilitate, așa că tocmai accelerația sa este cea care se observă în ochii observatorului. Masa Pământului, în comparație cu masa unui măr, este uriașă, astfel încât accelerația sa este aproape imperceptibilă. (În cazul căderii unui măr, centrul Pământului se deplasează în sus la o distanță mai mică decât raza nucleului atomic.)

Luate împreună, cele trei legi ale lui Newton le-au oferit fizicienilor instrumentele de care au nevoie pentru a începe o observație cuprinzătoare a tuturor fenomenelor care au loc în universul nostru. Și, în ciuda tuturor progreselor uriașe din știință de la Newton, să proiecteze o mașină nouă sau să trimită nava spatiala pentru Jupiter, vei folosi aceleași trei legi ale lui Newton.

1. Legile mecanicii clasice (legile lui Newton). Limitele de aplicare a legilor lui Newton.

Mecanica clasica- vedere mecanici, bazat pe legile lui NewtonȘi Principiul relativității lui Galileo.

Prima lege- Există un sistem inerțial în care corpul, lăsat singur, își menține o stare de repaus sau mișcare uniformă rectilinie până când influență externă nu îl va scoate din această stare.Sistemul heliocentric este un sistem inerțial.Concluzia este că viteza corpului rămâne constantă dacă acțiunile altor corpuri asupra lui sunt compensate.

A doua lege a lui Newton: În cadrele de referință inerțiale, produsul dintre masa unui corp și accelerația acestuia este egal cu suma vectorială a forțelor care acționează asupra corpului.

unde este vectorul rezultat al forțelor care acționează asupra corpului; - vector de accelerare a corpului; m- masa corpului.

A doua lege a lui Newton poate fi scrisă și în termeni de modificare a impulsului corpului:

a treia lege a lui NewtonÎn cadrele de referință inerțiale, acțiunea corpurilor unul asupra celuilalt are caracter de interacțiune: cu ce forță acționează primul corp asupra lui 2e, cu aceeași forță, egală ca valoare absolută și opusă ca direcție, al 2-lea corp acționează asupra lui 1e. Prezența celei de-a treia legi a lui Newton asigură îndeplinirea legea conservării impulsului pentru sistemul telefonic

Limitele de aplicare a legilor lui Newton.

Mecanica clasică oferă rezultate foarte precise în experiența de zi cu zi. Cu toate acestea, utilizarea sa este limitată la corpuri viteză care sunt mult mai puține viteza luminii, și sunt mult mai mari decât atomiȘi molecule.

2. Ecuația undelor pentru undele elastice transversale dintr-o coardă.

unde transversale(unde de forfecare, unde S) - particulele mediului oscilează perpendicular pe direcția de propagare a undelor (unde electromagnetice, unde pe suprafețele de separare a mediilor);

3. Viteza undelor elastice transversale dintr-o sfoară.

şir se numește fir întins flexibil, fixat în punctele începutului și sfârșitului său.

Valuri elastice(unde sonore) - unde se propagă în medii lichide, solide și gazoase datorită acțiunii forțelor elastice.

Setul de valori?n de lungimi de undă corespunde setului de frecvențe posibile fn:

unde V este viteza de propagare a undelor transversale de-a lungul șirului.

–viteza de propagare a undelor transversale de-a lungul coardei. ,

Unde ? - masa liniară (adică masa unei unități de lungime) și T- Forțe de tensiune.

4. Soluția generală a ecuației de undă.

ÎN caz general ecuația de undă se scrie sub forma în care este operatorul Laplace, este o funcție necunoscută, este timpul, este o variabilă spațială, este viteza de fază. (Viteza de fază - viteza de mișcare a unui punct cu o fază constantă mișcare oscilatorie, în spațiu de-a lungul unei direcții date.)

Este ușor de verificat care sunt soluțiile ecuațiilor de undă.

Aceste soluții descriu o undă electromagnetică al cărei vector este îndreptat de-a lungul axei y, vector — de-a lungul axei z, unda se propagă de-a lungul axei X, deci vectorii formează un triplu drept.

Câte legi ale mecanicii are Newton

Masa este principala caracteristică dinamică a unui corp, o măsură cantitativă a inerției sale, adică capacitatea corpului de a dobândi o anumită accelerație sub acțiunea unei forțe. Cu cât este mai mare masa corpului, cu atât este mai mare inerția lui, cu atât este mai dificil să scoți corpul din starea inițială, adică să-l faci să se miște sau, dimpotrivă, să-i oprești mișcarea.

A doua lege a lui Newton. Introducând conceptul de masă, formulăm în sfârșit A doua lege a lui Newton :

Accelerația unui corp este direct proporțională cu forța care acționează asupra acestuia și invers proporțională cu masa lui: .

Această formulă exprimă una dintre cele mai fundamentale legi ale naturii, căreia mișcarea atât a corpurilor cerești uriașe, cât și a celor mai mici granule de nisip se supune cu o acuratețe uimitoare. Folosind această lege, puteți calcula mișcarea unui piston într-un cilindru de mașină și cele mai complexe traiectorii ale navelor spațiale.

Pentru a rezolva probleme, folosim de obicei o formulare diferită a celei de-a doua legi a lui Newton.

Produsul dintre masa corpului și accelerația este egal cu suma forțelor care acționează asupra corpului:

Rețineți că dacă nicio forță nu acționează asupra corpului sau dacă suma lor este egală cu zero, atunci în raport cu cadrul de referință inerțial și, prin urmare, . Totuși, aceasta nu înseamnă că prima lege a lui Newton este o consecință a celei de-a doua. Prima lege a lui Newton stabilește existența cadrelor de referință inerțiale și anume astfel de sisteme în care a doua lege a lui Newton este valabilă.

Măsurarea masei. Folosind cea de-a doua lege a lui Newton, puteți determina masa unui corp măsurând independent forța și accelerația:

Dacă măsurăm masele m 1 , m 2 , m 3 , . mai multe corpuri, apoi conectați toate aceste corpuri împreună și măsurați masa m a unui corp îmbinat, atunci o relație simplă va avea loc: m=m1 +m2 +m3+. .

Opusul este și adevărat: dacă împărțiți corpul în părți, atunci suma maselor acestor părți va fi egală cu masa corpului înainte de separare.

Se formulează legea de bază a dinamicii - a doua lege a lui Newton. Trebuie reținut și înțeles sensul tuturor celor trei cantități cuprinse în această lege.

În absența influențelor forțelor externe, corpul va continua să se miște uniform în linie dreaptă.

Accelerația unui corp în mișcare este proporțională cu suma forțelor aplicate acestuia și invers proporțională cu masa acestuia.

Fiecare acțiune are o reacție egală și opusă.

Legile lui Newton, în funcție de modul în care le privești, reprezintă fie sfârșitul începutului, fie începutul sfârșitului mecanicii clasice. În orice caz, acesta este un punct de cotitură în istoria științei fizice - o compilație strălucită a tuturor cunoștințelor acumulate până la acel moment istoric despre mișcarea corpurilor fizice în cadrul unei teorii fizice, care acum este numită în mod obișnuit. mecanica clasica. Se poate spune că istoria fizicii moderne și a științelor naturii în general a pornit de la legile mișcării lui Newton.

Cu toate acestea, Isaac Newton nu a luat din aer legile numite după el. Ele, de fapt, au devenit punctul culminant al unui lung proces istoric de formulare a principiilor mecanicii clasice. Gânditori și matematicieni - îl vom aminti doar pe Galileo ( cm. Ecuații de mișcare uniform accelerată) - timp de secole au încercat să obțină formule pentru a descrie legile mișcării corpurilor materiale - și s-au împiedicat constant de ceea ce eu personal numesc pentru mine convenții nerostite, și anume, ambele idei fundamentale despre principiile pe care se bazează lumea materială. pe, care sunt atât de ferm intrat în mintea oamenilor care par de netăgăduit. De exemplu, filozofii antici nici măcar nu credeau că corpurile cerești se pot mișca pe alte orbite decât cele circulare; în cel mai bun caz, a apărut ideea că planetele și stelele se învârt în jurul Pământului în orbite sferice concentrice (adică cuibărite unele în altele). De ce? Da, pentru că de pe vremea gânditorilor antici ai Greciei Antice, nimănui nu ia trecut prin minte că planetele se pot abate de la perfecțiune, a cărei întruchipare este un cerc geometric strict. A fost necesar să avem geniul lui Johannes Kepler pentru a privi sincer această problemă dintr-un unghi diferit, a analiza datele observațiilor reale și retrage dintre ele, că, în realitate, planetele se învârt în jurul Soarelui de-a lungul traiectoriilor eliptice ( cm. legile lui Kepler).

Prima lege a lui Newton

Imaginați-vă ceva ca un ciocan de atletism - o minge la capătul unei sfori pe care o învârți în jurul capului. Nucleul în acest caz nu se mișcă în linie dreaptă, ci într-un cerc, ceea ce înseamnă că, conform primei legi a lui Newton, ceva îl ține; acest „ceva” este forța centripetă pe care o aplicați nucleului, rotindu-l. De fapt, tu însuți îl poți simți - mânerul unui ciocan de atletism apasă vizibil pe palmele tale. Dacă deschideți mâna și eliberați ciocanul, acesta - în absența forțelor externe - va porni imediat în linie dreaptă. Ar fi mai corect să spunem că așa se va comporta ciocanul în condiții ideale (de exemplu, în spațiul cosmic), deoarece sub influența forței de atracție gravitațională a Pământului, va zbura strict în linie dreaptă doar la momentul în care îl eliberați, iar în viitor traiectoria de zbor se va abate mai mult spre suprafața pământului. Dacă încercați să eliberați cu adevărat ciocanul, se dovedește că ciocanul eliberat de pe orbita circulară va porni strict într-o linie dreaptă, care este tangentă (perpendiculară pe raza cercului de-a lungul căruia a fost rotit) cu o viteză liniară. egală cu viteza de circulație a acesteia de-a lungul „orbitei”.

Acum înlocuim miezul ciocanului de atletism cu o planetă, ciocanul cu Soarele și sfoara cu forța de atracție gravitațională: iată modelul newtonian al sistemului solar.

O astfel de analiză a ceea ce se întâmplă atunci când un corp se învârte în jurul altuia pe o orbită circulară la prima vedere pare a fi ceva de la sine înțeles, dar nu trebuie să uităm că a absorbit o serie de concluzii ale celor mai buni reprezentanți ai gândirii științifice ai generației anterioare. (ar fi de ajuns să-l amintim pe Galileo Galilei). Problema aici este că atunci când se deplasează de-a lungul unei orbite circulare staționare, un corp ceresc (și orice alt corp) arată foarte senin și pare să fie într-o stare de echilibru dinamic și cinematic stabil. Totuși, dacă te uiți la el, numai modul(valoarea absolută) a vitezei liniare a unui astfel de corp, în timp ce sa direcţieîn continuă schimbare sub influența atracției gravitaționale. Aceasta înseamnă că corpul ceresc se mișcă uniform accelerat. Apropo, Newton însuși a numit accelerația „o schimbare în mișcare”.

Prima lege a lui Newton joacă și un alt rol important din punctul de vedere al atitudinii noastre științifice față de natura lumii materiale. El ne spune că orice modificare a naturii mișcării corpului indică prezența unor forțe externe care acționează asupra acestuia. Relativ vorbind, dacă observăm pilitură de fier, de exemplu, sărind în sus și lipindu-se de un magnet, sau, scotând hainele din uscătorul unei mașini de spălat, aflăm că lucrurile lipite și uscate unele de altele, ne putem simți liniștiți. și încrezător: aceste efecte au devenit o consecință a acțiunii forțelor naturale (în exemplele date, acestea sunt forțele de atracție magnetică și, respectiv, electrostatică).

A doua lege a lui Newton

Dacă prima lege a lui Newton ne ajută să stabilim dacă un corp se află sub influența forțelor externe, atunci a doua lege descrie ce se întâmplă cu un corp fizic sub influența lor. Cu cât suma forțelor externe aplicate corpului este mai mare, spune această lege, cu atât este mai mare accelerare dobândește un corp. De data asta. În același timp, cu cât corpul este mai masiv, căruia i se aplică o sumă egală de forțe externe, cu atât dobândește mai puțină accelerație. Acestea sunt două. Intuitiv, aceste două fapte par de la sine înțelese și, în formă matematică, sunt scrise după cum urmează:

F = ma

Este cea de-a doua lege a lui Newton care conferă întregii mecanici clasice farmecul ei aparte - începe să pară că întreaga lume fizică este aranjată ca cel mai precis cronometru și nimic din ea nu scapă privirii unui observator iscoditor. Spuneți-mi coordonatele și vitezele spațiale ale tuturor punctelor materiale din Univers, ca și cum ne-ar spune Newton, arată-mi direcția și intensitatea tuturor forțelor care acționează în el și vă voi prezice orice stare viitoare a acesteia. Și o astfel de viziune asupra naturii lucrurilor din univers a existat până la apariția mecanicii cuantice.

a treia lege a lui Newton

Pentru această lege, cel mai probabil, Newton și-a câștigat onoare și respect nu numai de la oamenii de știință naturală, ci și de la oamenii de știință umaniști și pur și simplu de la publicul larg. Le place să-l citeze (pe afaceri și fără afaceri), făcând cele mai ample paralele cu ceea ce suntem obligați să observăm în viața noastră de zi cu zi și să tragă aproape de urechi pentru a fundamenta cele mai controversate prevederi în timpul discuțiilor pe orice chestiune, începând cu cele interpersonale. și terminând cu relațiile internaționale și politica globală. Newton, totuși, a investit în cea de-a treia lege, numită ulterior, un sens fizic foarte specific și cu greu l-a conceput în altă calitate decât ca un mijloc precis de a descrie natura interacțiunilor forței. Această lege spune că dacă corpul A acţionează cu o anumită forţă asupra corpului B, atunci corpul B acţionează şi asupra corpului A cu o forţă egală şi opusă. Cu alte cuvinte, stând pe podea, acționezi pe podea cu o forță proporțională cu masa corpului tău. Conform celei de-a treia legi a lui Newton, podeaua acționează în același timp asupra ta cu absolut aceeași forță, dar îndreptată nu în jos, ci strict în sus. Nu este dificil să verifici această lege experimental: simți în mod constant cum pământul apasă pe tălpi.

Luate împreună, cele trei legi ale lui Newton le-au oferit fizicienilor instrumentele de care au nevoie pentru a începe o observație cuprinzătoare a tuturor fenomenelor care au loc în universul nostru. Și în ciuda tuturor progreselor uriașe ale științei de la Newton, pentru a proiecta o nouă mașină sau a trimite o navă spațială pe Jupiter, încă folosești cele trei legi ale lui Newton.

Vezi si:

1609, 1619

legile lui Kepler

1659

Forța centrifugă

1668

Legea conservării momentului liniar

1736

Legea conservării momentului unghiular

1738

ecuația lui Bernoulli

1835

Efectul Coriolis

1851

Limita ratei de cădere

1891

Principiul echivalenței

1923

Principiul conformității

Isaac Newton, 1642-1727

Un englez care este, în general, considerat de mulți cel mai mare om de știință al tuturor timpurilor și popoarelor. Născut într-o familie de mici nobili imobiliari în vecinătatea Woolsthorpe (Lincolnshire, Anglia). Nu și-a găsit tatăl în viață (a murit cu trei luni înainte de nașterea fiului său). Intrând în recăsătorie, mama l-a lăsat pe Isaac de doi ani în grija bunicii sale. Mulți cercetători ai biografiei sale atribuie comportamentul excentric deosebit al unui om de știință deja adult faptului că până la vârsta de nouă ani, când a urmat moartea tatălui său vitreg, băiatul a fost complet lipsit de îngrijirea părintească.

Pentru o vreme, tânărul Isaac a studiat înțelepciunea Agricultură la o școală de meserii. Așa cum se întâmplă adesea cu oamenii mari de mai târziu, există încă multe legende despre excentricitățile sale în acea perioadă timpurie a vieții sale. Așa că, în special, ei spun că odată a fost trimis la pășunat să păzească vitele, care s-au împrăștiat în siguranță într-o direcție necunoscută, în timp ce băiatul stătea sub un copac și citea cu entuziasm o carte care l-a interesat. Îți place sau nu, dar dorința de cunoaștere a adolescentului a fost în curând observată – și trimis înapoi la gimnaziul Grantham, după care tânărul a intrat cu succes la Trinity College, Universitatea Cambridge.

Newton a stăpânit rapid curriculumși a continuat să studieze lucrările oamenilor de știință de seamă din acea vreme, în special ale adepților filozofului francez René Descartes (1596-1650), care au aderat la concepțiile mecaniciste ale universului. În primăvara anului 1665, și-a primit diploma de licență - și atunci s-au petrecut cele mai incredibile evenimente din istoria științei. În același an, în Anglia a izbucnit ultima ciuma bubonică, s-a auzit tot mai mult sunetul clopotelor de înmormântare, iar Universitatea din Cambridge a fost închisă. Newton sa întors la Woolsthorpe timp de aproape doi ani, luând cu el doar câteva cărți și inteligența sa remarcabilă.

Când Universitatea Cambridge s-a redeschis doi ani mai târziu, Newton deja (1) dezvoltase calculul diferențial, o ramură separată a matematicii, (2) a subliniat bazele teoriei moderne a culorilor, (3) a derivat legea gravitației universale și (4) a rezolvat mai multe probleme de matematică pe care nimeni nu a reușit să le rezolve până acum. După cum spunea însuși Newton: „În acele vremuri, eram la apogeul puterilor mele inventive, iar matematica și filosofia nu m-au captivat niciodată la fel de mult ca atunci.” (Îmi întreb adesea elevii, spunându-le încă o dată despre realizările lui Newton: „Ce Tu ai reusit sa o faci in vacanta de vara?”)

La scurt timp după întoarcerea la Cambridge, Newton a fost ales Consiliul Academic Trinity College, statuia lui încă împodobește biserica universității. El a susținut un curs de prelegeri despre teoria culorilor, în care a arătat că diferențele de culoare sunt explicate prin caracteristicile de bază ale undei de lumină (sau, după cum se spune acum, lungimea de undă) și că lumina era de natură corpusculară. A proiectat și un telescop cu oglindă, o invenție care l-a adus în atenția Societății Regale. Studii pe termen lung despre lumină și culori au fost publicate în 1704 în lucrarea sa fundamentală „Optics” ( Optica).

Susținerea lui Newton a teoriei „greșite” a luminii (la acea vreme dominau reprezentările undelor) a dus la un conflict cu Robert Hooke ( cm. Hooke's Law), șeful Societății Regale. Ca răspuns, Newton a propus o ipoteză care combina conceptele corpusculare și ondulatorii ale luminii. Hooke l-a acuzat pe Newton de plagiat și a făcut pretenții de prioritate în această descoperire. Conflictul a continuat până la moartea lui Hooke în 1702 și a făcut o impresie atât de deprimantă asupra lui Newton încât s-a retras din viața intelectuală timp de șase ani. Cu toate acestea, unii psihologi ai vremii explică acest lucru cădere nervoasă agravat de moartea mamei sale.

În 1679, Newton s-a întors la muncă și a câștigat faimă prin investigarea traiectoriilor planetelor și a sateliților acestora. În urma acestor studii, însoțite și de dispute cu Hooke despre prioritate, au fost formulate legea gravitației universale și legile mecanicii lui Newton, așa cum le numim acum. Newton și-a rezumat cercetările în cartea „Principii matematice ale filosofiei naturale” ( Philosophiae naturalis principia mathematica), prezentat Societății Regale în 1686 și publicat un an mai târziu. Această lucrare, care a marcat începutul revoluției științifice de atunci, i-a adus lui Newton recunoașterea mondială.

A lui vederi religioase, angajamentul său puternic față de protestantism a atras atenția lui Newton și în atenția cercurilor largi ale elitei intelectuale engleze, și în special a filozofului John Locke (John Locke, 1632-1704). Petrecând din ce în ce mai mult timp la Londra, Newton s-a implicat în viața politică a capitalei și în 1696 a fost numit superintendent al Monetăriei. Deși această poziție era considerată în mod tradițional o sinecură, Newton și-a abordat opera cu toată seriozitatea, considerând amintirea monedei engleze ca măsură eficientă lupta împotriva falsificatorilor. Tocmai în acest moment, Newton a fost implicat într-o altă dispută prioritară, de data aceasta cu Gottfreid Leibniz (1646-1716), cu privire la descoperirea calculului diferenţial. La sfârșitul vieții sale, Newton a produs noi ediții ale operelor sale majore și a fost, de asemenea, președinte al Societății Regale, deținând în același timp o funcție pe viață ca director al Monetăriei.

Tip