Законы механики ньютона. Эти опытные факты могут служить подтверждением второго закона Ньютона и обоснованием иного способа измерения силы, наряду с взвешиванием
УрокПокоится? Изобразите силы графически. б) Определите силу , под действием которой тело массой закон Ньютона» ; Фаридонов Рустам- «Второй закон Ньютона» закон Ньютона» . Этап практической...
Законы ньютона
УрокПокоится? Изобразите силы графически. б) Определите силу , под действием которой тело массой 500 г движется... Самир- «Первый закон Ньютона» ; Фаридонов Рустам- «Второй закон Ньютона» ; Картюкова Светлана- «Третий закон Ньютона» . Этап практической...
Законы ньютона классическая механика
ЗаконТочке силой и получающимся от этого ускорением этой точки. Фактически, второй закон Ньютона вводит массу ... быть выведены все остальные законы механики. Комментарии к законам Ньютона Сила инерции Законы Ньютона , строго говоря, справедливы...
Блок 1 механическое движение волны звук законы ньютона силы кинематика прямолинейного движения
ЗаконПрямо пропорционально равнодействующей силе и обратно пропорционально массе тела». Третий закон Ньютона : «Силы , с которыми два тела...
Речь пойдёт о двух законах Ньютона – первом и втором
Закон... законов обратимся к физической сущности явления инерции, с привлечением представлений о веществе, инерционной массе и силе ... То есть инерционная масса – взаимосвязь и... второго закона Ньютона НЕ УЧТЕНА СИЛА ИНЕРЦИИ. Второй закон Ньютона ОШИБОЧЕН. ...
Читая книжки об основаниях механики, задумался еще раз о том, опровергаемы ("фальсифицируемы") ли ньютоновы законы? Напомню, что согласно Попперу, научной является только такая теория, которую в принципе возможно опровергнуть экспериментально, т.е. "фальсифицируемая" теория. Казалось бы, абсурдный вопрос - законы Ньютона приводят как классический пример фальсифицируемости. Более того, в ХХ веке ньютоновская механика была опровергнута экспериментально с появланием теории относительности и квантовой механики и считается верной лишь приближенно. Тем не менее, с опровергаемостью трех законов Ньютона не все так просто.
Первый з-н Ньютона говорит, что сущетвуют такие системы отсчета (называемые инерциальными), в которых все тела, на которые не действуют силы, будут двигаться с постоянной (или нулевой) скоростью. Смысл 1-го закона не в том, что нулевой силе соответствуюе нулевое ускорение (это как раз следует из 2-го закона). Смысл 1-го закона в том, что сущетвуют системы отсчета, в которых верен 2-ой закон. Как его возможно экспериментально опровергнуть, т.е. фальсифицировать? Надо показать, что нет таких систем отсчета. Но экспериментально доказать не-существование чего-либо очень сложно. Теория "вампиров не сущетсвует" является фальсифицируемой. Теория "вампиры существуют" не является фальсифицируемой. Более того, проблема с тем, что мы называем вампиром. Всегда можно сказать, вампиров, как мы их понимали, нет, но есть вот такие-то животные-кровососы, их мы отныне и называем вампирами. А в случае 1-го закона всегда можно сослаться на то, что инерциальных систем отсчета, в которых верен 2-ой закон, не существует, но это проблема 2-го закона, а не 1-го. Короче, вроде бы опровергнуть первый з-н отдельно от второго нельзя, он лишь вводит понятие, нужное для использование 2-го закона.
Второй закон утверждает, что сила равна произведению массы и ускорения (или, точнее, производной импульса). Как его фальсифицировать? Казалось бы очень просто - измерять силу и ускорение, например, для какого-нибудь тела массой в килограмм. Как только ускорение окажется не пропорционально силе, второй закон опровергнут. Для простоты мы не рассматриваем понятие массы (иначе тут же придется разбирать закон сохранения массы), а полагаем, что имеем дело с одним и тем же телом постоянной массы (что, кстати, подразумевает использование аристотелева закона тождества объекта себе, относимый не к физике, а к метафизике). Итак, ускорения мы измерять yмеем, потому что первый з-н дал нам инерциальные системы. Осталось разобраться, что такое сила? Допустим, мы приложили к телу силу 9.81 ньютона и намерили ускорение 9.81 м/с 2 . А потом приложили силу 100 N и намерили 100 м/с 2 . Откуда мы знаем, что сила была именно 100 N и 9.81 N? Никакого независимого способа измерения силы-то у нас нет! Можно сказать, что мы подсчитали силу 9.81 N, исходя из закона всемирного тяготения. Это незавиcимый способ. Но, допустим, измерли ускорение, и оно оказалось равно 10 м/с 2 a ne 9.81 м/с 2 . Значит ли, что мы опровергли Второй з-н Ньютона? Нет, скорее мы опровергли з-н всемирного тяготения. То есть, наверно, сила-то была 10 N, а не 9.81 N, как предсказывает з-н тяготения. То же относится к силе, определенной "извне" (не из 2-го з-на) любым другим способом - из закона Кулона, закона Гука, Архимеда и т.п. Они и окажутся фальсифицированы в случае несоответствия экспериманта предсказанию. Выходит, что 2-ой закон опровергнуть не так просто. Он (по одной из точек зрения) является чем-то вроде определения силы.
Наконец, третий закон говорит, что сила действия равна силе противодействия. Можно ли его опровергнуть? Можно, но в такой системе не будет сохраняться импульс. Если тело А действует на тело Б с силой 100 N., а тело Б на тело А с силой 99 N, то их общий центр массы начнет ускоренно двигаться. То есть на систему АБ никакой внешней силы не действует, но она ускоряется. Это противоречит первому и второму законам.
В то же время, мало сомнений, что механика Ньютона вполне несет содержательный, опровергаемый смысл, т.е. это не просто собрание определений и названий. Видимо, дело в том, что законы Ньютона это одно, а ньютонова механика (содержательные положения, которые можно применять на практике) - немного другое, и содержательные положения включают помимо трех законов разные дополнительные вещи. Впрочем, Трусделл и Нолл полагают, что 2-ой и 1-ый закон вместе все же опровергаемы, если ввести математически точно понятие силы.
Динамика.
Вопрос 1: понятие силы. Фундаментальные силы. Свободное тело. Инерциальные системы отсчета.
Ответ:
Понятие силы.
Сила - векторная физическая величина, являющаяся мерой интенсивности воздействия на данное тело других тел , а также полей. Приложенная к массивному телу сила является причиной изменения его скорости или возникновения в нём деформаций (измеряется в Ньютонах).
Фундаментальные силы.
1) Гравитационная сила - одна из четырех фундаментальных сил в природе. Гравитация самая слабая по сравнению с остальными. Сила гравитации F между двумя предметами массой m1 и m2 на расстоянии d, найденная Исааком Ньютоном, равна F=Gm1m2/d2, где G - коэффициент пропорциональности, называемый универсальной гравитационной постоянной.
2) Электромагнитная сила - связывает отрицательно заряженные электроны с положительно заряженным ядром внутри атома. (Единая Теория Поля - ЕДИНАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ, попытка расширить общую теорию ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ, чтобы дать одновременное представление как гравитационного, так и электромагнитного полей. Наиболее полная, всеобъемлющая теория должна также включать сильные и слабые ядерные взаимодействия. Хотя в обобщении электромагнитных сил и слабых ядерных взаимодействий были достигнуты некоторые успехи, общая проблема остается нерешенной).
3) Ядерные взаимодействие – слабое ядерное взаимодействие. Слабыми взаимодействиями обусловлен радиоактивный распад. Они имеют очень малый радиус действия: их можно наблюдать только на субатомном уровне. Слабые взаимодействия слабее электромагнитной силы и сильного взаимодействия (самого сильного из фундаментальных сил), но гораздо сильнее гравитационных.
4) СИЛЬНОЕ ЯДЕРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ, которое ассоциируется с «клеем», связывающим ядра вместе, - это самая мощная сила, известная в природе.
Свободное тело.
Свободное тело – свобода перемещений тела не ограничивается никакими другими телами (тело, на которое не действуют никакие силы). Несвободное тело – его движение ограничено другими телами. Связь – тело, ограничивающее свободу перемещений объекта. Реакция связи – сила, действующая на объект со стороны связи. Принцип освобождаемости от связи – несвободное тело можно рассматривать как свободное, если отбросить связи и заменить их действие соответствующими реакциями.
Инерциальные системы отсчета.
Инерциальные системы отсчета – это системы, относительно которых материальная точка при отсутствии на нее внешних воздействий или их взаимной компенсации покоится или движется равномерно и прямолинейно.
Инерциальных систем существует бесконечное множество. Система отсчета, связанная с поездом, идущим с постоянной скоростью по прямолинейному участку пути, – тоже инерциальная система (приближенно), как и система, связанная с Землей. Все инерциальные системы отсчета образуют класс систем, которые движутся друг относительно друга равномерно и прямолинейно. Ускорения какого-либо тела в разных инерциальных системах одинаковы.
Инерциальными являются и системы отсчета, которые движутся равномерно и прямолинейно относительно какой-либо инерциальной системы отсчета.
Вопрос : Законы Ньютона. Понятие массы, импульса, импульса силы.
Ответ :
Законы Ньютона.
Законы механики Ньютона
1) Первый закон Ньютона: Существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, относительно которых свободные тела движется равномерно и прямолинейно.
Первый закон механики, или закон инерции, как его часто называют, бал, по существу, установлен еще Галилеем, но общую формулировку ему дал Ньютон.
Прямолинейное и равномерное движение свободной материальной точки в инерциальной системе отсчета называется движением по инерции . При таком движении вектор скорости материальной точки остается постоянным ( = const ). Покой точки является частным случаем движения по инерции ( =0).
В инерциальных системах отсчета покой или равномерное движение представляет собой естественное состояние, а динамика должна объяснить изменение этого состояния (т.е. появление ускорения тела под действием сил). Свободных тел, не подверженных воздействию со стороны других тел не существует. Однако, благодаря убыванию всех: известных взаимодействий с увеличением расстояния, такое тело можно реализовать с любой требуемой, точностью.
Системы отсчета, в которых свободное тело не сохраняет скорость движения неизменной, называются неинерциальными. Неинерциальной является система отсчета, движущаяся с ускорением относительно любой инерциальной системы отсчета. В неинерциальной системе отсчета даже свободное тело может двигаться с ускорением.
Равномерное и прямолинейное движение системы отсчета не влияет на ход механических явлений, протекающих в ней. Никакие механические опыты не позволяют отличить покой инерциальной системы отсчета от ее равномерного прямолинейного движения. Для любых механических явлений все инициальные системы отсчета оказываются равноправными. Эти утверждения выражают механический принцип относительности (принцип относительности Галилея). Принцип относительности является одним из наиболее общих законов природы, в специальной теории относительности он распространяется на электромагнитные и оптические явления.
Второй закон Ньютона
Второй закон Ньютона описывает движение частицы, вызванное влиянием окружающих тел, и устанавливает связь между ускорением частицы, ее массой и силой, с которой на нее действуют эти тела:
Если на частицу с массой т окружающие тела действуют с силой , то эта частица приобретает такое ускорение , что произведение ее массы на ускорение будет равно действующей силе.
Математически второй закон Ньютона записывается в виде:
На основе этого закона устанавливается единица силы - 1 Н (ньютон). 1 Н - это сила, с которой нужно действовать на тело массой 1 кг, чтобы сообщить ему ускорение 1 м/с 2 .
Если сила , с которой тела действуют на данную частицу, известна, то записанное для этой частицы уравнение второго закона Ньютона называют ее уравнением движения.
Второй закон Ньютона часто называют основным законом динамики, так как именно в нем находит наиболее полное математическое выражение принцип причинности и именно он, наконец, позволяет решить основную задачу механики. Для этого нужно выяснить, какие из окружающих частицу тел оказывают на нее существенное действие, и, выразив каждое из этих действий в виде соответствующей силы, следует составить уравнение движения данной частицы. Из уравнения движения (при известной массе) находится ускорение частицы. Зная
же ускорение можно определить ее скорость, а после скорости - и положение данной частицы в любой момент времени.
Практика показывает, что решение основной задачи механики с помощью второго закона Ньютона всегда приводит к правильным результатам. Это и является экспериментальным подтверждением справедливости второго закона Ньютона.
Третий закон Ньютона.
Третий закон Ньютона: Силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулям и направлены по одной прямой в противоположные стороны.
Это означает, что если на тело А со стороны тела В действует сила , то одновременно на тело В со стороны тела А будет действовать сила , причем = - .
Используя второй закон Ньютона, можно записать:
Отсюда следует, что
т. е. отношение модулей ускорений и взаимодействующих друг с другом тел определяется обратным отношением их масс и совершенно не зависит от характера действующих между ними сил. Более массивное тело получает меньшее ускорение, а легкое - большее.
Важно понимать, что силы, о которых идет речь в третьем законе Ньютона, приложены к разным телам и поэтому они не могут уравновешивать друг друга.
Следствия из законов Ньютона
Законы Ньютона представляют собой систему взаимосвязанных законов, которые позволяют глубже понять сущность понятий силы и массы. Следствия из законов:
1. Сила является мерой воздействия, оказываемого на данную частицу со стороны других тел, и с увеличением расстояния до них убывает, стремясь к нулю.
То, что сила является мерой воздействия со стороны окружающих частику тел, следует из того, что она зависит от состояния этих тел и при этом определяет ускорение данной частицы: . Убывания действующей силы до нуля при неограниченном удалении от частицы окружающих ее тел является следствием первого и второго законов Ньютона. Так как, согласно первому закону Ньютона, бесконечно удаленная от всех тел
частица имеет нулевое ускорение . Согласно второму закону Ньютона Поэтому при и сила .
2 . Сила, с которой сразу несколько тел действует на данную частицу, равна сумме сил, с которыми эти тела действуют на нее по отдельности:
Это утверждение называется принципом независимости взаимодействий. С учетом этого принципа второй закон Ньютона записывается в виде:
Сумму сил, стоящую в правой части этого закона, называют равнодействующей силой .
Принцип независимости взаимодействий иначе называют принципом суперпозиции сил .
3. Сумма всех внутренних сил, действующих в любой системе, всегда равна нулю.
Под внутренними понимают те силы, которые действуют между телами самой рассматриваемой системы.
Внутренние силы не способны привести в движение систему тел как целое. Действительно, для этого нужно было бы сообщить ускорение, а ускорение, как это следует из второго закона Ньютона, могут сообщить системе лишь те силы, сумма которых отлична от нуля.
4. Отношение модулей ускорений, полученных двумя телами в результате взаимодействия друг с другом, равно обратному отношению их масс:
2. Масса, импульс, импульс силы.
Свойство тела сохранять свою скорость при отсутствии взаимодействия с другими телами называется инертностью. Физическая величина, являющаяся мерой инертности тела в поступательном движении, называется инертной массой . Масса тела измеряется в килограммах: .
Масса характеризует также способность тела взаимодействовать с другими телами в соответствии с законом всемирного тяготения. В этих случаях масса выступает как мера гравитации и ее называют гравитационной массой .
В современной физике с высокой степенью точности доказана тождественность значений инертной и гравитационной масс данного тела. Поэтому говорят просто о массе тела (m).
1) Первый закон Ньютона : Существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, относительно которых свободные тела движется равномерно и прямолинейно.
Первый закон механики, или закон инерции, как его часто называют, бал, по существу, установлен еще Галилеем, но общую формулировку ему дал Ньютон.
Свободным телом – называют тело, на которое не действуют какие – либо другие тела или поля. При решении некоторых задач тело можно считать свободным, если внешние воздействия уравновешены.
Системы отсчета, в которых свободная материальная точка покоится или движется прямолинейно и равномерно, называются инерциальными системами отсчета . Прямолинейное и равномерное движение свободной материальной точки в инерциальной системе отсчета называется движением по инерции . При таком движении вектор скорости материальной точки остается постоянным ( = const ). Покой точки является частным случаем движения по инерции ( =0).
В инерциальных системах отсчета покой или равномерное движение представляет собой естественное состояние, а динамика должна объяснить изменение этого состояния (т.е. появление ускорения тела под действием сил). Свободных тел, не подверженных воздействию со стороны других тел не существует. Однако, благодаря убыванию всех: известных взаимодействий с увеличением расстояния, такое тело можно реализовать с любой требуемой, точностью.
Системы отсчета, в которых свободное тело не сохраняет скорость движения неизменной, называются неинерциальными . Неинерциальной является система отсчета, движущаяся с ускорением относительно любой инерциальной системы отсчета. В неинерциальной системе отсчета даже свободное тело может двигаться с ускорением.
Равномерное и прямолинейное движение системы отсчета не влияет на ход механических явлений, протекающих в ней. Никакие механические опыты не позволяют отличить покой инерциальной системы отсчета от ее равномерного прямолинейного движения. Для любых механических явлений все инициальные системы отсчета оказываются равноправными. Эти утверждения выражают механический принцип относительности (принцип относительности Галилея) . Принцип относительности является одним из наиболее общих законов природы, в специальной теории относительности он распространяется на электромагнитные и оптические явления.
2) Масса, плотность, сила.
Свойство тела сохранять свою скорость при отсутствии взаимодействия с другими телами называется инертностью. Физическая величина, являющаяся мерой инертности тела в поступательном движении, называется инертной массой . Масса тела измеряется в килограммах: . Масса характеризует также способность тела взаимодействовать с другими телами в соответствии с законом всемирного тяготения. В этих случаях масса выступает как мера гравитации и ее называют гравитационной массой .
В современной физике с высокой степенью точности доказана тождественность значений инертной и гравитационной масс данного тела. Поэтому говорят просто о массе тела (m).
В механике Ньютона считается, что
а) масса тела равна сумме масс всех частиц (или материальных точек), из которых оно состоит;
б) для данной совокупности тел выполняется закон сохранения массы: при любых процессах, происходящих в системе тел, ее масса остается неизменной.
Плотность однородного тела равна . Единица плотности 1 кг/м 3 .
Силой называется векторная физическая величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей. Сила полностью определена, если заданы ее модуль, направление и точка приложения. Прямая, вдоль которой направлена сила, называется линией действия силы .
В результате действия силы тело изменяет скорость движения (приобретает ускорение) или деформируется. На основании этих опытных фактов производится измерение сил.
Сила является причиной возникновения не скорости, а ускорения тела. С направлением силы совпадает во всех случаях направление ускорения, но не скорости.
В задачах механики учитываются гравитационные силы (силы тяготения) и две разновидности электромагнитных сил - силы упругости и силы трения.
3) Второй закон Ньютона
Второй закон Ньютона описывает движение частицы, вызванное влиянием окружающих тел, и устанавливает связь между ускорением частицы, ее массой и силой, с которой на нее действуют эти тела:
Если на частицу с массой т окружающие тела действуют с силой , то эта частица приобретает такое ускорение , что произведение ее массы на ускорение будет равно действующей силе.
Математически второй закон Ньютона записывается в виде:
На основе этого закона устанавливается единица силы - 1 Н (ньютон). 1 Н - это сила, с которой нужно действовать на тело массой 1 кг, чтобы сообщить ему ускорение 1 м/с 2 .
Если сила , с которой тела действуют на данную частицу, известна, то записанное для этой частицы уравнение второго закона Ньютона называют ее уравнением движения.
Второй закон Ньютона часто называют основным законом динамики, так как именно в нем находит наиболее полное математическое выражение принцип причинности и именно он, наконец, позволяет решить основную задачу механики. Для этого нужно выяснить, какие из окружающих частицу тел оказывают на нее существенное действие, и, выразив каждое из этих действий в виде соответствующей силы, следует составить уравнение движения данной частицы. Из уравнения движения (при известной массе) находится ускорение частицы. Зная
же ускорение можно определить ее скорость, а после скорости - и положение данной частицы в любой момент времени.
Практика показывает, что решение основной задачи механики с помощью второго закона Ньютона всегда приводит к правильным результатам. Это и является экспериментальным подтверждением справедливости второго закона Ньютона.
4) Третий закон Ньютона.
Третий закон Ньютона: Силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулям и направлены по одной прямой в противоположные стороны.
Это означает, что если на тело А со стороны тела В действует сила , то одновременно на тело В со стороны тела А будет действовать сила , причем = - .
Используя второй закон Ньютона, можно записать:
Отсюда следует, что
т. е. отношение модулей ускорений и взаимодействующих друг с другом тел определяется обратным отношением их масс и совершенно не зависит от характера действующих между ними сил. Более массивное тело получает меньшее ускорение, а легкое - большее.
Важно понимать, что силы, о которых идет речь в третьем законе Ньютона, приложены к разным телам и поэтому они не могут уравновешивать друг друга.
5) Следствия из законов Ньютона
Законы Ньютона представляют собой систему взаимосвязанных законов, которые позволяют глубже понять сущность понятий силы и массы. Следствия из законов:
1. Сила является мерой воздействия, оказываемого на данную частицу со стороны других тел, и с увеличением расстояния до них убывает, стремясь к нулю.
