Ta eksperimentalna dejstva lahko služijo kot potrditev drugega Newtonovega zakona in utemeljitev druge metode merjenja sile poleg tehtanja.

1) Newtonov prvi zakon: Obstajajo takšni referenčni sistemi, imenovani inercialni, glede na katere se prosta telesa gibljejo enakomerno in premočrtno.

Prvi zakon mehanike ali zakon vztrajnosti, kot ga pogosto imenujemo, je v bistvu vzpostavil Galilei, vendar ga je Newton dal splošno formulacijo.

Prosto telo - Imenujejo telo, na katerega ne vplivajo nobena druga telesa ali polja. Pri reševanju nekaterih problemov lahko telo štejemo za svobodno, če so zunanji vplivi uravnoteženi.

Imenujemo referenčne sisteme, v katerih prosta snovna točka miruje ali se giblje premočrtno in enakomerno inercialni referenčni sistemi. Preprosto in enakomerno gibanje brezplačno materialna točka v inercialnem referenčnem sistemu imenujemo jadranje. Pri takem gibanju ostaja vektor hitrosti materialne točke konstanten ( = konst). Točka mirovanja je poseben primer gibanja po vztrajnosti ( =0).

IN inercijski sistemi ah predstavlja referenčno mirovanje ali enakomerno gibanje naravno stanje, dinamika pa mora pojasniti spremembo tega stanja (tj. pojav pospeška telesa pod vplivom sil). Prosta telesa, na katera druga telesa ne vplivajo, ne obstajajo. Vendar pa je zaradi zmanjševanja vseh znanih interakcij z naraščajočo razdaljo takšno telo mogoče realizirati s poljubno zahtevano natančnostjo.

Referenčni sistemi, v katerih prosto telo ne ohranja konstantne hitrosti, se imenujejo neinercialna. Neinercialni referenčni sistem je tisti, ki se giblje pospešeno glede na kateri koli inercialni referenčni sistem. V neinercialnem referenčnem sistemu se lahko tudi prosto telo giblje pospešeno.

Enakomerno in premočrtno gibanje referenčnega sistema ne vpliva na potek mehanskih pojavov, ki se v njem dogajajo. Nobeni mehanski poskusi ne omogočajo razlikovanja preostalega inercialnega referenčnega okvira od njegove enote pravokotno gibanje . Za vse mehanske pojave se izkaže, da so vsi začetni referenčni sistemi enaki. Te izjave izražajo. Načelo relativnosti je eden najsplošnejših zakonov narave, v posebni teoriji relativnosti pa se razširi na elektromagnetne in optične pojave.

2) Masa, gostota, moč.

Imenuje se lastnost telesa, da ohrani svojo hitrost, če ni interakcije z drugimi telesi vztrajnost. Fizična količina, ki je merilo za vztrajnost telesa v gibanje naprej, poklical inertna masa. Telesna teža se meri v kilogramih:. Masa označuje tudi sposobnost telesa, da medsebojno deluje z drugimi telesi v skladu z zakonom univerzalna gravitacija. V teh primerih masa deluje kot merilo gravitacije in se imenuje gravitacijska masa Ojej.

IN moderna fizika z visoka stopnja Identiteta vrednosti inercijske in gravitacijske mase danega telesa je natančno dokazana. Torej samo govorijo o telesna teža(m).

V Newtonovi mehaniki velja, da

a) masa telesa je enaka vsoti mas vseh delcev (ali materialnih točk), iz katerih je sestavljeno;

b) za dano množico teles velja zakon ohranitve mase: med kakršnimi koli procesi, ki se pojavljajo v sistemu teles, njegova masa ostane nespremenjena.

Gostota homogenega telesa je . Enota za gostoto 1 kg/m3.

Na silo se imenuje vektorska fizikalna količina, ki je mera mehanskega vpliva drugih teles ali polj na telo. Sila je popolnoma definirana, če so podane njena velikost, smer in točka delovanja. Premica, vzdolž katere je usmerjena sila, se imenuje.

linija delovanja sile

Zaradi delovanja sile telo spremeni hitrost gibanja (pridobi pospešek) ali se deformira. Na podlagi teh eksperimentalnih dejstev se merijo sile.

Sila je vzrok za pospešek telesa, ne hitrost. V vseh primerih se smer pospeška ujema s smerjo sile, ne pa s smerjo hitrosti. Težave z mehaniko upoštevajo gravitacijske sile (gravitacijske sile) in dve vrsti elektromagnetnih sil - elastične sile in

sile trenja.

3) Newtonov drugi zakon

Newtonov drugi zakon opisuje gibanje delca, ki ga povzroči vpliv okoliških teles, in vzpostavlja razmerje med pospeškom delca, njegovo maso in silo, s katero ta telesa delujejo nanj: Če na delec z maso m okoliška telesa delujejo s silo, dobi ta delec takšen pospešek

, da bo produkt njegove mase in pospeška enak delujoči sili.

Na podlagi tega zakona je določena enota sile - 1 N (newton). 1 N je sila, s katero je potrebno delovati na telo z maso 1 kg, da mu posredujemo pospešek 1 m/s 2 .

Če moč , s katerimi telesi delujejo na dani delec, je znano, potem se enačba drugega Newtonovega zakona, zapisana za ta delec, imenuje enačba gibanja.

Newtonov drugi zakon se pogosto imenuje temeljni zakon dinamike, saj je v njem najbolj popoln matematični izraz načelo vzročnosti in prav to nam končno omogoči rešitev glavnega problema mehanike. Če želite to narediti, morate ugotoviti, katera od teles, ki obdajajo delec, pomembno vplivajo nanj, in z izražanjem vsakega od teh dejanj v obliki ustrezne sile ustvarite enačbo gibanja za ta delec. Iz enačbe gibanja (z znano maso) najdemo pospešek delca. Vedeti

pospešek lahko določimo z njegovo hitrostjo in po hitrosti - položaj tega delca v katerem koli trenutku.

Praksa kaže, da reševanje glavnega problema mehanike z uporabo drugega Newtonovega zakona vedno vodi do pravilnih rezultatov. To je eksperimentalna potrditev veljavnosti drugega Newtonovega zakona.

4) Newtonov tretji zakon.

Newtonov tretji zakon: Sile, s katerimi telesa delujejo druga na drugo, so enake po velikosti in usmerjene v eni premici v nasprotni smeri.

To pomeni, da če na telesu A s strani telesa IN takrat na telo istočasno deluje sila IN s strani telesa A bo delovala sila , in = - .

Z uporabo drugega Newtonovega zakona lahko zapišemo:

Iz tega sledi

to je razmerje pospeševalnih modulov in medsebojno delovanje teles je določeno z inverznim razmerjem njihovih mas in je popolnoma neodvisno od narave sil, ki delujejo med njimi. Masivnejše telo prejme manjši pospešek, lažje telo pa več.

Pomembno je razumeti, da sile, o katerih govorimo o v tretjem Newtonovem zakonu veljajo za različna telesa in se zato ne morejo uravnotežiti.

5) Posledice iz Newtonovih zakonov

Newtonovi zakoni so sistem med seboj povezanih zakonov, ki nam omogočajo boljše razumevanje bistva pojmov sile in mase. Posledice zakonov:

1. Sila je merilo vpliva, ki ga na določen delec izvajajo druga telesa, z večanjem razdalje do njih pa se zmanjšuje in teži k ničli.

Glavni zakoni klasična mehanika so trije Newtonovi zakoni. Zdaj si jih bomo podrobneje ogledali.

Newtonov prvi zakon

Opazovanja in izkušnje kažejo, da telesa dobijo pospešek glede na Zemljo, torej spremenijo svojo hitrost glede na Zemljo, šele, ko druga telesa delujejo nanje.

Predstavljajmo si, da se čep zračne "pištole" premakne pod delovanjem plina, stisnjenega z izvlečnim batom, tj. Posledica tega je zaporedna veriga sil:

Sila, ki premika bat => Sila, s katero bat stisne plin v jeklenki => Sila, s katero plin premika čep.

V tem in drugih podobnih primerih sprememba hitrosti, tj. pojav pospeška je posledica delovanja sil na dano telo drugih teles.

Če na telo ne deluje nobena sila (ali pa sta sili kompenzirani, tj.), potem bo telo ostalo v mirovanju (glede na Zemljo) ali pa se bo gibalo enakomerno in premočrtno, tj. brez pospeševanja.

Na podlagi tega je bilo mogoče vzpostaviti prvi Newtonov zakon, ki se pogosteje imenuje zakon vztrajnosti:

Obstajajo taki inercialni referenčni sistemi, glede na katere telo miruje (poseben primer gibanja) ali se giblje enakomerno in premočrtno, če na telo ne delujejo sile ali so delovanja teh sil kompenzirana.

Preverite s preprostimi poskusi ta zakon praktično nemogoče, ker je nemogoče popolnoma odpraviti delovanje vseh okoliških sil, še posebej pa delovanje trenja.

Temeljite poskuse za preučevanje gibanja teles je prvi izvedel italijanski fizik Galilei Galileo konec l. XVI in v začetku XVII stoletja. Kasneje je ta zakon podrobneje opisal Isaac Newton, zato je ta zakon dobil ime po njem.

Takšne manifestacije vztrajnosti teles se pogosto uporabljajo v vsakdanjem življenju in tehnologiji. Stresanje zaprašene krpe, "spuščanje" stolpca živega srebra v termometru.

Newtonov drugi zakon

Različni poskusi kažejo, da pospešek sovpada s smerjo sile, ki ta pospešek povzroča. Zato lahko oblikujemo zakon odvisnosti sil, ki delujejo na telo, od pospeška:

V inercialnem referenčnem sistemu je produkt mase in pospeška enak rezultantni sili (rezultantna sila je geometrijska vsota vse sile, ki delujejo na telo).

Telesna teža je sorazmerni koeficient za to razmerje.Po definiciji pospeška () napišimo zakon v drugačni obliki inPotem se izkaže, da je števec na desni strani enačbe sprememba gibalne količine Δstr, saj je Δ p=mΔv

To pomeni, da lahko drugi zakon zapišemo takole:

Tako je Newton zapisal svoj drugi zakon.

Ta zakon velja samo za hitrosti, ki so veliko nižje od svetlobne hitrosti in v inercialnih referenčnih sistemih.

Newtonov tretji zakon

Pri trku dve telesi spremenita hitrost, tj. Obe telesi prejmeta pospešek. Zemlja privlači Luno in jo prisili, da se premika ukrivljena trajektorija; po drugi strani pa tudi Luna privlači Zemljo (univerzalna gravitacija).

Ti primeri kažejo, da se sile vedno pojavljajo v parih: če eno telo deluje s silo na drugo, potem drugo telo deluje na prvo z enako silo. Vse sile so po naravi medsebojne.

Potem lahko formuliramo tretji Newtonov zakon:

Telesi delujeta drug na drugega v paru s silami, usmerjenimi vzdolž ravne črte, enake po velikosti in nasprotne smeri.

Ta zakon se pogosto imenuje težak zakon, ker... Ne razumejo pomena tega zakona. Za lažje razumevanje zakona lahko to preoblikujemozakon ( "Akcija je enaka reakciji"). « Nasprotna sila je enaka delujoči sili.", saj te sile delujejo na različna telesa.

Celo padec teles strogo sledi zakonu reakcije. Jabolko udari ob Zemljo, ker se privlači globus; Ampak S popolnoma enako močjo pritegne jabolko k sebi ves naš planet.

Za Lorentzovo silo Newtonov tretji zakon ni izpolnjen.

Newton je v svoji knjigi "Matematični principi naravne filozofije" formuliral osnovne zakone mehanike.

Torej lahko sklepamo, da so vsi ti trije Newtonovi zakoni temelj klasične mehanike; in vsak zakon sledi drugemu.

Dinamika.

1. vprašanje: koncept moči. Temeljne sile. Prosto telo. Inercialni referenčni sistemi.

odgovor:

Koncept moči.

Sila je vektorska fizikalna količina, ki je mera za intenzivnost vpliva drugih teles na dano telo., pa tudi polja. Sila, ki deluje na masivno telo, povzroči spremembo njegove hitrosti ali pojav deformacij v njem (merjeno v Newtonih).

Temeljne sile.

1) Gravitacijska sila- ena od štirih temeljnih sil v naravi. Gravitacija je v primerjavi z drugimi najšibkejša.

Gravitacijska sila F med dvema predmetoma z maso m1 in m2 na razdalji d, ki jo je ugotovil Isaac Newton, je enaka F=Gm1m2/d2, kjer je G sorazmernostni koeficient, imenovan univerzalna gravitacijska konstanta. 2) Elektromagnetna sila – veže negativno nabite elektrone na pozitivno nabito jedro znotraj atoma. (Unified Field Theory - ENOTA TEORIJA POLJA, poskus razširitve RELATIVNOST za hkratno predstavitev gravitacijskega in elektromagnetnega polja. Najpopolnejša, celovita teorija mora vključevati tudi močne in šibke jedrske sile. Čeprav je bil dosežen določen napredek pri posploševanju elektromagnetnih sil in šibkih jedrskih sil, pogosta težava ostaja nerešeno).

3) Jedrska interakcija – šibka jedrska interakcija. Za radioaktivni razpad so odgovorne šibke interakcije. Imajo zelo kratek doseg: opazimo jih lahko samo na subatomski ravni. Šibke interakcije so šibkejše od elektromagnetne sile in močna interakcija(najmočnejša izmed temeljnih sil), vendar veliko močnejša od gravitacijskih.

4) Močna jedrska sila, ki je povezana z »lepilom«, ki povezuje jedra skupaj, je najmočnejša sila, ki jo pozna narava.

Prosto telo.

Prosto telo - svoboda gibanja telesa ni omejena z nobenimi drugimi telesi (telo, na katerega ne deluje nobena sila).

Nesvobodno telo - njegovo gibanje je omejeno z drugimi telesi. Povezava je telo, ki omejuje svobodo gibanja predmeta. Reakcija povezave je sila, ki deluje na predmet s strani povezave. Načelo osvoboditve od povezav - nesvobodno telo lahko štejemo za svobodno, če so povezave zavržene in njihova dejanja nadomeščena z ustreznimi reakcijami.

Inercialni referenčni sistemi.

Inercialni referenčni sistemi so sistemi, glede na katere materialna točka, če nanjo ni zunanjih vplivov ali njihove medsebojne kompenzacije, miruje ali se giblje enakomerno in premočrtno. Inercijski sistemi obstajajo neskončen niz

. Referenčni sistem, povezan z vlakom, ki se giblje s konstantno hitrostjo po ravnem odseku tira, je tudi inercialni sistem (približno), kot sistem, povezan z Zemljo. Vsi inercialni referenčni sistemi tvorijo razred sistemov, ki se gibljejo relativno drug glede na drugega enakomerno in premočrtno. Pospeški katerega koli telesa v različnih inercialnih sistemih so enaki.

Inercialni so tudi referenčni sistemi, ki se glede na nek inercialni referenčni sistem gibljejo enakomerno in premočrtno. vprašanje

: Newtonovi zakoni. Pojem mase, gibalne količine, impulza sile. :

Odgovori

Newtonovi zakoni.

Newtonovi zakoni mehanike 1) Prvi Newtonov zakon:

Prvi zakon mehanike ali zakon vztrajnosti, kot ga pogosto imenujemo, je v bistvu vzpostavil Galilei, vendar ga je Newton dal splošno formulacijo.

Premočrtno in enakomerno gibanje proste materialne točke v inercialnem referenčnem sistemu imenujemo gibanje po vztrajnosti. . Pri takem gibanju ostaja vektor hitrosti materialne točke konstanten ( = konst). Točka mirovanja je poseben primer gibanja po vztrajnosti ( =0).

V inercialnih referenčnih sistemih je mirovanje ali enakomerno gibanje naravno stanje in dinamika mora pojasniti spremembo tega stanja (tj. pojav pospeška telesa pod vplivom sil). Prosta telesa, na katera druga telesa ne vplivajo, ne obstajajo. Vendar pa je zaradi zmanjševanja vseh znanih interakcij z naraščajočo razdaljo takšno telo mogoče realizirati s poljubno zahtevano natančnostjo.

Referenčni sistemi, v katerih prosto telo ne ohranja svoje hitrosti konstantne, se imenujejo neinercialni . Neinercialni referenčni sistem je tisti, ki se giblje pospešeno glede na kateri koli inercialni referenčni sistem. V neinercialnem referenčnem sistemu se lahko tudi prosto telo giblje pospešeno.

Enakomerno in premočrtno gibanje referenčnega sistema ne vpliva na potek mehanskih pojavov, ki se v njem dogajajo. Nobeni mehanski poskusi ne omogočajo razlikovanja preostalega dela inercialnega referenčnega sistema od njegovega enakomernega premočrtnega gibanja. Za vse mehanske pojave se izkaže, da so vsi začetni referenčni sistemi enaki. Te izjave izražajo mehansko načelo relativnosti (Galilejevo načelo relativnosti) . Načelo relativnosti je eden najsplošnejših zakonov narave, v posebna teorija relativnost se razširi na elektromagnetne in optične pojave.

Newtonov drugi zakon

Newtonov drugi zakon opisuje gibanje delca, ki ga povzroči vpliv okoliških teles, in vzpostavlja razmerje med pospeškom delca, njegovo maso in silo, s katero ta telesa delujejo nanj:

Če na delec z maso m okoliška telesa delujejo s silo, dobi ta delec tak pospešek, da bo produkt njegove mase in pospeška enak delujoči sili.

Matematično je Newtonov drugi zakon zapisan kot:

Na podlagi tega zakona je določena enota sile - 1 N (newton). 1 N je sila, s katero je potrebno delovati na telo z maso 1 kg, da mu posredujemo pospešek 1 m/s 2 .

Če moč , s katerimi telesi delujejo na dani delec, je znano, potem se enačba drugega Newtonovega zakona, zapisana za ta delec, imenuje enačba gibanja.

Newtonov drugi zakon se pogosto imenuje temeljni zakon dinamike, saj v njem načelo vzročnosti najde najpopolnejši matematični izraz in nam končno omogoči rešitev glavnega problema mehanike.

Če želite to narediti, morate ugotoviti, katera od teles, ki obdajajo delec, pomembno vplivajo nanj, in z izražanjem vsakega od teh dejanj v obliki ustrezne sile ustvarite enačbo gibanja za ta delec. Iz enačbe gibanja (z znano maso) najdemo pospešek delca. Vedeti

pospešek lahko določimo z njegovo hitrostjo in po hitrosti - položaj tega delca v katerem koli trenutku.

Praksa kaže, da reševanje glavnega problema mehanike z uporabo drugega Newtonovega zakona vedno vodi do pravilnih rezultatov. To je eksperimentalna potrditev veljavnosti drugega Newtonovega zakona.

Newtonov tretji zakon: Newtonov tretji zakon.

To pomeni, da če na telesu A s strani telesa IN Sile, s katerimi telesa delujejo druga na drugo, so enake po velikosti in usmerjene v eni premici v nasprotni smeri. IN s strani telesa A takrat na telo istočasno deluje sila , bo delovala sila

in = - .

Z uporabo drugega Newtonovega zakona lahko zapišemo:

Iz tega sledi

to pomeni, da je razmerje modulov pospeška in teles, ki medsebojno delujejo, določeno z inverznim razmerjem njihovih mas in je popolnoma neodvisno od narave sil, ki delujejo med njimi. Masivnejše telo prejme manjši pospešek, lažje telo pa več.

Pomembno je razumeti, da sile, obravnavane v tretjem Newtonovem zakonu, delujejo na različna telesa in se zato ne morejo uravnotežiti.

Posledice Newtonovih zakonov

1. Newtonovi zakoni so sistem med seboj povezanih zakonov, ki nam omogočajo boljše razumevanje bistva pojmov sile in mase. Posledice zakonov:

Sila je merilo vpliva, ki ga na določen delec izvajajo druga telesa, z večanjem razdalje do njih pa se zmanjšuje in teži k ničli.

Dejstvo, da je sila merilo vpliva teles, ki obkrožajo delec, izhaja iz dejstva, da je odvisna od stanja teh teles in hkrati določa pospešek danega delca: . Zmanjšanje delujoče sile na nič z neomejeno oddaljenostjo od okoliških teles od delca je posledica prvega in drugega Newtonovega zakona. Ker je po prvem Newtonovem zakonu neskončno oddaljeno od vseh teles .

2 . Sila, s katero na določen delec deluje več teles hkrati, je enaka vsoti sil, s katerimi ta telesa delujejo nanj posamezno:

Ta izjava se imenuje načelo neodvisnosti interakcij. Ob upoštevanju tega načela je Newtonov drugi zakon zapisan kot:

Vsota sil na desni strani tega zakona se imenuje rezultantna sila.

Načelo neodvisnosti interakcij se drugače imenuje princip superpozicije sil.

3. Seštevek vsega notranje sile, ki deluje v katerem koli sistemu, je vedno enaka nič.

Pod notranji razumejo sile, ki delujejo med telesi obravnavanega sistema.

Notranje sile niso sposobne premakniti sistema teles kot celote. Dejansko bi bilo za to potrebno posredovati pospešek, pospešek pa lahko, kot izhaja iz drugega Newtonovega zakona, sistemu posredujejo le tiste sile, katerih vsota je različna od nič.

4. Razmerje med moduli pospeška, ki jih dobita dve telesi kot posledica medsebojne interakcije, je enako obratnemu razmerju njunih mas:

2. Masa, gibalna količina, impulz sile.

Lastnost telesa, da ohrani svojo hitrost brez interakcije z drugimi telesi, se imenuje vztrajnost. Fizikalna količina, ki je merilo za vztrajnost telesa pri translacijskem gibanju, se imenuje inertna masa. Telesna teža se meri v kilogramih: .

Masa označuje tudi sposobnost telesa za interakcijo z drugimi telesi v skladu z zakonom univerzalne gravitacije. V teh primerih masa deluje kot merilo gravitacije in se imenuje gravitacijska masa.

V sodobni fiziki je bila identiteta vrednosti inercijske in gravitacijske mase danega telesa dokazana z visoko stopnjo natančnosti. Torej samo govorijo o telesna teža(m).

Ker je merjenje vedno primerjava z etalonom (z mersko enoto), drugi Newtonov zakon vnaprej določa tudi izbiro enote za silo. Ker so enote za dolžino, maso in čas že določene, nas ta enačba sili, da za enoto sile vzamemo silo, ki daje enoti mase pospešek, enako ena. Enota SI za silo je newton (N). Newton je sila, ki daje masi enega kilograma pospešek 1 m/s 2 .

Po svoji naravi ločimo sile elastične interakcije, sile trenja, gravitacijske in elektromagnetne sile.

Zgoraj je bil primer elastičnih sil. Sile trenja so odvisne od hitrosti relativnega gibanja dotikajočih se površin in stanja površine. Gravitacijske in elektromagnetne sile povzročajo prisotnost polja ali interakcijo na terenu in delujejo na daljavo. V skladu s tem se naloga merjenja sil razdeli na dve ločeni nalogi: 1) merjenje polj, ki nastanejo v posameznem primeru, in 2) merjenje sil, ki delujejo na dano telo iz danega polja.

Za merjenje sil je treba najprej vzpostaviti standard sile in drugič metodo za primerjavo drugih sil s tem standardom.

Vzemimo dobro definirano vzmet (na primer iz jeklene žice v obliki valjaste spirale), raztegnjeno na znana dolžina. Za merilo sile bomo šteli silo, s katero ta vzmet pri fiksni napetosti deluje na telo, ki je pritrjeno na kateri koli njen konec. Primerjava drugih sil z merilom je meritev.

Z načinom merjenja sil je mogoče ugotoviti, pod kakšnimi pogoji se sile pojavijo, in ugotoviti njihove velikosti v katerem koli posebnem primeru. Na primer, s preučevanjem elastičnih sil lahko ugotovimo, da raztegnjena cilindrična vzmet ustvari silo, ki je, če vzmet ni preveč raztegnjena, sorazmerna z razteznostjo (Hookov zakon). Takšno napravo za merjenje sil imenujemo dinamometer (v skladu z dimenzijo sile v sistemu CGS – dyne). Ta zakon poenostavlja kalibracijo dinamometrov, saj je dovolj, da zabeležimo samo raztezek, ki ustreza največja moč(v zgornjih mejah) in celotno skalo dinamometra razdelite na enake dele. Na enak način je za vse druge vrste deformacij mogoče ugotoviti odvisnost velikosti nastale elastične sile od narave in velikosti deformacije.

Podobno lahko merimo sile trenja. Če na gibajoče se telo pritrdite dinamometer in nastavite napetost dinamometra, pri kateri se bo telo gibalo premočrtno in enakomerno, bo sila trenja po velikosti enaka in v nasprotni smeri sili, ki deluje iz dinamometra (seveda pod pogojem, da nobena druga sila na telo ne deluje).

Na primer, znana metoda tehtanja teles na vzmetnih tehtnicah omogoča merjenje privlačnosti teh teles na Zemlji (čeprav le približno, saj se Zemlja, na kateri telo med tehtanjem počiva, premika glede na izbrano "fiksno" koordinatni sistem in to nekoliko popači rezultate meritev).

Po preverjanju Newtonov drugi zakon iz izkušenj lahko na podlagi tega zakona za dano telo po znane sile poiščite pospešek telesa ali, nasprotno, z uporabo znanih pospeškov poiščite vsoto sil, ki delujejo nanj, če vsaj enkrat za to telo hkrati določimo tako delujočo silo kot pospešek, ki ga daje sila.

Ker se isti drugi Newtonov zakon uporablja za vzpostavitev metode za merjenje telesne mase (količina mase je določena s hkratnim merjenjem sile in pospeška), vsebuje drugi Newtonov zakon na eni strani trditev, da je pospešek sorazmeren z sila, na drugi pa določitev telesne mase kot razmerja med silo, ki deluje na telo, in pospeškom, ki ga ta sila daje.

Tu je treba poudariti, da je Newton oblikoval zakon za prožne sile, gravitacijske sile, ni pa vedel skoraj nič o naravi kompleksnejših sil, na primer o silah med atomi. Vendar je odkril eno pravilo, eno splošno lastnino vseh sil, ki predstavlja njegov tretji zakon:

"Sila akcije je enaka sili reakcije".

Zdaj lahko na podlagi nabranih izkušenj ugotovimo, česar Newton ni opazil; njegovo formulacijo lahko posplošimo ob upoštevanju vseh vrst interakcij, ki jih danes pozna znanost. V skladu s tretjim Newtonovim zakonom bosta katerikoli dve telesi, recimo dva delca, " potiskati» drug drugemu v nasprotne smeri z enako močjo. Newton je mislil samo na takrat znane interakcije: sile gravitacije in elastičnosti. Sedaj pa lahko trdimo, da zakon velja tudi za druge vrste interakcij, ki jih je doslej ugotovila znanost.

Kaj je še zanimivega glede tretjega Newtonovega zakona? Naj medsebojno delujoči delci imajo drugačna masa. Kaj iz tega sledi? Po drugem zakonu je sila enaka hitrosti spreminjanja gibalne količine s časom, zato bo hitrost spreminjanja gibalne količine delca 1 v skladu s tretjim zakonom enaka hitrosti spreminjanja gibalne količine delca dva , tj.

d str 1 /dt = - d str 2/dt.

to je popolna sprememba gibalna količina delca 1 je enaka in nasprotna popolna sprememba gibalna količina delca 2. To pomeni, da je hitrost spremembe vsote skupne gibalne količine obeh delcev enaka nič

d(str 1 + str 2)/dt = 0.

Vendar se je treba spomniti, da smo v našem problemu o sistemu, sestavljenem iz dveh medsebojno delujočih teles, predpostavili odsotnost drugih sil, razen notranjih. Tako smo dobili, da ob prisotnosti samo notranjih sil v sistemu medsebojno delujočih teles ostane celotna gibalna količina sistema medsebojno delujočih delcev nespremenjena. Ta izjava izraža zakon o ohranitvi gibalne količine. Iz tega sledi, da če merimo ali štejemo količino m 1v 1+m2v 2 +m 3v 3 +… , to je vsota impulzov vseh delcev, potem bi morali za vse sile, ki delujejo med njimi, ne glede na to, kako zapletene so, dobiti enak rezultat, tako pred in po delovanju sil, saj skupni impulz ostane konstantna.

Tako velja zakon o ohranitvi celotnega zagona v odsotnosti zunanje sile lahko zapišemo v obliki

m 1v 1+m2v 2 +m 3v 3 +…=konst.

Ker ima za vsak delec Newtonov drugi zakon obliko

f =d (m v)/dt,

potem za katero koli komponento skupne sile, v kateri koli smeri, na primer X,

f x= d(mv x)/dt.

Popolnoma enake formule je mogoče napisati za l, z komponento.

Če pa obstajajo zunanje sile, sile zunaj izoliranega sistema delcev, potem bo vsota vseh teh zunanjih sil enaka hitrosti spremembe skupne gibalne količine vseh delcev v sistemu.

Trenje

Torej, da bi resnično razumeli Newtonove zakone, moramo razpravljati o lastnostih sil; Namen tega poglavja je začeti to razpravo in zagotoviti nekakšno dopolnitev Newtonovih zakonov. Lastnosti pospeška in druge podobne pojme že poznamo, zdaj pa se moramo ukvarjati z lastnostmi sil. Zaradi njihove kompleksnosti v tem poglavju (za razliko od prejšnjih) ne bomo sledili natančnim formulacijam. Za začetek z določeno silo razmislite o uporu, ki ga zrak zagotavlja letečemu letalu. Kakšen je zakon te sile? (Dolžni smo ga najti; navsezadnje za vsako silo obstaja zakon!) Malo verjetno je, da bo preprosto. Vredno si je predstavljati zračno zaviranje letala - žvižganje vetra v krilih, vrtince, sunke, tresenje trupa in številne druge težave - da bi razumeli, da ta zakon verjetno ne bo preprost in priročen. Še bolj presenetljivo je dejstvo, da ima sila zelo preprost vzorec: F ≈ s·υ 2 (konstanta krat kvadrat hitrosti).

Kakšen je položaj tega zakona med drugimi? Je to kot zakon? F = ma ? sploh ne. Prvič, je empiričen in se pridobi z grobimi meritvami v vetrovnik. Vi pa ugovarjate: »No, zakon F = ma lahko tudi empirično." Toda ali je to res bistvo? Razlika ni v empirizmu, temveč v tem, da je, kolikor razumemo, ta zakon trenja rezultat mnogih vplivov in v svojem bistvu ni prav nič preprost. Bolj kot ga proučujemo, natančneje ga merimo, več težje(ne lažje) se nam bo predstavil. Z drugimi besedami, če se poglobimo v zakon zaviranja letal, bomo vse bolj jasno razumeli njegovo "zmotnost". Globlji kot je pogled, natančnejše so meritve, bolj zapletena postane resnica; ne bo se pojavila pred nami kot posledica enostavnega temeljni procesi(vendar smo to slutili že na začetku). Pri zelo nizkih hitrostih (na primer, niso dostopne niti letalu) se spremeni zakon: zaviranje je skoraj linearno odvisno od hitrosti: Ali pa na primer zaviranje žoge (ali zračnega mehurčka ali česa drugega) zaradi trenja. z viskozno tekočino (kot je med), - pri nizkih hitrostih je tudi sorazmerna s hitrostjo, pri velikih hitrostih, ko nastanejo vrtinci (seveda ne v medu, ampak v vodi ali zraku), je približna sorazmernost z spet nastane kvadrat hitrosti (F = s·υ 2 ); Pri nadaljnjem povečanju hitrosti to pravilo ne velja. Seveda lahko rečete: "No, tukaj se koeficient nekoliko spremeni." Ampak to je le trik.

Drugič, obstajajo druge težave: ali je mogoče, recimo, to silo razdeliti na dele - na silo trenja kril, trupa, repa itd.? Seveda, ko morate izvedeti rotacijski momenti, ki delujejo na dele letala, potem lahko to storite, vendar potem potrebujete poseben zakon trenja za krila itd. In izkazalo se je, da neverjetno dejstvo, od katere je odvisna sila, ki deluje na krilo. drugo krilo, to je, če odstranite letalo in pustite eno krilo v zraku; takrat bo sila popolnoma drugačna, kot bi bila, če bi bilo celotno letalo v zraku; Razlog je seveda v tem, da veter, ki udarja v nos letala, teče na krila in spreminja zavorno silo. In čeprav se zdi čudežno, da obstaja tako preprost, surov empirični zakon, primeren za ustvarjanje letal, to ni eden tistih zakonov fizike, ki se imenujejo glavni : Ko greste globlje, postaja vse bolj zapleteno. Nekaj ​​študij odvisnosti koeficienta z oblika nosu letala takoj uniči njegovo preprostost. Enostavne odvisnosti ni več. Ali gre za gravitacijski zakon: preprost je, njegovo nadaljnje poglabljanje pa to samo poudarja.

Pravkar smo govorili o dveh vrstah trenja, ki sta posledica hitrega gibanja v zraku ali počasnega gibanja v medu. Obstaja pa še ena vrsta trenja - suho ali drsno trenje: o tem govorijo, ko eno trdna drsi na drugo. Za nadaljnje gibanje potrebuje takšno telo moč. Imenuje se sila trenja. Njegov izvor je zelo zmedeno vprašanje. Obe dotikajoči se površini sta neenakomerni, gledano na atomski ravni. Na stičnih mestih se atomi sprimejo; ko pritisnete na karoserijo, se spojka zlomi in pride do tresljajev (v vsakem primeru se zgodi nekaj podobnega). Prej je veljalo, da je mehanizem trenja preprost: površina je prekrita z nepravilnostmi, trenje pa je posledica dviga drsnih delov na teh nepravilnostih; ampak to je narobe, ker potem ne bi bilo izgube energije, ampak se dejansko energija troši na trenje. Mehanizem izgube je drugačen: nepravilnosti med drsenjem se zdrobijo, pride do tresljajev in gibanja atomov, toplota se razširi na obe telesi. In tu se izkaže za skrajno nepričakovano, da je mogoče empirično to trenje približno opisati preprost zakon. Sila, potrebna za premagovanje trenja in vlečenje enega predmeta po površini drugega, je odvisna od sile, usmerjene normalno (pravokotno) na kontaktne površine. V dokaj dobrem približku lahko domnevamo, da je sila trenja sorazmerna z normalno silo z več ali manj konstanten koeficient:

F = μ·N, (12.1)

kjer je μ - koeficient trenja(Slika 12.1).

Čeprav koeficient μ ni zelo konstanten, se ta formula izkaže kot dobro pravilo za ocenjevanje, koliko sile bo potrebno v kateri koli praktični ali inženirski okoliščini. Šele ko je normalna sila ali hitrost gibanja zelo velika, zakon odpove: sprosti se preveč toplote. Pomembno je razumeti, da ima kateri koli od teh empiričnih zakonov omejitve, prek katerih ne deluje.

Približna veljavnost formule F = μ·N lahko priča preprosta izkušnja. Postavimo blok teže W na ravnino, nagnjeno pod kotom θ. Dvignimo letalo strmeje, dokler blok ne zdrsne z njega pod lastno težo. Navzdol usmerjena komponenta teže vzdolž ravnine W sin θ je enaka sili trenja F, ko blok enakomerno drsi. Normalna komponenta teže na ravnino je W·cosθ; ona je normalna sila N. Formula postane W·sin θ = μ· W·cosθ, od koder μ = sinθ/cosθ = tgθ. Po tem zakonu pri določenem naklonu ravnine blok začne drseti. Če je blok obremenjen z dodatno težo, se vse sile v formuli povečajo v enakem razmerju in W izpade iz formule. Če vrednost μ ni spremenil, potem bo naloženi blok znova zdrsnil pod enakim nagibom. Ko smo izkustveno določili kot θ, se bomo prepričali, da se pri večji masi bloka drsenje še vedno začne pri istem kotu naklona. Tudi če se je teža večkrat povečala, se to pravilo upošteva. Pridemo do zaključka, da koeficient trenja ni odvisen od teže.

Ko izvedete ta poskus, je zlahka opaziti, da pri pravilnem kotu naklona blok ne drsi neprekinjeno, ampak z zastoji: na enem mestu se bo zataknil, na drugem pa bo hitel naprej. To vedenje je znak, da se koeficient trenja lahko le približno šteje za konstantnega: spreminja se od kraja do kraja. Enako negotovo vedenje opazimo, ko se obremenitev bloka spremeni. Razlike v trenju nastanejo zaradi različne gladkosti ali trdote delov površine, zaradi umazanije, rje in drugih tujih vplivov. Tabele, ki navajajo torne koeficiente "jeklo na jeklo", "baker na baker" in tako dalje, so čista prevara, saj zanemarjajo te malenkosti, določajo pa vrednost. μ . Trenje »baker na baker« itd. je pravzaprav trenje »proti onesnaževalcem, ki se držijo bakra«.

Pri poskusih opisane vrste je trenje skoraj neodvisno od hitrosti. Mnogi ljudje verjamejo, da je trenje, ki ga je treba premagati, da se predmet premakne (statika), večje od sile, potrebne za vzdrževanje gibanja, do katerega je že prišlo (drsno trenje). Toda na suhih kovinah je težko opaziti razliko. To mnenje je bilo verjetno ustvarjeno s poskusi, v katerih so bili prisotni sledovi olja ali masti, ali pa so bile palice pritrjene z vzmetjo ali nečim prožnim, kot da bi bile privezane na oporo.

Pri kvantitativnih poskusih trenja je zelo težko doseči natančnost in do sedaj trenje ni bilo dobro analizirano, kljub velik pomen taka analiza za tehnologijo. Čeprav zakon F = μ·N je skoraj točen za standardne površine, razlog za to vrsto zakona ni zares razumljen. Da pokažem to μ malo odvisna od hitrosti; potrebni so posebej subtilni poskusi, ker hitre vibracije spodnje površine povzročijo znatno zmanjšanje navideznega trenja. V poskusih na visoke hitrosti paziti je treba, da telesa ne trepetajo, sicer se vidno trenje takoj zmanjša. Vsekakor se ta zakon trenja nanaša na tiste poleksperimentalne zakone, ki kljub ogromnim naporom niso popolnoma razumljeni in ne postanejo bolj jasni. Zdaj skoraj nihče ne more oceniti koeficienta trenja med dvema snovema.

Prej je bilo rečeno, da poskusi merjenja μ pri drsenju čiste snovi(baker na baker) vodi do vprašljivih rezultatov, saj kontaktne površine niso čisti baker, temveč mešanice oksidov in drugih onesnaževalcev. Če želimo dobiti popolnoma čist baker, če očistimo in poliramo površine, razplinimo substanco v vakuumu in upoštevamo vse potrebne varnostne ukrepe, bo še vedno μ ne bomo dobili. Ker se bosta dva kosa bakra zlepila, potem pa vsaj letalo postavite na glavo! Koeficient μ , za zmerno trde površine je običajno manj kot ena, pri nas pa naraste na več enot! Razlog za to nepričakovano vedenje je naslednji: ... ko pridejo atomi iste vrste v stik, ne morejo »vedeti«, da pripadajo različnim kosom bakra. Če bi bili med njimi drugi atomi (atomi, oksidi, maziva, tanke površinske plasti kontaminantov), ​​bi bili atomi bakra "jasni", ne glede na to, ali so na istem kosu ali na različnih. Spomnite se zdaj, da je prav zaradi privlačnih sil med atomi bakra baker je trdna, in postalo vam bo jasno, zakaj je nemogoče pravilno določiti koeficient trenja za čiste kovine.

Isti pojav opazimo pri preprostem domačem poskusu s stekleno ploščo in steklom. Postavite kozarec na krožnik, nanj položite zanko in potegnite; dobro drsi in čuti se koeficient trenja; Seveda je to razmerje nekoliko neenakomerno, a je vseeno razmerje. Sedaj navlažite ploščo in steblo kozarca ter potegnite; čutili boste, da sta zlepljena skupaj. Če natančno pogledate, lahko najdete celo praske. Dejstvo je, da lahko voda odstrani maščobo in druge snovi, ki mašijo površino; Ostaja čist stik stekla s steklom. Ta stik je tako dober, da ga ni tako enostavno prekiniti: zlomiti ga je težje kot trgati koščke stekla, zato nastanejo praske.

Izkušnja z vozičkom

Roll the car on wheels from nagnjena ravnina na tla, kamor je nasut kup peska. Ko ga doseže, se bo voziček zataknil v pesek in se ustavil. Zravnajmo pesek in pustimo, da voziček spet drsi po hribu navzdol. Zdaj se bo hitrost vozička zmanjševala veliko počasneje. Če odstranite pesek, bo zmanjšanje hitrosti vozička komaj opazno.

1.V=0, razlog je pesek na ravnini.

2.V upada počasneje, saj vpliva na silo trenja.

3. Gibanje vozička po vztrajnosti, V ostane približno nespremenjena.

Če je rezultanta vseh sil, ki delujejo na materialno točko (telo), enaka nič, se hitrost točke (telesa) ne spremeni niti po velikosti niti po smeri.

Izjava zakona: Materialna točka (telo), izolirana od vpliva zunanjih sil, vzdržuje stanje mirovanja ali enakomernega pravokotnega gibanja, dokler je delujoče sile ne prisilijo, da to stanje spremeni.

Z drugimi besedami, telo miruje oziroma se giblje enakomerno premočrtno, saj je rezultanta vseh sil, ki delujejo nanj, enaka nič. Dokler se to ohrani, je hitrost telesa enaka nič (v mirovanju) ali konstantna (pri premočrtnem enakomernem gibanju).

vztrajnost- to je pojav, pri katerem telo ohranja svojo hitrost, če nanj ne delujejo druga telesa. Gibanje prosto telo imenujemo gibanje po vztrajnosti, njegovo ohranjanje hitrosti pa vztrajnostni pojav.

Prvi Newtonov zakon velja za inercialne referenčne sisteme. Za take referenčne sisteme lahko vzamemo: heliocentrični sistem, gibanje vlaka, gibanje vozička. Za neinercialni referenčni sistem se šteje tudi referenčni sistem, ki se giblje pospešeno glede na neinercialni referenčni sistem. Referenčni okvirji, ki se pospešeno premikajo glede na Zemljo ali druga telesa, se imenujejo inercialni.

Eksperimentalna potrditev prvega Newtonovega zakona.

Kovanec, ki leži na pleksi steklu, ki pokriva vrat steklenice, ob ostrem kliku na pleksi steklo v vodoravni ravnini pade v steklenico.

Ko vozilo močno zavira, se potniki, ki niso pripeti z varnostnim pasom, po vztrajnosti še naprej premikajo naprej, kar lahko povzroči poškodbe.

Zaključek: Tako iz prvega Newtonovega zakona izhaja, da se telo lahko premika tako v prisotnosti kot v odsotnosti zunanjega vpliva.

Vztrajnost je pojav ohranjanja konstantne hitrosti teles. Telo ni prizadeto zunanji vplivi(imenovano prosto) miruje ali se giblje enakomerno in premočrtno.

Obstajajo takšni referenčni sistemi, glede na katere translatorno gibajoče se telo ohranja svojo hitrost konstantno, če druga telesa ne delujejo nanj ali so dejanja teles kompenzirana.

Inercialni referenčni sistemi - referenčni sistem z izhodiščem v središču Zemlje, referenčni sistem, povezan s središčem Sonca. Vsak sistem, ki se premika glede na inercialne reference, je inercialen.

Pospešeno gibajoči se sistemi so neinercialni in Newtonovi zakoni v njih niso izpolnjeni.