Исаак Ньютон был великим английским учёным, родившимся в 1642 году. Он стал одним из самых известных учёных в истории. Его три закона движения, о которых он написал в книге "Математические начала натуральной философии", стали основой для классической механики.
Законы движения, открытые Исааком Ньютоном, являются фундаментальными для понимания физики. Однако их формулировки часто кажутся сложными для школьников. Поэтому каждый закон разберем простыми словами и посмотрим, как они проявляются в нашей повседневной жизни.
Первый закон Ньютона
Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.
Простыми словами
Первый закон Ньютона, также известный как закон инерции, гласит, что тело остается в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока на него не подействует внешняя сила. Еще проще:
Всё остаётся в своём состоянии, пока на это не подействует какая-то сила.
Это значит:
- Если что-то стоит на месте, оно будет стоять, пока его кто-то или что-то не толкнёт.
- Если что-то движется, оно будет двигаться с той же скоростью и в том же направлении, пока на него не подействует какая-то сила.
Первый закон в повседневной жизни
- Ленивый диванный философ, который лежит на диване и смотрит сериалы. Он находится в состоянии покоя (лежит) и будет продолжать лежать, пока не подействует внешняя сила - например, мама не позовет его ужинать или сосед не начнет сверлить стену.
- В космосе, где нет сопротивления воздуха, космонавт может лететь с постоянной скоростью в одном направлении, пока не включит двигатели своего корабля или не столкнется с астероидом (что, конечно, нежелательно).
- Офисный работник, который сидит за компьютером и работает. Он находится в состоянии покоя, пока начальник не попросит его сделать отчет или коллега не пригласит на кофе-брейк.
- Шар на столе. Если шар лежит на столе и никто его не трогает, он останется на месте. Но если его толкнуть, он начнёт катиться.
- Автомобиль на дороге. Если автомобиль едет по ровной дороге с постоянной скоростью, он будет продолжать двигаться так же, пока водитель не нажмёт на газ или тормоз, или пока не появится препятствие.
Эти примеры показывают, как первый закон Ньютона работает в повседневной жизни. Тела (или люди) остаются в своем состоянии, пока на них не подействует внешняя сила.
Первый закон Ньютона не имеет математической формулы, как второй или третий законы. Это качественное утверждение, которое описывает поведение тел в отсутствие внешних сил. Однако его можно выразить словами или символически:
Если на тело не действуют внешние силы или действующие силы уравновешены, то:
∑F=0 ⟹ a=0
где:
∑F - сумма всех внешних сил, действующих на тело.
a - ускорение тела.
Это означает, что если сумма всех внешних сил, действующих на тело, равна нулю, то ускорение тела также равно нулю, и оно будет либо оставаться в покое, либо двигаться равномерно и прямолинейно.
Таким образом, первый закон Ньютона объясняет, почему вещи остаются в покое или движутся равномерно, пока на них не действуют внешние силы.
Второй закон Ньютона
В инерциальной системе отсчёта ускорение, которое получает материальная точка с постоянной массой, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе.
Простыми словами
Проще говоря, если на тело действует сила, оно будет ускоряться в направлении этой силы, и чем больше масса тела, тем меньше будет его ускорение. Второй закон Ньютона объясняет, как сила влияет на движение тела. Если на тело действует сила, оно начнет двигаться быстрее или изменит направление движения. Еще проще:
Чем больше сила, тем быстрее изменяется движение. Чем больше масса тела, тем медленнее оно реагирует на силу.
Это значит:
1. Если толкнуть легкий мячик, он быстро полетит вперед.
2. Если толкнуть тяжелый шкаф, он сдвинется медленнее или вообще не сдвинется, если сила мала.
Второй закон в повседневной жизни
- Автомобиль на дороге. Если водитель нажимает на педаль газа, автомобиль ускоряется. Чем сильнее нажимает, тем быстрее ускоряется автомобиль. Если автомобиль тяжелый (например, грузовик), он будет ускоряться медленнее, чем легковой автомобиль при той же силе.
- Футбольный мяч. Если игрок бьет по мячу, мяч летит вперед. Чем сильнее удар, тем быстрее летит мяч. Если мяч тяжелый (например, медицинбол), он полетит медленнее при том же ударе.
- Подъем тяжестей в спортзале. Если человек поднимает гантели, он прикладывает силу, чтобы преодолеть их массу. Чем тяжелее гантели, тем больше усилий нужно приложить, чтобы поднять их с той же скоростью.
- Ребенок на качелях. Если взрослый толкает ребенка на качелях, ребенок начинает раскачиваться. Чем сильнее толчок, тем выше и быстрее раскачивается ребенок. Если на качелях сидит взрослый, его будет труднее раскачать с той же силой.
- Самолет в полете. Двигатели самолета создают силу, которая ускоряет самолет. Чем мощнее двигатели, тем быстрее самолет набирает скорость. Чем тяжелее самолет, тем медленнее он ускоряется при той же мощности двигателей.
Математическая формула
В отличие от первого закона, второй закон Ньютона имеет математическую формулу:
a = F / m
где:
F - сила, действующая на тело,
m - масса тела,
a - ускорение тела.
Эта формула показывает, что ускорение тела (a) равно силе (F), действующей на него, деленной на его массу (m).
Эти примеры и формула помогают понять, как второй закон Ньютона работает в повседневной жизни. Сила и масса определяют, как быстро и в каком направлении будет двигаться тело.
Третий закон Ньютона
Материальные точки взаимодействуют друг с другом силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, равными по модулю и противоположными по направлению
Простыми словами
Третий закон Ньютона гласит, что на каждое действие есть равное и противоположное противодействие. Это означает, что если одно тело действует на другое с некоторой силой, то второе тело действует на первое с силой той же величины, но направленной в противоположную сторону. Третий закон Ньютона объясняет, что силы всегда действуют парами. Еще проще:
Если вы толкаете что-то, это что-то толкает вас обратно с той же силой.
Это как игра в перетягивание каната: если одна команда тянет канат на себя, другая команда тянет его в противоположную сторону с той же силой.
Это значит:
1. Если вы толкаете стену, стена толкает вас обратно с той же силой.
2. Если вы бьете по мячу, мяч давит на вашу ногу с той же силой.
Третий закон в повседневной жизни
- Ходьба. Когда вы идете, ваши ноги толкают землю назад, а земля толкает вас вперед. Это позволяет вам двигаться. Чем сильнее вы толкаетесь ногами, тем быстрее идете.
- Прыжок. Когда вы прыгаете, вы толкаетесь ногами от земли. Земля толкает вас обратно, и вы поднимаетесь в воздух. Чем сильнее толчок, тем выше прыжок.
- Взлет ракеты. Ракета выбрасывает горячие газы из сопла. Эти газы толкают ракету вперед с той же силой, с которой ракета выбрасывает их назад. Чем мощнее выброс газов, тем быстрее ракета ускоряется.
- Стрельба из ружья. Когда выстреливают из ружья, порох взрывается и выталкивает пулю вперед. В то же время ружье отдает назад с той же силой. Это называется отдачей.
- Плавание. Когда вы плаваете, ваши руки и ноги толкают воду назад, а вода толкает вас вперед. Чем сильнее вы толкаете воду, тем быстрее плывете.
Примеры в действии
- Автомобиль и дорога. Когда колеса автомобиля вращаются, они толкают дорогу назад, а дорога толкает автомобиль вперед. Это позволяет автомобилю двигаться.
- Велосипед. Когда вы крутите педали, цепь передает усилие на заднее колесо, которое толкает землю назад, а земля толкает велосипед вперед.
- Птица в полете. Когда птица машет крыльями, она толкает воздух вниз, а воздух толкает птицу вверх. Это позволяет птице летать.
Математическая формула
Формула третьего закона Ньютона выражается следующим образом:
F AB=−F BA
где:
F AB - сила, с которой тело A действует на тело B,
F BA - сила, с которой тело B действует на тело A.
Эти силы равны по величине и противоположны по направлению.
Таким образом, третий закон объясняет, почему мы можем двигаться, прыгать, плавать и летать. Силы всегда действуют парами, и каждое действие вызывает равное и противоположное противодействие.
Вывод
Законы Ньютона - это как правила игры в нашей повседневной жизни!
Первый закон говорит, что всё остаётся на месте или движется равномерно, пока не появится внешняя сила - будь то мама, зовущая ужинать, или сосед со своим сверлом.
Второй закон объясняет, что чем больше сила, тем быстрее мы движемся, а чем тяжелее объект, тем медленнее он реагирует - как автомобиль, который ускоряется при нажатии на газ.
Третий закон напоминает нам, что на каждое действие есть противодействие - когда мы толкаем стену, она толкает нас обратно!
Так что, помните - Ньютон всегда рядом, объясняя, почему всё работает именно так.