Три закона Ньютона - ВВЕДЕНИЕ. ФИЗИКА В ПОЗНАНИИ ВЕЩЕСТВА, ПОЛЯ, ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ

Цель: сформулировать три закона Ньютона.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания. Повторение

1. Что изучает динамика?

2. Какое движение называется движением по инерции?

3. Какую систему отсчета называют инерциальной?

4. Почему равномерное прямолинейное движение и состояние покоя физически эквивалентны и взаимозаменяемы лишь в инерциальных системах отсчета?

5. Получите преобразования Галилея и закон сложения скоростей.

6. Сформулируйте принцип относительности Галилея. Разъясните его смысл.

II. Изучение нового материала

Действия тел друг на друга, создающие ускорение, называются силами. Все силы можно разделить на два основных типа: силы, действующие при непосредственном соприкосновении, и силы, которые действуют независимо от того, соприкасаются тела или нет, т. е. на расстоянии.

Эксперимент 1

Возьмем в руки кусок мела, разожмем пальцы, и мел упадет. (Земля притягивает, действует на расстоянии.)

Эксперимент 2

Наэлектризованную палочку поднесем к висячей гильзе. Гильза притянется. (Взаимодействие на расстоянии.)

Эксперимент 3

Катнем мяч. (Непосредственное взаимодействие.)

Эксперимент 4

Демонстрация сегнетова колеса. (Взаимодействие.)

Наблюдая ускорение, полученное каким-либо телом под действием различных сил, видели, что ускорения могут оказаться различными как по модулю, так и по направлению. Сила векторная величина. Силу измеряют динамометром. Силы, действующие при непосредственном соприкосновении, действуют по всей соприкасающейся поверхности тел. Молоток, ударяющий по шляпке гвоздя, действует на всю шляпку. Но если площадь мала, то считают, тело действует на одну точку. Эта точка называется точкой приложения.

Если же на тело действует несколько сил, то их действие на тело можно заменить одной заменяющую силу называют суммой или равнодействующей.

I закон Ньютона

Материальная тонка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны упругих тел не заставит ее (его) изменить это состояние.

Тело движется прямолинейно и равномерно, так как все действующие на него силы скомпенсированы. (Равнодействующая равна нулю.)

Во Вселенной практически невозможно найти тело, не испытывающее внешнего воздействия.

I закон - закон инерции. Непосредственно подтвердить экспериментально его невозможно, он аксиоматичен. Однако можно объяснить ряд опытов, что является косвенным подтверждением справедливости этого закона.

Эксперимент 5

Монета, лежащая на плексигласе, закрывающем бутылку, при резком щелчке по плексигласу в горизонтальной плоскости монета упадет в бутылку. (Монета сохраняет состояние покоя по инерции.)

Следствие I закона Ньютона состоит в том, что тело может двигаться как при наличии, так и при отсутствии внешнего воздействия.

Эксперимент 6

Подвижная тележка прикреплена при помощи пружинного динамометра к перекинутой через нити с грузом на конце. Груз растягивает пружину, сообщающую своей силой упругости ускорение тележке. Чем больше подвешиваем груз, тем сильнее растянута пружина и тем больше ускорение тележки.

Опыт показывает, что направление ускорения совпадает с направлением силы, вызвавшей ускорение:

II закон Ньютона

Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на создаваемое этой силой ускорение, причем направления силы и ускорения совпадают:

Закон можно выразить в другой форме. Ускорение, сообщаемое телу, прямо пропорционально действующей на тело силе, обратно пропорционально массе тела и направлено так же, как и сила.

Особенности II закона Ньютона:

1. Верен для любых сил.

2. Сила - причина, определяет ускорение.

3. Вектор а сонаправлен с вектором F.

4. Если действуют на тело несколько сил, то берется равнодействующая.

5. Если равнодействующая равна нулю, то ускорение равно нулю. (Первый закон Ньютона)

6. Можно применять только по отношению к телам, скорость которых мала по сравнению со скоростью света.

III закон Ньютона

Эксперимент 7

Возьмем два динамометра, и зацепим друг за друга их крючки, и, взявшись за кольца, будем растягивать их, следя за показаниями обоих динамометров.

Что увидим? Показания будут совпадать. Сила, с которой первый действует на второй, равна силе, с которой второй действует на первый.

Эксперимент 8

Укрепим на одной тележке магнит, на другой - кусок железа и прикрепим к тележкам динамометры. Тележки могут оставаться на разном расстоянии друг от друга, сила взаимодействия между магнитом и куском железа будет больше или меньше в зависимости от расстояния. Но во всех случаях окажется, что динамометры дадут одинаковые показания.

Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю, противоположны по направлению и действуют вдоль прямой, соединяющей эти тела.

(III закон Ньютона.)

Особенности III закона Ньютона:

1. Силы возникают только парами.

2. Всегда при взаимодействии.

3. Только силы одной природы.

4. Не уравновешивают.

5. Верен для всех сил в природе.

III. Закрепление изученного

1. Сформулируйте I закон Ньютона.

2. В чем состоит явление инерции?

3. Как движется тело, к которому приложена сила, постоянная по модулю и по направлению?

4. Как направлено ускорение тела, вызванное действующей на него силой.

5. Верно ли утверждение - силы есть, а ускорения нет.

6. Если на тело действует несколько сил, как определяется равнодействующая сил?

7. Запишите III закон Ньютона.

8. Как направлены ускорения взаимодействия между собой тел?

9. Выполняется ли III закон Ньютона при взаимодействии на расстоянии или только путем непосредственного контакта.

10. Запишите II закон Ньютона.

Домашняя работа

П. 24-28.

Дополнительный материал

Исаак Ньютон (1643-1727)

Исаак Ньютон родился в местечке Вульсторп около города Грантема, расположенного в центре Британии, в семье небогатого фермера. Уже в детстве Исаак любил строить сложные механические игрушки, модели различных машин, солнечные и водяные часы, воздушные змеи, разноцветные бумажные фонарики. Эти занятия способствовали тому, что в нем развивалась фантазия экспериментатора.

Дом в Вулсторне, где родился и вырос И. Ньютон, сохранился до наших дней. Маленького Исаака воспитывала бабушка. Здесь он научился читать, писать и считать. В 12 лет его отправили учиться в город Грантем в королевскую школу.

Во время учебы Исаак мастерил сложные механические модели различных машин. До наших дней на одном из зданий Грантема сохранились сделанные им солнечные часы. Также он любил запускать воздушных змеев. Ночью он привязывал к ним фонари, а случайным зрителям утверждал, что это летают кометы.

Своим первым физически опытом Ньютон считал измерение силы ветра во время бури в 1658 г. Опыт проводился так: сначала Исаак прыгал по направлению ветра, а потом - против. Измерив длины прыжков, он вычислил силу ветра. Ньютон вошел в историю как гениальный математик и физик.

Основную часть своих открытий Ньютон совершил в течение двух лет по окончании Кембриджского университета.

В то время в Англии свирепствовала эпидемия страшной болезни - чумы, от которой умирало тысячи людей. Чтобы избежать заражения, Ньютон уехал в родной Вулсторп, где погрузился в научную работу. Например, он открыл закон взаимного притяжения тел (гравитации). В соответствии с этим законом небесные тела вращаются вокруг Солнца, и опираясь на этот закон, можно рассчитать их путь.

Рассказывают, что идея закона всемирного тяготения пришла к Ньютону в тот момент, когда, сидя в саду, он наблюдал падение яблока на землю. Первая идея, что Земля притягивает яблоко, сама по себе замечательна, но Ньютон догадался, что и яблоко также притягивает Землю, но с силой во столько раз меньшей, во сколько раз масса яблока меньше массы Земли. Здесь же, в Вулсторпе, Ньютон понял, почему белый свет, преломившись в стеклянной призме, распадается на много цветных лучей, а, преломившись в дождевых каплях, образует радугу.

Всю свою дальнейшую жизнь Ньютон приводил в порядок и публиковал открытия, сделанные им с 1665 по 1667 г. в Вулсторпе. Много лет он преподавал в Кембриджском университете, став там профессором. Много лет Ньютон являлся членом парламента, хотя ни разу там не выступил.

Последние 25 лет жизни Ньютон был президентом Лондонского Королевского общества - английской академии наук, где сделал очень много для развития науки.

В честь Ньютона названа единица силы, сообщающей телу массой 1 кг ускорение 1 м/с² в направлении действия силы.