قانون اول نیوتن(یا قانون اینرسی ) از کل انواع سیستم های مرجع، کلاسی از به اصطلاح را متمایز می کندسیستم های اینرسی.

اجازه دهید رفتار اجسام مختلف را نسبت به زمین مشاهده کنیم و یک سیستم مرجع ثابت مرتبط با سطح زمین را انتخاب کنیم. ما آن را پیدا خواهیم کردسرعت هر جسمی فقط تحت تأثیر اجسام دیگر تغییر می کند.مثلاً اجازه دهید بدن روی یک گاری ثابت بایستد. گاری را فشار می دهیم و بدن در برابر حرکت خم می شود. برعکس، اگر ناگهان یک گاری متحرک با بدنه را متوقف کنید، در جهت حرکت واژگون می شود.

بدیهی است که اگر اصطکاک بین گاری و بدنه وجود نداشت، بدنه واژگون نمی شد. در حالت اول، این اتفاق می افتد: از آنجایی که سرعت بدنه ایستاده صفر است و سرعت گاری شروع به افزایش می کند، گاری از زیر بدنه ثابت به جلو می لغزد. در حالت دوم، هنگامی که گاری در حال ترمز بود، بدنی که روی آن ایستاده بود، سرعت حرکت خود را حفظ می کرد و از گاری متوقف شده به جلو می لغزد.

مثالی دیگر. یک توپ فلزی از همان ارتفاع h از یک لوله شیبدار روی یک صفحه افقی می غلتد، بنابراین سرعت آن در نقطه ای که حرکت افقی را شروع می کند همیشه یکسان است. اجازه دهید ابتدا سطح افقی را با ماسه پاشیده شود. توپ مسافت کوتاهی را طی می کند و می ایستد. بیایید سطح شنی را با یک تخته صاف جایگزین کنیم. توپ قبل از توقف مسافت قابل توجهی s 2 را طی خواهد کرد. بیایید تخته را با یخ جایگزین کنیم. توپ برای مدت طولانی غلت می زند و قبل از توقف مسافت s 3 >> s 2 را طی می کند. این دنباله آزمایش ها نشان می دهد که اگر تأثیر را کاهش دهیم محیطدر یک جسم متحرک، حرکت افقی آن نسبت به زمین به طور نامحدود یکنواخت و مستطیل می شود. (زمانی که جسمی در امتداد یک سطح افقی حرکت می کند، جاذبه این جسم توسط زمین با خاصیت ارتجاعی تکیه گاه - تخته، یخ و غیره جبران می شود).

این واقعیت که بدن تمایل دارد نه هر حرکتی، بلکه حرکتی مستقیم را حفظ کند، برای مثال با تجربه زیر اثبات می شود. توپی که به صورت مستقیم در امتداد یک سطح افقی صاف حرکت می کند و با مانعی که شکل منحنی دارد برخورد می کند، تحت تأثیر این مانع مجبور به حرکت در یک قوس می شود. با این حال، زمانی که توپ به لبه مانع می رسد، حرکت منحنی را متوقف می کند و دوباره در یک خط مستقیم حرکت می کند. با جمع بندی نتایج مشاهدات ذکر شده (و مشابه) می توان نتیجه گرفت که اگر اجسام دیگر به جسم معینی وارد عمل نشوند یا اعمال آنها متقابلاً جبران شود، این جسم در حالت سکون است یا سرعت حرکت آن نسبت به چارچوب مرجع که به طور ثابت با سطح زمین مرتبط است، بدون تغییر باقی می ماند.

پدیده ای که جسمی حالت سکون یا حرکت یکنواخت مستقیم را در غیاب یا جبران تأثیرات خارجی بر این جسم حفظ می کند، نامیده می شود. اینرسی.

چنین سیستم‌های مرجعی وجود دارند که اجسام متحرک جدا شده سرعت خود را بدون تغییر در اندازه و جهت حفظ می‌کنند.

همانطور که قبلاً گفتیم به خاصیت اجسام برای حفظ سرعت خود در صورت عدم عملکرد سایر اجسام بر روی آن گفته می شود. اینرسی. به همین دلیل قانون اول نیوتن نامیده می شود قانون اینرسی.

فرمول قانون اول را می توان به شکل زیر ارائه داد: سرعت هر جسمی ثابت می ماند (به ویژه برابر با صفر) تا زمانی که ضربه اجسام دیگر به این جسم باعث تغییر آن شود.

ماهیت قانون اول نیوتن را می توان به سه اصل تقلیل داد:

1. همه اجسام دارای خواص اینرسی هستند.
2. سیستم های مرجع اینرسی وجود دارد که در آنها قانون اول نیوتن برآورده می شود.
3. حرکت نسبی است اگر بدن آنسبت به بدن مرجع حرکت می کند که دربا سرعت v، سپس بدن که دربه نوبه خود نسبت به بدن حرکت می کند آبا همان سرعت، اما در جهت مخالف υ = – υ».

قانون اینرسی اولین بار توسط G. Galileo (1632) تدوین شد. نیوتن نتیجه گیری های گالیله را تعمیم داد و آنها را جزو قوانین اساسی حرکت قرار داد.

در مکانیک نیوتنی، قوانین برهمکنش اجسام برای دسته ای از سیستم های مرجع اینرسی فرموله شده است.

هنگام توصیف حرکت اجسام نزدیک به سطح زمین، سیستم های مرجع مرتبط با زمین را می توان تقریباً اینرسی در نظر گرفت. با این حال، با افزایش دقت آزمایش‌ها، انحراف از قانون اینرسی ناشی از چرخش زمین به دور محور خود کشف می‌شود.

نمونه ای از یک آزمایش ظریف مکانیکی که در آن غیر اینرسی بودن یک سیستم مرتبط با زمین آشکار می شود، رفتار آونگ فوکو است. این نام یک توپ عظیم است که به اندازه کافی آویزان شده است نخ بلندو ایجاد نوسانات کوچک در اطراف موقعیت تعادل. اگر سیستم مرتبط با زمین اینرسی بود، صفحه نوسان آونگ فوکو نسبت به زمین بدون تغییر باقی می ماند. در واقع صفحه نوسان آونگ در اثر چرخش زمین می چرخد ​​و برآمدگی مسیر آونگ بر روی سطح زمین به شکل روزت است.

جزئیات بیشتر در مورد آونگ معروف فوکو در این ویدیو:

به عنوان نمونه ای از اجرای قانون اول نیوتن می توان حرکت یک چترباز را در نظر گرفت. هنگامی که نیروی گرانش توسط نیروی کششی خطوط چتر نجات جبران شود، به طور یکنواخت به زمین نزدیک می شود، که به نوبه خود ناشی از مقاومت هوا است.

مشاهدات نشان می دهد که با درجه دقت بسیار بالایی می توان آن را یک چارچوب مرجع اینرسی در نظر گرفتسیستم هلیوسنتریک، که در آن مبدا مختصات به خورشید متصل است و محورها به سمت ستاره های "ثابت" خاصی هدایت می شوند. سیستم های مرجع که به طور صلب به سطح زمین متصل هستند، به طور دقیق، اینرسی نیستند، زیرا زمین در مداری به دور خورشید حرکت می کند و در همان زمان حول محور خود می چرخد. با این حال، هنگام توصیف حرکاتی که مقیاس جهانی (یعنی در سراسر جهان) ندارند، سیستم های مرجع مرتبط با زمین را می توان با دقت کافی اینرسی در نظر گرفت. سیستم های مرجعی که به طور یکنواخت و مستقیم نسبت به برخی از سیستم های مرجع اینرسی حرکت می کنند نیز اینرسی هستند (به زیر مراجعه کنید). گالیله متوجه شدهیچ آزمایش مکانیکی انجام شده در داخل یک سیستم مرجع اینرسی نمی تواند مشخص کند که آیا این سیستم در حالت سکون است یا به طور یکنواخت و مستقیم حرکت می کند.این بیانیه نامیده می شوداصل نسبیت گالیله یا اصل مکانیکی نسبیت. این اصل متعاقباً توسط A. Einstein توسعه یافت و یکی از فرضیه های نظریه نسبیت خاص است.

چارچوب های مرجع اینرسی نقش بسیار مهمی در فیزیک بازی می کنند، زیرا، با توجه به اصل نسبیت انیشتین , بیان ریاضی هر قانون فیزیک در هر چارچوب مرجع اینرسی یکسان است.در ادامه فقط از سیستم های اینرسی (بدون ذکر هر بار) استفاده خواهیم کرد.

چارچوب های مرجعی که قانون اول نیوتن در آنها برقرار نیست، نامیده می شوند غیر اینرسی. چنین سیستم هایی شامل هر سیستم مرجعی است که با شتاب نسبت به یک سیستم مرجع اینرسی حرکت می کند.

می دانیم که یک جسم می تواند به طور یکنواخت و در یک خط مستقیم حرکت کند. در این صورت سرعت آن ثابت است و از نظر قدر و جهت تغییر نمی کند. اگر سرعت جسم قدر یا قدر و جهت تغییر کند، آنگاه جسم با شتاب معین a → حرکت می کند.

از نقطه نظر سینماتیک، ما علاقه ای به این نداریم که چرا یک جسم به یک شکل حرکت می کند. برعکس، دینامیک در فیزیک، برهم کنش اجسام را عامل تعیین کننده ماهیت حرکت می داند.

پویایی شناسی

تعامل اجسام ماهیت حرکت را تعیین می کند.

دینامیک شاخه ای از مکانیک است که در آن قوانین برهمکنش اجسام مطالعه می شود.

قوانین دینامیک توسط اسحاق نیوتن فرموله شد و در سال 1687 منتشر شد. سه قانون نیوتن اساس مکانیک کلاسیک را تشکیل می دهد که برای چندین قرن (تا قرن بیستم) به عنوان پارادایم اصلی علمی تسلط داشت.

مکانیک کلاسیک برای اجسامی که با سرعت های پایین حرکت می کنند (سرعت هایی که به طور قابل توجهی کمتر از سرعت نور هستند) معتبر است. به طور کلی، قوانین نیوتن از طریق مشاهدات تجربی و تعمیم حقایق تجربی به دست آمده است.

بیایید یک بدن منزوی را تصور کنیم که تحت تأثیر هیچ بدن دیگری قرار نگیرد. این ساده ترین سیستم مکانیکی است. برای توصیف حرکت یک جسم، به یک سیستم مرجع نیاز است.

به یاد بیاوریم که یک سیستم مرجع یک بدن مرجع و سیستم های مختصات و ساعت های مرتبط (مرجع زمانی) است. علاوه بر این، در سیستم های مرجع مختلف، حرکت بدن متفاوت خواهد بود.

اجازه دهید قانون اول نیوتن را فرموله کنیم. او در مورد وجود چارچوب های مرجع اینرسی به اصطلاح (IRS) صحبت می کند و قانون اینرسی نیز نامیده می شود. از قانون اول نیوتن تعاریف مختلفی وجود دارد.

قانون اول نیوتن

سیستم های مرجعی به نام اینرسی وجود دارد. در چنین سیستم های مرجع، اجسام به طور یکنواخت و مستقیم حرکت می کنند یا اگر اجسام دیگر بر روی آنها عمل نکنند یا عمل آنها جبران شود، در حالت سکون هستند.

اینرسی ویژگی اجسام برای حفظ سرعت خود در غیاب تأثیرات اجسام دیگر است. به همین دلیل است که نام دوم قانون اول نیوتن، قانون اینرسی است.

اولین فرمول قانون اینرسی توسط گالیله گالیله در سال 1632 به دست آمد. نیوتن فقط نتایج خود را تعمیم داد.

مهم!

در مکانیک کلاسیک، قوانین حرکت برای چارچوب های مرجع اینرسی فرموله می شوند.

هنگام توصیف حرکت اجسام نزدیک به سطح زمین، سیستم های مرجع مرتبط با زمین را می توان تقریباً اینرسی در نظر گرفت. انحراف از قانون اینرسی با افزایش دقت آزمایش ها کشف می شود و در اثر چرخش زمین به دور محور خود ایجاد می شود.

اجازه دهید مثالی بیاوریم که غیر اینرسی بودن سیستم مرجع مرتبط با زمین را نشان می دهد. نوسانات آونگ فوکو را در نظر بگیرید. این یک توپ عظیم است که بر روی یک نخ بلند آویزان شده و نوسانات کوچکی نسبت به موقعیت تعادل خود ایجاد می کند.

صفحه نوسان آونگ فوکو نسبت به زمین به دلیل چرخش زمین بدون تغییر باقی نمی ماند. برآمدگی مسیر آونگ بر روی سطح زمین به شکل یک روزت است. اگر سیستم اینرسی بود، صفحه نوسان آونگ نسبت به زمین بدون تغییر باقی می ماند.

سیستم دیگری که تقریباً می توان آن را اینرسی در نظر گرفت، سیستم مرجع heliocentric است. مبدأ مختصات در آن در مرکز خورشید قرار دارد و محورها به سمت ستاره های دور هدایت می شوند. این سیستم مرجع، سیستم کوپرنیک نیز نامیده می شود. این دقیقاً همان چیزی بود که نیوتن از قانون گرانش جهانی استفاده کرد (1682).

چارچوب مرجع مرتبط با قطاری که با سرعت ثابت در امتداد ریل های مستقیم حرکت می کند نیز می تواند اینرسی در نظر گرفته شود. همه چارچوب‌های مرجع اینرسی دسته‌ای از سیستم‌ها را تشکیل می‌دهند که نسبت به یکدیگر به طور یکنواخت و مستقیم حرکت می‌کنند.

چه چیزی باعث تغییر سرعت جسم در چارچوب مرجع اینرسی می شود؟ طبق قانون اول نیوتن، این تعامل با اجسام دیگر است. برای توصیف کمی حرکت یک جسم و برهمکنش آن با اجسام دیگر، لازم است مفاهیم جرم و نیرو معرفی شود.

جرم یک کمیت فیزیکی است، اندازه گیری اینرسی یک جسم. هر چه جرم بیشتر باشد، اینرسی بیشتر است.

واحد جرم در سیستم بین المللی SI - کیلوگرم (کیلوگرم).

جرم در فیزیک یک کمیت اسکالر و افزایشی است.

این بدان معنی است که اگر جسمی از چند قسمت با جرم های m 1, m 2, m 3, . . ، t n ، سپس جرم کل آن برابر با مجموع جرم ها خواهد بود اجزاء: m = m 1 + m 2 + m 3 + . . + t n .

احتمالاً متوجه شده اید که بدن های مختلف سرعت خود را به طور متفاوتی تغییر می دهند. متوقف کردن یک کامیون سنگین بسیار دشوارتر از یک ماشین اسباب بازی است، زیرا جرم و در نتیجه اینرسی بیشتر است.

در نتیجه تعامل دو جسم، سرعت آنها تغییر می کند. این بدان معنی است که در فرآیند تعامل، اجسام شتاب می گیرند. تحت هر تأثیری، نسبت شتاب های دو جسم ثابت می ماند. در عین حال، جرم اجسام با شتاب هایی که به دست می آورند نسبت معکوس دارند.

m 1 m 2 = - a 2 a 1

در اینجا 1 و 2 پیش بینی بردارهای شتاب a 1 → و a 2 → بر روی محور OX هستند. علامت منفی به این معنی است که شتاب اجسام در جهت مخالف است.

راه های اندازه گیری وزن بدن چیست؟ ساده ترین و واضح ترین آن مقایسه توده بدن با جرم استاندارد است. در سیستم SI، همانطور که قبلا ذکر شد، m e t = 1 کیلو گرم است.

نیرو یک کمیت فیزیکی برداری است، یک معیار کمی برای برهمکنش اجسام.

در سیستم SI، نیرو بر حسب نیوتن (N) اندازه گیری می شود.

نیرویی است که باعث تغییر در حرکت بدن می شود. چندین نیرو که ماهیت فیزیکی متفاوتی دارند می توانند بر روی یک جسم اثر بگذارند. به عنوان مثال، گرانش، نیروی اصطکاک لغزشی و نیروی اصطکاک غلتشی، نیروی الاستیک و غیره.

نیروی حاصل جمع برداری تمام نیروهای وارد بر جسم است.

چگونه قدرت را اندازه گیری کنیم؟ باید یک استاندارد نیرو ایجاد کرد و راهی برای مقایسه سایر نیروها با این استاندارد پیدا کرد.

به عنوان یک استاندارد، می توانید برای مثال از نیرویی استفاده کنید که یک فنر به یک مقدار معین کشیده شده است، روی جسم متصل به آن تأثیر می گذارد. روش مقایسه نیروها بسیار ساده است: اگر تحت تأثیر دو نیرو (اندازه گیری شده F → و مرجع F → 0) جسم به طور یکنواخت حرکت کند یا در حالت سکون باشد، این نیروها از نظر قدر برابر هستند.

اگر نیروی اندازه گیری شده بیشتر از نیروی مرجع باشد، می توان فنر مرجع دیگری اضافه کرد. با توجه به شرایط ذکر شده در بالا، می توان گفت که در این مورد

برای مقایسه نیروهای کمتر از 2 F 0 می توانید از نمودار زیر استفاده کنید.

استاندارد نیرو (واحد اندازه گیری)

استاندارد نیرو در سیستم بین المللی SI 1 نیوتن است. این نیرویی است که به جسمی با وزن 1 کیلوگرم شتاب 1 متر بر ثانیه وارد می کند.

وسیله ای برای اندازه گیری نیرو، دینامومتر است. در اصل فنری است که به روش خاصی مدرج شده است. هنگامی که فنر کشیده می شود، نیروی اعمال شده در مقیاس دینامومتر نشان داده می شود.

در صورت مشاهده خطایی در متن، لطفاً آن را برجسته کرده و Ctrl+Enter را فشار دهید

جهان پر از حرکت است: ستارگان و سیارات حرکت می کنند، و در سیاره ما نیز در همه جا شاهد حرکت هستیم - آب در رودخانه ها جریان دارد، باد ابرها را به حرکت در می آورد و درختان را تکان می دهد، اتومبیل ها در امتداد جاده ها حرکت می کنند، قطارها در امتداد ریل حرکت می کنند، هواپیماها به داخل پرواز می کنند. هوا. علم حرکت ذرات نامرئی برای چشم - مولکول ها، اتم ها را ثابت کرده است. حرکت ویژگی اصلی ماده است و از قوانین نیوتن پیروی می کند.

قانون اینرسی یا قانون اول نیوتن

حرکت مکانیکی با سرعت مشخص می شود. و در اینجا یک موقعیت اساسی دیگر وجود دارد که بیان می کند یک جسم متحرک به خودی خود نمی تواند سرعت خود را تغییر دهد. اگر هیچ جسم دیگری بر روی جسم متحرک عمل نکند، آنگاه جسم نه می تواند شتاب بگیرد، نه سرعت حرکت خود را تغییر دهد و نه جهت حرکت خود را تغییر دهد. فقط تأثیر اجسام خارجی می تواند این سرعت را تغییر دهد.

خاصیت اجسام برای حفظ مدول و جهت سرعت خود را اینرسی می گویند

گالیله اولین کسی بود که پدیده اینرسی را توضیح داد. نیوتن "قانون اینرسی" را فرموله کرد. فرمول آن به این صورت است: هر جسمی حالت سکون یا حرکت یکنواخت و مستقیم را حفظ می کند تا زمانی که اعمال سایر اجسام این حالت را تغییر دهد.

برنج. 1. پرتره نیوتن.

هیچ جسمی به خودی خود حرکت نمی کند. یک میز ایستاده در یک اتاق هرگز به طور خودکار شروع به حرکت در اتاق نمی کند. یک جسم متحرک به تنهایی نمی تواند متوقف شود.

هنگامی که راننده تراموا به شدت ترمز می کند، مسافران داخل خودرو برخلاف میل خود به جلو خم می شوند و با اینرسی به حرکت خود ادامه می دهند.

قطار مترو در حال حرکت ناگهانی مسافران را مجبور به عقب نشینی یا خم شدن به عقب می کند. و در یک پیچ شدید در جاده، می توانید از سورتمه به داخل برف پرواز کنید.

نمونه های زیادی از اینرسی وجود دارد. اینرسی یک ویژگی جدایی ناپذیر ماده متحرک است.

اگر خاصیت اجسام که ما آن را اینرسی می نامیم فوراً از بین برود چه اتفاقی می تواند در جهان بیفتد. ماه به زمین می‌افتد و سیارات به سمت خورشید می‌افتند. حرکت بدن فقط تحت تأثیر نیرو انجام می شود و با ناپدید شدن دومی متوقف می شود. حتی بیشتر: ناپدید شدن اینرسی به معنای از بین رفتن خود حرکت است. بنابراین، اینرسی چیزی نیست جز بیان وحدت ماده و حرکت.

برنج. 2. منظومه شمسی.

هم در طبیعت و هم در فناوری هیچ بدنی وجود ندارد که تحت تأثیر سایر اجسام قرار نگیرد. به عنوان مثال، جسمی که روی یک میز قرار دارد توسط تکیه گاه و زمین بر روی آن اثر می گذارد. بدن در حال استراحت است زیرا اعمال تکیه گاه و زمین یکدیگر را متعادل می کنند. چترباز در حین فرود آمدن با چتر نجات یکنواخت و خطی (V=const) علیرغم اینکه تحت تاثیر زمین و هوا قرار دارد حرکت می کند. موشکی دور از ستارگان نیز به طور یکنواخت و مستقیم حرکت می کند، زیرا اجسام دیگر روی آن عمل نمی کنند.

حرکت برخی از اجسام تحت تأثیر اجسام دیگر از قوانین دینامیک پیروی می کند

گالیله، بر اساس مشاهدات متعدد، به این نتیجه رسید که اگر هیچ عملی وجود نداشته باشد یا تمام اعمال جبران شود (برآیند همه نیروها 0 است؛ R = 0)، آنگاه جسم در حالت استراحت است یا به طور یکنواخت و مستقیم حرکت می کند (V = const؛ a = 0).

اما حرکت یک جسم را باید نسبت به اجسام دیگر در نظر گرفت، در غیر این صورت تعیین موقعیت جسم در فضا غیرممکن خواهد بود. این بدان معنی است که با صحبت در مورد پدیده اینرسی، باید نسبت به آنچه بدن در حال استراحت است یا حرکت یکنواخت و مستقیم را نشان داد.

بنابراین قانون اول نیوتن که قانون اینرسی نامیده می شود نیز دارای تعریف زیر است:

سیستم های مرجعی وجود دارند که یک جسم متحرک سرعت خود را در صورت جبران عملکرد سایر اجسام روی آن ثابت نگه می دارد.

هیچ فرمولی برای قانون اول نیوتن وجود ندارد.

سیستم های مرجع اینرسی

چارچوب های مرجعی که در قانون اول نیوتن ذکر شده اند، چارچوب های مرجع اینرسی (IRS) نامیده می شوند.

کدام سیستم های مرجع را می توان به عنوان اینرسی طبقه بندی کرد؟

• آنهایی که در R=0; V=const
• آنهایی که نسبت به ISO به طور یکنواخت و مستقیم حرکت می کنند (مثلاً ستاره ها). در واقع، چنین وضعیتی وجود ندارد که در آن بدن توسط سایر ارگان ها عمل نشده باشد. با این حال، اگر عمل برخی از اجسام جبران شود، و عمل برخی دیگر بسیار کوچک باشد، در آن صورت عموماً پذیرفته شده است که به تقریبی معین، هیچ جسمی روی بدن عمل نمی کند.

برنج. 3. سیستم های مرجع اینرسی و غیر اینرسی.

خورشید و زمین سیستم های مرجع اینرسی نیستند. اما اثرات ناشی از غیر اینرسی بودن آنها ناچیز است. در برخی موارد می توان آنها را نادیده گرفت، اگرچه نه همیشه

قانون اول نیوتن در همه چارچوب های مرجع برآورده نمی شود، بلکه فقط در چارچوب های مرجع اینرسی است. در همه ISOها، در شرایط اولیه یکسان، پدیده های مکانیکی به یک شکل پیش می روند، یعنی از قوانین یکسانی تبعیت می کنند. این بیانیه اصل نسبیت گالیله نامیده می شود.

همه ISO ها برابر هستند:

هیچ آزمایش مکانیکی انجام شده در یک سیستم معین نمی تواند تعیین کند که آیا در حالت سکون است یا در حالت حرکت یکنواخت و خطی.

ما چه آموخته ایم؟

این مقاله به طور مختصر و واضح قانون اول نیوتن، چارچوب های مرجع اینرسی و رابطه آنها را توضیح می دهد. از این گذشته، همانطور که مشخص است، قانون اول نیوتن فقط برای چارچوب های مرجع اینرسی معتبر است.

در مورد موضوع تست کنید

ارزیابی گزارش

میانگین امتیاز: 4.2. مجموع امتیازهای دریافتی: 180.

در غیاب تأثیر نیروی خارجی، بدن به حرکت یکنواخت در یک خط مستقیم ادامه خواهد داد.

شتاب جسم متحرک با مجموع نیروهای وارده به آن متناسب و با جرم آن نسبت معکوس دارد.

هر عملی با واکنشی برابر است که قدرت و جهت مخالف دارد.

قوانین نیوتن، بسته به اینکه چگونه به آنها نگاه می کنید، نشان دهنده پایان آغاز یا آغاز پایان مکانیک کلاسیک هستند. در هر صورت، این یک نقطه عطف در تاریخ علم فیزیکی است - مجموعه ای درخشان از تمام دانش انباشته شده تا آن لحظه تاریخی در مورد حرکت اجسام فیزیکی در چارچوب نظریه فیزیکی، که امروزه معمولاً نامیده می شود. مکانیک کلاسیکمی توان گفت که قوانین حرکت نیوتن تاریخ فیزیک مدرن و به طور کلی علوم طبیعی را آغاز کرد.

با این حال، اسحاق نیوتن قوانینی را که به نام او نامگذاری شده بود از بین نبرد. آنها در واقع نقطه اوج یک فرآیند طولانی تاریخی در تدوین اصول مکانیک کلاسیک بودند. متفکران و ریاضیدانان - اجازه دهید فقط به گالیله اشاره کنیم ( سانتی متر.معادلات حرکت با شتاب یکنواخت) - برای قرن ها سعی کردند فرمول هایی برای توصیف قوانین حرکت اجسام مادی به دست آورند - و دائماً در مورد آنچه من شخصاً قراردادهای ناگفته می نامم ، یعنی هر دو ایده اساسی در مورد اصولی که جهان مادی بر اساس آن استوار است ، تصادف می کردند. که بسیار در آگاهی مردم جا افتاده و غیرقابل انکار به نظر می رسند. به عنوان مثال، حتی به فکر فیلسوفان باستان هم نبوده است که اجرام آسمانی می توانند در مدارهایی غیر از مدارهای دایره ای حرکت کنند. در بهترین حالت، این ایده مطرح شد که سیارات و ستارگان در مدارهای کروی متحدالمرکز (یعنی تودرتو در یکدیگر) به دور زمین می چرخند. چرا؟ بله، زیرا از زمان متفکران باستان یونان باستان، هرگز به ذهن کسی خطور نکرده بود که سیارات می توانند از کمال منحرف شوند، که تجسم آن یک دایره هندسی دقیق است. نبوغ یوهانس کپلر لازم بود تا صادقانه به این مشکل از زاویه ای متفاوت نگاه کند، داده های رصدی واقعی را تجزیه و تحلیل کند و کنار کشیدناز آنها، که در حقیقت سیارات در طول مسیرهای بیضی به دور خورشید می چرخند ( سانتی متر.قوانین کپلر).

قانون اول نیوتن

با توجه به چنین شکست جدی و تاریخی، قانون اول نیوتن به شیوه ای انقلابی بدون قید و شرط تدوین شده است. او ادعا می کند که اگر هر ذره یا جسم مادی به سادگی دست نخورده باقی بماند، به خودی خود در یک خط مستقیم با سرعت ثابت به حرکت خود ادامه می دهد. اگر جسمی به طور یکنواخت در یک خط مستقیم حرکت کند، در یک خط مستقیم با سرعت ثابت به حرکت خود ادامه می دهد. اگر بدن در حال استراحت باشد، تا زمانی که نیروهای خارجی به آن وارد شوند، در حالت سکون باقی می ماند. برای اینکه به سادگی جسم فیزیکی را از جای خود حرکت دهید، باید این کار را انجام دهید لزومااعمال نیروی خارجی بیایید یک هواپیما بگیریم: تا زمانی که موتورها روشن نشوند هرگز حرکت نمی کند. به نظر می رسد که مشاهده بدیهی است، با این حال، به محض اینکه ما خود را از حرکت مستقیم منحرف کنیم، دیگر چنین به نظر نمی رسد. هنگامی که جسمی به صورت اینرسی در امتداد یک مسیر چرخه ای بسته حرکت می کند، تجزیه و تحلیل آن از موقعیت قانون اول نیوتن تنها به فرد اجازه می دهد تا به طور دقیق ویژگی های آن را تعیین کند.

چیزی شبیه یک چکش دو و میدانی را تصور کنید - یک گلوله توپ در انتهای یک رشته که دور سر خود می‌چرخانید. در این مورد، هسته در یک خط مستقیم حرکت نمی کند، بلکه در یک دایره حرکت می کند - به این معنی که، طبق قانون اول نیوتن، چیزی آن را متوقف می کند. این "چیزی" نیروی مرکزگرا است که شما به هسته وارد می کنید و آن را می چرخانید. در واقعیت، شما می توانید آن را خودتان احساس کنید - دسته چکش دو و میدانی به طور قابل توجهی روی کف دست شما فشار می آورد. اگر دست خود را باز کنید و چکش را رها کنید، آن - در غیاب نیروهای خارجی - بلافاصله در یک خط مستقیم حرکت می کند. دقیق تر است که بگوییم چکش در شرایط ایده آل (مثلاً در فضای بیرونی) اینگونه رفتار می کند ، زیرا تحت تأثیر جاذبه گرانشی زمین فقط در حال حاضر به شدت در یک خط مستقیم پرواز می کند. زمانی که آن را رها کنید و در آینده مسیر پرواز بیشتر به سمت سطح زمین منحرف شود. اگر بخواهید چکش را رها کنید، معلوم می‌شود که چکش آزاد شده از مدار دایره‌ای، دقیقاً در امتداد یک خط مستقیم حرکت می‌کند که مماس (عمود بر شعاع دایره‌ای که در امتداد آن چرخیده است) با سرعت خطی برابر است. به سرعت انقلاب آن در "مدار".

حالا بیایید هسته یک چکش دو و میدانی را با یک سیاره، چکش را با خورشید، و رشته را با نیروی جاذبه گرانشی جایگزین کنیم: در اینجا شما مدل نیوتن از منظومه شمسی را دارید.

چنین تحلیلی از آنچه اتفاق می‌افتد هنگامی که یک جسم دیگر در مداری دایره‌ای می‌چرخد، در نگاه اول چیزی بدیهی به نظر می‌رسد، اما نباید فراموش کنیم که مجموعه‌ای از نتیجه‌گیری‌ها از بهترین نمایندگان تفکر علمی نسل قبل را در بر می‌گیرد. فقط به یاد داشته باشید گالیله گالیله). مشکل اینجاست که هنگام حرکت در یک مدار دایره ای ثابت، جسم آسمانی (و هر جسم دیگری) بسیار آرام به نظر می رسد و به نظر می رسد در حالت تعادل دینامیکی و سینماتیکی پایدار است. با این حال، اگر به آن نگاه کنید، فقط مدول(مقدار مطلق) سرعت خطی چنین جسمی، در حالی که آن جهتدائماً تحت تأثیر جاذبه گرانشی تغییر می کند. این بدان معنی است که جرم آسمانی در حال حرکت است به طور یکنواخت شتاب گرفته است. به هر حال، خود نیوتن شتاب را "تغییر در حرکت" نامید.

قانون اول نیوتن نیز نقش مهم دیگری را از دیدگاه نگرش دانشمند علوم طبیعی ما به ماهیت جهان مادی ایفا می کند. او به ما می گوید که هر تغییری در ماهیت حرکت یک جسم نشان دهنده وجود نیروهای خارجی است که بر آن اثر می کنند. به طور نسبی، اگر مشاهده کنیم که چگونه براده های آهن، به عنوان مثال، به بالا می پرند و به آهنربا می چسبند، یا زمانی که از خشک کن خارج می شوند. ماشین لباسشوییلباس‌های شسته شده، متوجه می‌شویم که چیزها به هم چسبیده و به یکدیگر خشک شده‌اند، می‌توانیم احساس آرامش و اطمینان کنیم: این تأثیرات نتیجه عمل نیروهای طبیعی است (در مثال‌های ارائه شده، اینها نیروهای جاذبه مغناطیسی و الکترواستاتیکی هستند، به ترتیب).

قانون دوم نیوتن

اگر قانون اول نیوتن به ما کمک کند تعیین کنیم آیا یک جسم تحت تأثیر نیروهای خارجی است یا خیر، قانون دوم توضیح می دهد که برای یک جسم فیزیکی تحت تأثیر آنها چه اتفاقی می افتد. این قانون می گوید هر چه مجموع نیروهای خارجی اعمال شده به بدن بیشتر باشد، بیشتر است شتاببدن به دست می آورد این بار. در عین حال، هر چه جسمی که به مقدار مساوی نیروهای خارجی به آن وارد می شود، جرم بیشتری داشته باشد، شتاب کمتری به دست می آورد. اون دو تا به طور شهودی، این دو واقعیت بدیهی به نظر می رسند، و در شکل ریاضی به صورت زیر نوشته می شوند:

اف = مادر

جایی که F-زور، m-وزن، آ -شتاب. این احتمالاً مفیدترین و پرکاربردترین معادلات فیزیک است. کافی است مقدار و جهت تمامی نیروهای وارد بر یک سیستم مکانیکی و جرم اجسام مادی که از آن تشکیل شده است را بدانیم و بتوان رفتار آن را در زمان با دقت کامل محاسبه کرد.

این قانون دوم نیوتن است که به تمام مکانیک کلاسیک جذابیت خاصی می بخشد - به نظر می رسد که کل جهان فیزیکی مانند دقیق ترین زمان سنج ساختار یافته است و هیچ چیز در آن از نگاه ناظر کنجکاو فرار نمی کند. مختصات مکانی و سرعت تمام نقاط مادی جهان را به من بگویید، انگار نیوتن به ما می گوید، جهت و شدت تمام نیروهایی را که در آن عمل می کنند به من بگویید و من هر یک از حالات آینده آن را برای شما پیش بینی می کنم. و این دیدگاه از ماهیت اشیا در جهان تا زمان ظهور مکانیک کوانتومی وجود داشت.

قانون سوم نیوتن

به خاطر این قانون است که نیوتن به احتمال زیاد نه تنها از دانشمندان علوم طبیعی، بلکه دانشمندان علوم انسانی و صرفاً عموم مردم، افتخار و احترام به دست آورد. آنها دوست دارند از او نقل قول کنند (چه در مورد تجارت و چه بدون تجارت)، و گسترده ترین تشابه ها را با آنچه که ما مجبور به مشاهده در زندگی روزمره خود هستیم ترسیم می کنند و تقریباً او را به گوش او می کشند تا بحث برانگیزترین مقررات را در طول بحث در مورد هر موضوعی اثبات کنند. از روابط بین فردی و ختم به روابط بین الملل و سیاست جهانی. با این حال، نیوتن معنای فیزیکی بسیار خاصی را در قانون سوم خود که بعداً نامگذاری شد، قرار داد و به سختی قصد داشت آن را به عنوان ابزاری دقیق برای توصیف ماهیت برهمکنش‌های نیرو، به هیچ عنوان در نظر داشته باشد. این قانون بیان می کند که اگر جسم A با نیروی معینی بر جسم B وارد شود، جسم B نیز با نیرویی برابر و در جهت مخالف بر جسم A نیز اثر می گذارد. به عبارت دیگر وقتی روی زمین می ایستید، نیرویی متناسب با جرم بدنتان به زمین وارد می کنید. طبق قانون سوم نیوتن، کف در همان زمان بر روی شما کاملاً با همان نیروی عمل می کند، اما نه به سمت پایین، بلکه به شدت به سمت بالا. آزمایش آزمایشی این قانون دشوار نیست: شما دائماً فشار زمین را روی کف پای خود احساس می کنید.

در اینجا مهم است که بفهمیم و به خاطر بسپاریم که نیوتن در مورد دو نیروی با طبیعت کاملاً متفاوت صحبت می کند و هر نیرو بر روی جسم "خود" عمل می کند. وقتی یک سیب از درخت می افتد، این زمین است که با نیروی جاذبه گرانشی خود روی سیب اثر می گذارد (در نتیجه سیب به طور یکنواخت به سمت سطح زمین می تازد) اما در عین حال سیب نیز زمین را با نیروی مساوی به سمت خود جذب می کند. و این واقعیت که به نظر ما می رسد که این سیب است که به زمین می افتد و نه برعکس، قبلاً نتیجه قانون دوم نیوتن است. جرم یک سیب در مقایسه با جرم زمین به طور غیرقابل مقایسه کم است، بنابراین شتاب آن است که برای چشم ناظر قابل توجه است. جرم زمین، در مقایسه با جرم یک سیب، بسیار زیاد است، بنابراین شتاب آن تقریبا نامحسوس است. (اگر یک سیب بیفتد، مرکز زمین با فاصله کمتر از شعاع هسته اتم به سمت بالا حرکت می کند.)

در مجموع، سه قانون نیوتن ابزار لازم را برای شروع یک مشاهده جامع از همه پدیده‌هایی که در جهان ما رخ می‌دهند به فیزیکدانان داد. و علیرغم همه پیشرفت های عظیم در علم که از زمان نیوتن رخ داده است، به طراحی ماشین جدیدیا ارسال کنید سفینه فضاییبرای مشتری، شما از همان سه قانون نیوتن استفاده خواهید کرد.

همچنین ببینید:

اسحاق نیوتن، 1642-1727

انگلیسی که بسیاری او را بزرگترین دانشمند تمام دوران می دانند. در خانواده ای از نجیب زادگان کوچک زمینی در مجاورت وولستورپ (لینکلنشایر، انگلستان) به دنیا آمد. من پدرم را زنده ندیدم (او سه ماه قبل از تولد پسرش درگذشت). مادرش پس از ازدواج مجدد، اسحاق دو ساله را تحت مراقبت مادربزرگش گذاشت. بسیاری از محققان بیوگرافی او رفتار عجیب و غریب عجیب و غریب یک دانشمند از قبل بالغ را به این واقعیت نسبت می دهند که تا سن نه سالگی، زمانی که ناپدری او درگذشت، پسر به طور کامل از مراقبت والدین محروم بود.

مدتی اسحاق جوان به مطالعه حکمت پرداخت کشاورزیدر یک مدرسه حرفه ای همانطور که اغلب در مورد بزرگان بعدی اتفاق می افتد، هنوز افسانه های زیادی در مورد عجیب و غریب بودن او در آن دوره اولیه زندگی او وجود دارد. بنابراین، به طور خاص می گویند که روزی او را به چراگاه فرستادند تا از گاوهایی که به سلامت به سمت نامعلومی پراکنده شده بودند، نگهبانی کند، در حالی که پسر زیر درختی نشسته بود و با شوق کتابی را می خواند که مورد علاقه او بود. خواه این درست باشد یا نه، عطش نوجوان برای دانش به زودی مورد توجه قرار گرفت - و او به ورزشگاه Grantham بازگردانده شد، پس از آن مرد جوان با موفقیت وارد کالج ترینیتی، دانشگاه کمبریج شد.

نیوتن به سرعت بر برنامه درسی تسلط یافت و به مطالعه آثار دانشمندان برجسته آن زمان، به ویژه پیروان فیلسوف فرانسوی رنه دکارت (رنه دکارت، 1596-1650)، که به دیدگاه مکانیکی از جهان پایبند بودند، پرداخت. در بهار سال 1665، او مدرک لیسانس خود را دریافت کرد - و سپس باورنکردنی ترین وقایع در تاریخ علم رخ داد. در همان سال، آخرین اپیدمی طاعون بوبونیک در انگلستان شیوع یافت، زنگ های تشییع جنازه به طور فزاینده ای به صدا درآمد و دانشگاه کمبریج تعطیل شد. نیوتن برای تقریباً دو سال به وولستورپ بازگشت و تنها چند کتاب و عقل قابل توجه خود را به همراه داشت.

زمانی که دانشگاه کمبریج دو سال بعد بازگشایی شد، نیوتن قبلاً (1) حساب دیفرانسیل را توسعه داده بود، شاخه ای جداگانه از ریاضیات، (2) پایه های تئوری رنگ های مدرن را تنظیم کرد، (3) قانون گرانش جهانی را استخراج کرد، و (4) چندین مسئله ریاضی را حل کرد که هیچ کس نتوانست آن را حل کند. همانطور که خود نیوتن گفت: "من در آن روزها در اوج قدرت اختراعم بودم و ریاضیات و فلسفه هرگز به اندازه آن زمان مرا مجذوب خود نکرده اند." (من اغلب از شاگردانم می پرسم و یک بار دیگر در مورد دستاوردهای نیوتن به آنها می گویم: "چی شماآیا در تعطیلات تابستانی موفق به انجام آن شدید؟»)

بلافاصله پس از بازگشت به کمبریج، نیوتن به عضویت شورای علمی کالج ترینیتی انتخاب شد و مجسمه او هنوز کلیسای دانشگاه را زینت می دهد. او یک دوره سخنرانی در مورد تئوری رنگ ایراد کرد که در آن نشان داد که تفاوت رنگ ها با ویژگی های اساسی موج نور (یا همانطور که اکنون می گویند طول موج) توضیح داده می شود و نور ماهیت جسمی دارد. او همچنین یک تلسکوپ بازتابی ساخت و این اختراع او را مورد توجه انجمن سلطنتی قرار داد. سالها تحقیق در مورد نور و رنگ در سال 1704 در اثر بنیادی او اپتیک منتشر شد. اپتیک).

حمایت نیوتن از نظریه «اشتباه» نور (مفاهیم موجی در آن زمان غالب بود) به درگیری با رابرت هوک منجر شد. سانتی متر.قانون هوک)، رئیس انجمن سلطنتی. در پاسخ، نیوتن فرضیه ای را ارائه کرد که مفاهیم جسمی و موجی نور را ترکیب می کرد. هوک نیوتن را به سرقت ادبی متهم کرد و ادعا کرد که در این کشف اولویت دارد. این کشمکش تا زمان مرگ هوک در سال 1702 ادامه یافت و چنان تأثیر ناامید کننده ای بر نیوتن گذاشت که او به مدت شش سال از زندگی فکری کناره گرفت. با این حال، برخی از روانشناسان آن زمان این را به یک اختلال عصبی نسبت دادند که پس از مرگ مادرش بدتر شد.

در سال 1679، نیوتن به کار بازگشت و با مطالعه مسیر سیارات و ماهواره های آنها به شهرت رسید. در نتیجه این مطالعات، همچنین با اختلافات با هوک در مورد اولویت، قانون تدوین شد جاذبه جهانیو قوانین مکانیک نیوتن که اکنون آنها را می نامیم. نیوتن تحقیقات خود را در کتاب "اصول ریاضی فلسفه طبیعی" خلاصه کرد. Philosophiae naturalis principia mathematica) در سال 1686 به انجمن سلطنتی ارائه شد و یک سال بعد منتشر شد. این اثر که آغاز انقلاب علمی آن زمان بود، شهرت جهانی نیوتن را به ارمغان آورد.

دیدگاه‌های مذهبی و تعهد شدید او به پروتستانیسم نیز توجه نیوتن را به محافل وسیع نخبگان روشنفکر انگلیسی و به‌ویژه فیلسوف جان لاک جلب کرد (John Locke, 1632-1704). نیوتن با گذراندن زمان بیشتر و بیشتر در لندن، درگیر زندگی سیاسی پایتخت شد و در سال 1696 به عنوان سرپرست ضرابخانه منصوب شد. گرچه این موقعیت به طور سنتی یک امر خطرناک تلقی می شد، نیوتن با جدیت تمام به کار خود نزدیک شد و پول مجدد سکه های انگلیسی را به عنوان اقدامی مؤثر در مبارزه با جعلان در نظر گرفت. در این زمان بود که نیوتن درگیر اختلاف اولویت دیگری شد، این بار با گوتفرید لایب نیتس (1646-1716)، بر سر کشف حساب دیفرانسیل. در پایان عمر، نیوتن نسخه های جدیدی از آثار اصلی خود را منتشر کرد و همچنین به عنوان رئیس انجمن سلطنتی خدمت کرد، در حالی که مادام العمر مدیر ضرابخانه بود.

در این درس قانون سوم نیوتن را که نیروهای برهمکنش بین دو جسم را توصیف می کند، مطالعه می کنیم. اجازه دهید اطلاعات اولیه در مورد قوانین اول و دوم نیوتن را نیز به یاد بیاوریم. علاوه بر این، قانون آزمایشی پایه دینامیک را به خاطر می آوریم و اصل نسبیت گالیله را در نظر می گیریم. در پایان درس می آموزیم که چگونه قانون سوم نیوتن را هنگام تجزیه و تحلیل مسائل کیفی به کار ببریم.

مشخص است که هنگام تعامل، هر دو بدن بر یکدیگر تأثیر می گذارند. این اتفاق نمی افتد که یک بدن دیگری را هل دهد و دومی در پاسخ عکس العملی نشان ندهد.

بیایید یک آزمایش انجام دهیم. بیایید دو دینامومتر را در نظر بگیریم (شکل 1). یکی از آنها را در یک حلقه روی چیزی ثابت قرار می دهیم، مثلاً روی یک میخ در دیوار، و دومی را با قلاب به اولی وصل می کنیم. بیایید حلقه دینامومتر دوم را بکشیم. هر دو دستگاه مدول نیروی کشش یکسانی را نشان خواهند داد.

برنج. 1. تجربه با دینامومتر

مثالی دیگر. تصور کنید که شما و دوستتان در حال اسکیت بورد هستید و دوستتان روی همان اسکیت بردی که برادرش اسکیت می زند (شکل 2).

برنج. 2. کسب شتاب از طریق تعامل

جرم تو هست جرم دوست و برادرت هست . اگر از یکدیگر فاصله بگیرید، شتاب هایی به دست می آورید که در امتداد یک خط مستقیم در جهت مخالف هدایت می شوند. نسبت توده های شرکت کنندگان در این فرآیند با نسبت ماژول شتاب نسبت معکوس دارد.

از این رو:

طبق قانون دوم نیوتن:

نیرویی که هر برادر با آن به شما عمل می کند

نیرویی که به دوست و برادرت وارد می کنی

از آنجایی که شتاب ها مخالف هستند، پس:

این برابری بیان می کند قانون سوم نیوتن: اجسام با نیروهایی که قدر و جهت مخالف دارند بر روی یکدیگر عمل می کنند (شکل 3).

برنج. 3. قانون سوم نیوتن

قانون آزمایشی پایه دینامیک

هنگام استخراج قانون سوم نیوتن، دیدیم که در هنگام برهمکنش دو جسم، نسبت دو شتابی که جسم اول و دوم به دست می آورند یک مقدار ثابت است. علاوه بر این، نسبت این شتاب ها به ماهیت برهمکنش بستگی ندارد (شکل 4)، بنابراین، توسط خود اجسام، با برخی از ویژگی های آن تعیین می شود.

برنج. 4. نسبت شتاب به ماهیت اندرکنش بستگی ندارد

این ویژگی نامیده می شود اینرسی. اندازه گیری اینرسی جرم است. بنابراین، نسبت شتاب هایی که اجسام در اثر برهمکنش با یکدیگر به دست می آورند، برابر با نسبت معکوس جرم این اجسام است. این واقعیت با آزمایشی نشان داده شده است که در آن دو گاری با جرم های مختلف () با استفاده از یک صفحه الاستیک از یکدیگر دفع می شوند (شکل 5). در نتیجه این فعل و انفعال، گاری با جرم کمتر شتاب بیشتری به دست می آورد.

برنج. 5. برهمکنش دو جسم با جرم های مختلف

برنج. 6. قانون تجربی پایه دینامیک

قانونی که نسبت توده های بدن و شتاب های به دست آمده در نتیجه تعامل را توصیف می کند. قانون آزمایشی پایه دینامیک(شکل 6).

یک فرمول ساده تر از قانون سوم نیوتن این است: نیروی عمل برابر با نیروی واکنش است.

نیروی عمل و نیروی واکنش همیشه نیروهایی از یک ماهیت هستند. به عنوان مثال، در آزمایش قبلی، نیروی دینامومتر اول بر دومی و نیروی دینامومتر دوم روی اولی، نیروهای الاستیک هستند. نیروهای عمل یک جسم باردار بر جسم دیگر و بالعکس نیروهایی از طبیعت الکتریکی هستند.

هر یک از نیروهای برهمکنش بر روی اجسام مختلف اعمال می شود. در نتیجه، نیروهای برهمکنش بین اجسام نمی توانند یکدیگر را جبران کنند، اگرچه به طور رسمی:

برنج. 7. پارادوکس نیروی حاصل

اجازه دهید آزمایشی را نشان دهیم که قانون سوم نیوتن را تأیید می کند. قبل از شروع آزمایش، ترازوها در تعادل هستند: نیروهای وارد شده در سمت چپ با تمام نیروهای وارد بر سمت راست برابر است (شکل 8).

برنج. 8. نیروهایی که در سمت چپ عمل می کنند با تمام نیروهایی که در سمت راست عمل می کنند برابر است

وزنه را بدون تماس با دیواره یا کف آن در ظرفی با آب قرار دهید. یک نیروی شناور که به صورت عمودی به سمت بالا هدایت می شود بر روی وزن از سمت آب تأثیر می گذارد. اما، طبق قانون سوم نیوتن، نیروها لزوماً به صورت جفت به وجود می آیند. این بدان معنی است که از سمت وزن، نیرویی به اندازه نیروی ارشمیدس، اما خلاف جهت آن، روی آب شروع به اعمال می کند که کشتی را به سمت پایین هل می دهد. این بدان معنی است که تعادل به سمت رگ با وزن مختل می شود (شکل 9).

برنج. 9. تعادل به سمت رگ با وزن به هم می خورد

بنابراین، قانون اول نیوتن می گوید: اگر جسمی توسط اجسام خارجی وارد عمل نشود، آنگاه در حالت سکون یا حرکت مستقیم یکنواخت نسبت به چارچوب های مرجع اینرسی قرار دارد. از آن نتیجه می شود که دلیل تغییر سرعت جسم نیرو است. قانون دوم نیوتن توضیح می دهد که چگونه یک جسم تحت تأثیر یک نیرو حرکت می کند. این یک رابطه کمی بین شتاب و نیرو برقرار می کند.

قانون اول و دوم نیوتن فقط یک جسم را در نظر می گیرد. قانون سوم برهمکنش دو جسم را با نیروهایی در نظر می گیرد که از نظر قدر مساوی و جهت مخالف هستند. این نیروها را نیروهای کنش متقابل می نامند. آنها در امتداد یک خط مستقیم هدایت می شوند و به بدن های مختلف اعمال می شوند.

برخی از ویژگی های تعامل اجسام. اصل نسبیت گالیله

نتیجه گیری هایی که با توجه به قوانین نیوتن حاصل می شود:

1. همه نیروها در طبیعت همیشه به صورت جفت به وجود می آیند (شکل 10). اگر یک نیرو ظاهر شود، آنگاه نیروی دومی که مخالف آن است قطعاً ظاهر می شود که از سمت بدن اول بر روی دومی عمل می کند. هر دوی این نیروها ماهیت یکسانی دارند.

برنج. 10. همه نیروها در طبیعت همیشه به صورت جفت به وجود می آیند

2. هر یک از نیروهای متقابل بر اجسام مختلف اعمال می شود، بنابراین، نیروهای برهمکنش بین اجسام نمی توانند یکدیگر را جبران کنند.

3. شتاب اجسام در چارچوب های مرجع اینرسی مختلف یکسان است. جابه جایی ها و سرعت ها تغییر می کنند، اما شتاب ها تغییر نمی کنند. جرم اجسام نیز به انتخاب چارچوب مرجع بستگی ندارد، به این معنی که نیرو به این بستگی نخواهد داشت. یعنی در سیستم های مرجع اینرسی، همه قوانین حرکت مکانیکی یکسان هستند - این است اصل نسبیت گالیله.

تجزیه و تحلیل یک مسئله کیفی

1. اگر سر دیگر طناب به کمربند فرد بسته باشد و بلوک بی حرکت باشد، آیا شخصی می تواند با طناب پرتاب شده روی بلوک خود را بلند کند؟

برنج. 11. تصویر برای مسئله

در نگاه اول به نظر می رسد که نیرویی که فرد بر روی طناب وارد می کند برابر با نیرویی است که طناب به فرد وارد می کند (شکل 11). اما نیرو از طریق طناب به بلوک وارد می شود و نیرو به فرد وارد می شود، بنابراین فرد قادر خواهد بود خود را در امتداد این طناب بلند کند. چنین سیستمی بسته نیست. سیستم "مرد طناب" شامل یک بلوک است.

2. اگر شخصی در این قایق باشد و دستانش را به یکی از طرفین بگذارد، می تواند قایق را هل دهد؟

برنج. 12. تصویر برای مسئله

در این مشکل، سیستم "مرد - قایق" بسته است (شکل 12)، یعنی نیرویی که فرد با آن به کناره قایق فشار می آورد برابر با نیرویی است که طرف قایق بر روی قایق وارد می کند. شخص، اما در جهت مخالف هدایت می شود. هیچ حرکتی وجود نخواهد داشت.

3. آیا انسان می تواند خود را با موهایش از مرداب بیرون بکشد؟

برنج. 13. تصویر برای مسئله

سیستم هم بسته است. نیرویی که دست بر روی مو وارد می کند برابر با نیرویی است که مو بر روی دست وارد می کند، اما در جهت مخالف هدایت می شود (شکل 14). انسان نمی تواند با موهایش خود را از مرداب بیرون بکشد.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. جی.یا. میاکیشف، بی.بی. بوخوفتسف، N.N. سوتسکی. فیزیک 10. - م.: آموزش و پرورش، 1387.
2. A.P. ریمکویچ. فیزیک. کتاب مسائل 10-11. - M.: Bustard، 2006.
3. O.Ya. ساوچنکو مشکلات فیزیک - M.: Nauka، 1988.
4. A.V. پریشکین، V.V. کراوکلیس. دوره فیزیک. T. 1. - M.: ایالت. معلم ویرایش دقیقه آموزش RSFSR، 1957.

1. پورتال اینترنتی "raal100.narod.ru" ()
2. پورتال اینترنتی "physics.ru" ()
3. پورتال اینترنتی "bambookes.ru" ()
4. پورتال اینترنتی “bourabai.kz” ()

مشق شب

1. سوالات انتهای بند 26 (ص 70) - گ.یا. میاکیشف، بی.بی. بوخوفتسف، N.N. سوتسکی. فیزیک 10 (لیست خواندنهای توصیه شده را ببینید)
2. قانون سوم نیوتن توسط خود نیوتن به صورت زیر تدوین شد: "برای یک عمل همیشه یک واکنش برابر و مخالف وجود دارد." آیا بین عمل و واکنش تفاوت فیزیکی وجود دارد؟ "عمل" و "واکنش" نیوتن چیست؟
3. آیا این جمله درست است: سرعت جسم با نیروی وارد بر آن تعیین می شود؟
4. برخورد پشه به شیشه خودرو در حال حرکت. نیروهای وارد بر پشه و خودرو را در هنگام ضربه مقایسه کنید.