Ньютон и его законы

1. Ньютон и его законы Выполнила: Болтунова Юлия ученица 11 класса “А” МОУ “ФСОШ № 2 c углублённым изучением отдельных предметов”.

2. Содержание • Исаак Ньютон • Первый закон Ньютона • Второй закон Ньютона • Третий закон Ньютона • Комментарии к законам Ньютона • Следствия из законов Ньютона

3. Исаак Ньютон (1643-1727) • Исаак Ньютон (1643-1727) — английский математик, механик, астроном и физик, создатель классической механики, член (1672) и президент (с 1703) Лондонского королевского общества. Один из основоположников современной физики, сформулировал основные законы механики и был фактическим создателем единой физической программы описания всех физических явлений на базе механики, открыл закон всемирного тяготения, объяснил движение планет вокруг Солнца и Луны вокруг Земли, а также приливы в океанах, заложил основы механики сплошных сред, акустики и физической оптики. Знак зодиака - Козерог. • Фундаментальные труды «Математические начала натуральной философии» (1687) и «Оптика» (1704). Ньютон разработал (независимо от Готфрида Лейбница) дифференциальное и интегральное исчисления. Открыл дисперсию света, хроматическую аберрацию, исследовал интерференцию и дифракцию, развивал корпускулярную теорию света, высказал гипотезу, сочетавшую корпускулярные и волновые представления. Построил зеркальный телескоп. Исаак Ньютон сформулировал основные законы классической механики. Открыл закон всемирного тяготения, дал теорию движения небесных тел, создав основы небесной механики. Пространство и время считал абсолютными. Работы Ньютона намного опередили общий научный уровень его времени, были малопонятны современникам. Был директором Монетного двора, наладил монетное дело в Англии. • Исаак Ньютон родился 4 января 1643, Вулсторп, близ Грантема, графство Линкольншир. Скончался в Англии — 31 марта 1727, в Лондоне. Похоронен в Вестминстерском аббатстве.

4. Первый закон Ньютона • Первый закон Ньютона постулирует наличие такого явления, как инерция тел. Поэтому он также известен как Закон инерции. Инерция — это явление сохранения телом скорости движения (и по величине, и по направлению), когда на тело не действуют никакие силы. Чтобы изменить скорость движения, на тело необходимо подействовать с некоторой силой. Естественно, результат действия одинаковых по величине сил на различные тела будет различным. Таким образом, говорят, что тела обладают инертностью. Инертность — это свойство тел сопротивляться изменению их текущего состояния. Величина инертности характеризуется массой тела. • Современная формулировка В современной физике первый закон Ньютона принято формулировать в следующем виде: Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых свободная материальная точка сохраняет величину и направление своей скорости неограниченно долго. • Историческая формулировка Ньютон в своей книге «Математические начала натуральной философии» сформулировал первый закон механики в следующем виде: Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.

5. Второй закон Ньютона • Второй закон Ньютона — дифференциальный закон движения, описывающий взаимосвязь между приложенной к материальной точке силой и получающимся от этого ускорением этой точки. Фактически, второй закон Ньютона вводит массу как меру проявления инертности материальной точки в выбранной инерциальной системе отсчёта (ИСО). • Современная формулировка: В инерциальной системе отсчета ускорение, которое получает материальная точка, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе. При подходящем выборе единиц измерения, этот закон можно записать в виде формулы: где a — ускорение материальной точки; F— сила, приложенная к материальной точке; m — масса материальной точки. • Историческая формулировка • Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.

6. 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: отношение модулей ускорений 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.

7. Комментарии к законам Ньютона • Сила инерции Законы Ньютона, строго говоря, справедливы только в инерциальных системах отсчета. Если мы честно запишем уравнение движения тела в неинерциальной системе отсчета, то оно будет по виду отличаться от второго закона Ньютона. Однако часто, для упрощения рассмотрения, вводят некую фиктивную «силу инерции», и тогда эти уравнения движения переписываются в виде, очень похожем на второй закон Ньютона. Математически здесь всё корректно (правильно), но с точки зрения физики новую фиктивную силу нельзя рассматривать как нечто реальное, как результат некоторого реального взаимодействия. Ещё раз подчеркнём: «сила инерции» — это лишь удобная параметризация того, как отличаются законы движения в инерциальной и неинерциальной системах отсчета. • Законы Ньютона и Лагранжева механика Законы Ньютона — не самый глубокий уровень формулирования классической механики. В рамках Лагранжевой механики имеется одна-единственная формула (запись механического действия) и один-единственный постулат (тела движутся так, чтобы действие было стационарным), и из этого можно вывести все законы Ньютона. Более того, в рамках Лагранжева формализма можно легко рассмотреть гипотетические ситуации, в которых действие имеет какой-либо другой вид. При этом уравнения движения станут уже непохожими на законы Ньютона, но сама классическая механика будет по-прежнему применима. • Решение уравнений движения Уравнение является дифференциальным уравнением: ускорение есть вторая производная от координаты по времени. Это значит, что эволюцию механической системы во времени можно однозначно определить, если задать её начальные координаты и начальные скорости. Заметим, что если бы уравнения, описывающие наш мир, были бы уравнениями первого порядка, то из нашего мира исчезли бы такие явления, как инерция, колебания, волны.

8. 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.

9. Спасибо за внимание!