Примеры третьего закона ньютона. Законы ньютона и примеры проявления

Один из главных в интернете специалистов по поведенческой науке Джеймс Клир пытается совместить физику и психологию в своей новой книге, а в свежей записи в своем блоге предлагает изменить жизнью с помощью знания и использования трех законов термодинамики Исаака Ньютона.

Большинство людей об этом не знают, но эти три закона можно использовать для улучшения качества своей жизни и повышения продуктивности. Вот эти законы, и как их правильно трактовать в быту.

Первый закон - закон инерции

Если на объект не действует внешняя сила, то он продолжает находиться в состоянии покоя или постоянного движения. Объекты, находящиеся в движении, имеют тенденцию оставаться в движении, а неподвижные объекты, если их ничто не сдвинет с места, будут оставаться в состоянии покоя.

Если задуматься о нашей жизни, то этот закон можно считать одним из фундаментальных для Вселенной. И именно он служит причиной нашей прокрастинации: если мы привыкли ничего не делать без внешнего давления, то ничего без него и не начнем делать. С другой стороны, закон работает и в обратном направлении тоже. Объекты, находящиеся в состоянии движения, при неизменности внешней среды будут оставаться в движении.

Для нас, офисных тружеников, это означает одно: нам нужно найти способ "подтолкнуть" себя, то есть просто начать работу. После того, как вы ее начнете, оставаться в движении будет намного проще.

Если вы чувствуете, что застряли, попробуйте правило двух минут. Оно гласит, что вам нужно выделить в общей задаче подпункт, который можно выполнить всего за две минуты. Например, не написать пост целиком, а лишь один абзац из него. Не убрать квартиру сразу целиком, а хотя бы пройтись пылесосом по спальне. Если вы поработаете две минуты, вам будет проще решиться продолжать.

Вот еще несколько примеров из жизни.

Прямо сейчас вам может жутко не хотеться выходить на пробежку. Но решиться будет проще, если вы с утра поставите кроссовки возле двери и загодя наполните бутылку с водой. После этого вам будет проще выйти за дверь утром.

Прямо сейчас, когда вы смотрите на пустую страничку в редакторе Word, вам трудно решиться начать составлять отчет. Но уделите делу всего две минуты - и вам будет проще продолжать.

Прямо сейчас вам может быть очень трудно заняться рисованием. Но если вы возьмете лист бумаги и будете изо всех сил нарисовать хоть что-нибудь - хоть случайные линии, то мозгу будет проще настроиться на творческую работу.

Второй закон Ньютона - дифференциальный закон движения

F=ma. Векторная сумма сил, действующих на объект, равна массе этого объекта, умноженной на вектор ускорения объекта. Т.е. сила равна массе, умноженной на ускорение.

Сила, F, является вектором. Вектор включает в себя интенсивность (сколько работы вы делаете) и направление (то, чем именно вы занимаетесь). Другими словами, если вы хотите получить ускорение в нужном направлении, то вам нужно или прикладывать больше усилий, или изменит вектор, т.е. род своих занятий. Это в равной степени относится как к большим жизненным решениям, так и к малым.

Но размер вашей физической силы ограничен. Он может расти со временем, но это все равно конечная величина. Поэтому самое важное в вашей жизни - не только стараться и много работать, но и осознавать, что именно вы делаете и в каком направлении двигаетесь.

Третий закон Ньютона - сила действия равна силе противодействия

Когда одно тело давит на другое, то другое тело оказывает силу противодействия. Она равна силе действия (если объекты сопоставимы по весу) и имеет прямо противоположное направление силе действия.

У каждого из нас есть средняя скорость движения по жизни. Ваша жизнь в целом - это баланс продуктивных и непродуктивных дел, позитивных и негативных сил, которые на нее действуют.

Есть силы, которые помогают нам жить: фокус, позитивный настрой, мотивация. Есть силы, которые мешают нам двигаться вперед: стресс, недостаток сна, привычка браться за много задач одновременно и т.д.

Если мы хотим стать более эффективным и продуктивным, то у нас есть два варианта. Первый: мы можем либо стремиться нарастить влияние "позитивной" силы: выпить кофе, собраться, заставить себя поработать. Вот почему люди принимают наркотики, помогающие им сосредоточиться, и смотрят мотивационные ролики на YouTube. Таким образом мы прикладываем усилия, чтобы подавить непродуктивные силы, которые на нас воздействуют. Очевидно, что такая стратегия имеет определенный эффект, но лишь до тех пор, пока она не истощит наши силы.

Куда эффективнее попробовать второй вариант: снизить негативное воздействие "вредных" сил. Хорошо высыпайтесь, правильно питайтесь, отдыхайте, гуляйте с друзьями, проводите время с семьей. И тогда вы автоматически станете продуктивнее и целеустремленнее.

В известной игре «перетягивание каната» обе партии действуют друг на друга (через канат) с одинаковыми силами, как это следует из закона действия и противодействия. Значит, выиграет (перетянет канат) не та партия, которая сильнее тянет, а та, которая сильнее упирается в Землю.

Рис. 72. Лошадь сдвинет и повезет нагруженные сани, потому что со стороны дороги на ее копыта действуют большие силы трения, чем на скользкие полозья саней

Как объяснить, что лошадь везет сани, если, как это следует из закона действия и противодействия, сани тянут лошадь назад с такой же по модулю силой , с какой лошадь тянет сани вперед (сила )? Почему эти силы не уравновешиваются? Дело в том, что, во-первых, хотя эти силы равны и прямо противоположны, они, приложены к разным телам, а во-вторых, и на сани и на лошадь действуют еще и силы со стороны дороги (рис. 72). Сила со стороны лошади приложена к саням, испытывающим, кроме этой силы, лишь небольшую силу трения полозьев о снег; поэтому сани начинают двигаться вперед. К лошади же, помимо силы со стороны саней , направленной назад, приложены со стороны дороги, в которую она упирается ногами, силы , направленные вперед и большие, чем сила со стороны саней. Поэтому лошадь тоже начинает двигаться вперед. Если поставить лошадь на лед, то сила со стороны скользкого льда будет недостаточна, и лошадь не сдвинет сани. То же будет и с очень тяжело нагруженным возом, когда лошадь, даже упираясь ногами, не сможет создать достаточную силу, чтобы сдвинуть воз с места. После того как лошадь сдвинула сани и установилось равномерное движение саней, сила будет уравновешена силами (первый закон Ньютона).

Подобный же вопрос возникает и при разборе движения поезда под действием электровоза. И здесь, как и в предыдущем случае, движение возможно лишь благодаря тому, что, кроме сил взаимодействия между тянущим телом (лошадь, электровоз) и «прицепом» (сани, поезд), на тянущее тело действуют со стороны дороги или рельсов силы, направленные вперед. На идеально скользкой поверхности, от которой нельзя «оттолкнуться», ни сани с лошадью, ни поезд, ни автомобиль не могли бы сдвинуться с места.

Рис. 73. При нагревании пробирки с водой пробка вылетает в одну сторону, а «пушка» катится в противоположную сторону

Третий закон Ньютона позволяет рассчитать явление отдачи при выстреле. Установим на тележку модель пушки, действующую при помощи пара (рис. 73) или при помощи пружины. Пусть вначале тележка покоится. При выстреле «снаряд» (пробка) вылетает в одну сторону, а «пушка» откатывается в другую. Откат пушки и есть результат отдачи. Отдача есть не что иное, как противодействие со стороны снаряда, действующее, согласно третьему закону Ньютона, на пушку, выбрасывающую снаряд. Согласно этому закону сила, действующая со стороны пушки на снаряд, все время равна силе, действующей со стороны снаряда на пушку, и направлена противоположно ей. Таким образом, ускорения, получаемые пушкой и снарядом, направлены противоположно, а по модулю обратно пропорциональны массам этих тел. В результате снаряд и пушка приобретут противоположно направленные скорости, находящиеся в том же отношении. Обозначим скорость, полученную снарядом, через , а скорость, полученную пушкой, через , а массы этих тел обозначим через и соответственно. Тогда

Здесь и - модули скоростей.

Выстрел из всякого оружия сопровождается отдачей. Старинные пушки после выстрела откатывались назад. В современных орудиях ствол укрепляется на лафете не жестко, а при помощи приспособлений, которые позволяют стволу отходить назад; затем пружины снова возвращают его на место. В автоматическом огнестрельном оружии явление отдачи используется для того, чтобы перезарядить орудие. При выстреле отходит только затвор. Он выбрасывает использованную гильзу, а затем пружины, возвращая его на место, вводят в ствол новый патрон. Этот принцип используется не только в пулеметах и автоматических пистолетах, но и в скорострельных пушках.

Билет №2

Законы Ньютона. Примеры проявления законов Ньютона в природе и их
использование в технике.

Рассмотрим пример. Подвесим шарик на шнур. Шарик покоится относительно с.о., связанной с Землей. Вокруг шарика находятся различные тела, понятно, что они не одинаково воздействуют на шарик. Если, например, передвинуть мебель в комнате, шарик останется в покое. Но если перерезать шнур, то шарик будет падать вниз, двигаясь с ускорением. Из опыта видно, что на шарик заметно действуют 2 тела: Земля и шнур. Но их совместное влияние обеспечивало состояние покоя шарику. Если бы удалили шнур, то шарик перестал бы покоиться и начал двигаться с ускорением к земле. Если бы можно было убрать землю, то шарик двигался бы равноускоренно в сторону шнура.

Это приводит к выводу, что действия на шарик двух тел – шнура и земли – компенсируют друг друга. Рассмотренный нами пример и много других примеров позволяют сделать вывод: тело находится в состоянии покоя и равномерно относительно земли, если действия на него сил скомпенсированы. Если тело покоится, его ускорение равно 0 и скорость постоянна или равна 0.

Мы знаем, что движение и покой относительны. Относительно с.о., связанной с Землей шарик покоится. Представим себе, что мимо него движется машина с постоянной скоростью, относительно с.о., связанной с машиной, шарик движется П.Р.Д., а не покоится.

Выходит, что при компенсации действий на тело других дел оно может, не только покоится, но и двигаться П.Р.Д.

Эти примеры и другие приводят нас к одному из основных законов механики – 1 ому закону Ньютона:

Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела (или действия других тел уравнивают друг друга)

Само явление сохранения скорости тела постоянной называют инерцией . Поэтому и системы отсчета, относительно которых тела движутся с постоянной скоростью – называются инерциальными (при компенсации внешних воздействий), а первый закон Ньютона – законом инерции .

Надо, однако, иметь в виду, что есть такие с.о., которые инерциальными считать нельзя. Это с.о., которые движутся относительно инерциальной с.о с ускорением. Эти с.о. называют неинерциальными.

Если мы наблюдаем ускоренное движение тела, то всегда можно доказать его причину.

Причина ускорения движения тел – действие на них других тел. Но в действительности каждое тело влияет и подвергается влиянию. Происходит так называемое взаимодействие.

Опыты показывают, что при взаимодействии двух тел оба тела получают ускорения, направленные в противоположные стороны.

Для двух данных взаимодействующих тел отношение модулей их ускорений всегда одно и тоже.

Но если брать различные тела, то и это отношение будет равным. Следовательно, каждое тело обладает некоторым присущим ему свойством, которое и определяет отношение его ускорения к ускорению его «партнера».

Это свойство называется инертностью. Когда тело движется без ускорения, говорят, что оно движется по инерции. Поэтому о теле, которое при взаимодействии изменило свою скорость на меньшее значение, говорят, что оно более инертно, чем другое тело, скорость которого изменилась на большее значение.

Свойство инертности, присущее всем телам, состоит в том, что для изменения скорости тела требуется некоторое время.

В физике свойства изучаемых объектов обычно характеризуются определенными величинами. Свойство инертности характеризуется особой величиной – массой.

То из двух взаимодействующих тел, которое получает меньшее ускорение, т.е. более инертное, имеет большую массу.

Масса – мера инертности, измеряется весами, измеряется в килограммах (кг)

a 1 /a 2 = m 2 /m 1

Принцип относительности Галлея :

Во всех инерциальных с.о. при одинаковых начальных условиях все механические процессы протекают одинаково, т.е. подчиняются одинаковым законам.

t 1 = t – время не зависит от с.к.

m 1 = m – масса не зависит от с.к.

a’ = V’-V’ 0 /t = V + U – V 0 + U/t = V – V 0 /t =a

3) Ускорение не зависит от выбора С.к.

4) Сила не зависит от выбора С.к., а определяется только взаимодействием тел.

То из тел более инертно, которое имеет большую массу. a 1 /a 2 = m 2 /m 1 .

Тела подчиняются не только первому закону Ньютона, но и другим. Мы знаем, что ускорение тела всегда вызывается действием на него другого тела – того, с которым оно взаимодействует.

В физике действие одного тела на другое, которое вызывает ускорение, называют силой . Например, падение камня вызвано силой, приложенной к нему, силой тяжести.

Сила – физическая величина. Она может быть выражена числом.

Проделаем опыт. На пружине подвесим груз. Силы предают телам ускорения. Но тела покоятся, значит a = -g, значит, сила характеризуется не только числом, но и направлением – векторная величина .

Что – же такое сила? Чтобы ответить на этот вопрос обратимся к опыту: к тележке известной массы m прикрепили конец пружины, а другой перекинули через блок. Груз под действием силы тяжести движется вниз и растягивает пружину. Растянутая на определенную длину /\l пружина действует на тележку и сообщает ей ускорения. Которое равно a. Повторим опыт с двумя тележками, соединенными вместе так, чтобы их общая масса была равна 2m. Измерим ускорение тележек при том же удлинении пружины /\l (для этого придется изменить груз на нити). Ускорение будет равно a/2. При 3 – х и 4-х тележках ускорение будет равно a/3 и a/4. Это значит, что одной и той же будет величина am.

Второй закон Ньютона :

Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение.

Ускорение сонаправлено с силой!

На тело может действовать несколько сил. Ускорение в этом случае оказывается таким, какое ему сообщила бы одна – единственная сила, равная геометрической сумме всех приложенных сил. Сумму эту обычно называют равнодействующей или результирующей силой.

Сила, равная геометрической сумме всех приложенных к телу сил, называется равнодействующей или результирующей силой.

Как и первый закон, второй закон Ньютона справедлив лишь в том случае, если движение рассматривается относительно инерциальных систем отсчета.

За единицу силы принимается сила, сообщающая телу массой 1 кг ускорение 1 м/с. Эта единица называется ньютон .

По тому же опыту, измерив ускорения двух тел, взаимодействующих каким – то образом между собой, мы можем найти отношение их масс согласно формуле. Чтобы найти массу отдельного тела нужно взять тело, масса которого принята за 1 – эталон массы.

Затем провести опыт, в котором тело, масса которого измеряется, взаимодействует с телом, масса которого известна. Тогда оба они, и тело и эталон, получат ускорения, которые можно измерить, затем записать отношение: а эт /а т = m т /m эт или m т = a эт *m эт /a т

Масса тела определяет отношение модуля ускорения эталона массы к модулю ускорения тела при их взаимодействии.Однако более удобный метод – взвешивание .За единицу массы принят килограмм.

Действия тел друг на друга всегда имеют характер взаимодействия. Каждое из тел действует на другое и сообщает ему ускорение. Отношение модулей ускорений равно обратному отношению их масс. Ускорения двух тел направлены в противоположные стороны.

m 1 a 1 = -m 2 a 2

т.к F = ma, то это можно записать так:

F 1 = F 2 –3 й закон Ньютона.

Тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению.

3 й закон Ньютона состоит из 5 и утверждений:

1) Силы рождаются парами

2) Силы равны по модулю

3) Парные силы направлены в противоположные стороны

4) Возникающие силы лежат на одной прямой

Возникающие силы одной природы

Так – же как первый и второй законы Ньютона, третий закон справедлив, когда движение рассматривается относительно инерциальных систем отсчета.

Опыт: возьмем две тележки, к одной из них прикреплена упругая стальная пластина. Согнем пластину и свяжем ее ниткой, а вторую тележку поставим к первой так, чтобы она плотно соприкасалась с другим концом пластинки. Перережем нить. Пластинка разогнется, и мы увидим, что обе тележки придут в движение. Это значит, что обе получили ускорения. Так как массы тележек одинаковы, то одинаковы по модулю и ускорения. (V 1 = V 2 ; S 1 = S 2)

Если на одну тележку положить какой-нибудь груз, то мы увидим, что перемещения теперь не будут одинаковыми. Это значит, что и их ускорения неодинаковы: ускорение нагруженной тележки меньше, но ее масса больше. Произведение же массы на ускорение, т.е сила, действующая на каждую из тележек, по модулю одинакова.