Первый закон Ньютона

Законы динамики Ньютона (классическая динамика) имеют ограниченную область применимости. Они справедливы для макроскопических тел, движущихся со скоростями, много меньшими, чем скорость света в вакууме.

Формулировка первого закона Ньютона (он также известен как закон инерции):

Первый закона Ньютона Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых тело движется прямолинейно и равномерно, если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано.

В инерциальной системе отсчета тело движется равномерно и прямолинейно при отсутствии действующих на него сил.

Инерция Явление сохранения скорости движения тела при отсутствии внешних воздействий или при их компенсации называется инерцией. Поэтому первый закон Ньютона называют законом инерции.

Если равнодействующая всех сил, действующих на данное тело равна нулю, то тело движется равномерно и прямолинейно или не движется вовсе. В реальности добиться равенства нулю равнодействующей силы невозможно. Но можно пренебречь некоторыми действиями и выбрать такой участок движения, когда скорость тела существенно не меняется.

Впервые закон инерции был сформулирован Галилео Галилеем (1632 г.). Ньютон обобщил выводы Галилея и включил их в число основных законов движения.

ИСО инерциальные системы отсчета - это системы отсчета, в которых выполняется 1-й закон Ньютона.

Итак, причиной изменения скорости движения тела в инерциальной системе отсчета всегда является его взаимодействие с другими телами. Для количественного описания движения тела под воздействием других тел необходимо ввести две новые физические величины – инертную массу тела и силу.

Масса

Масса – это свойство тела, характеризующее его инертность. При одинаковом воздействии со стороны окружающих тел одно тело может быстро изменять свою скорость, а другое в тех же условиях – значительно медленнее. Принято говорить, что второе из этих двух тел обладает большей инертностью, или, другими словами, второе тело обладает большей массой.

Если два тела взаимодействуют друг с другом, то в результате изменяется скорость обоих тел, т. е. в процессе взаимодействия оба тела приобретают ускорения. Отношение ускорений двух данных тел оказывается постоянным при любых воздействиях. В физике принято, что массы взаимодействующих тел обратно пропорциональны ускорениям, приобретаемым телами в результате их взаимодействия.

Если два тела взаимодействуют друг с другом, то в результате   изменяется скорость обоих тел, т. е. в процессе взаимодействия оба тела   приобретают ускорения.

Сравнение масс двух тел.

\[ \dfrac{m_1}{m_2} =-\dfrac{a_2}{a_1} \]

В этом соотношении величины \( a_1\)  и \( a_2\) следует рассматривать как проекции векторов \( a_1\)  и \( a_2\) на ось OX. Знак «минус» в правой части формулы означает, что ускорения взаимодействующих тел направлены в противоположные стороны.

В Международной системе единиц (СИ) масса тела измеряется в килограммах (кг).

Масса любого тела может быть определена на опыте путем сравнения с массой эталона ( \( m_{\text{эт}} = 1 \text{кг} \) ). Пусть \( m_1 = m_{\text{эт}} = 1 \text{кг} \). Тогда

\[ m_2=-\dfrac{a_1}{a_2} m_{\text{эт}} \]

Масса тела – скалярная величина. Опыт показывает, что если два тела с массами \( m_1 \) и \( m_2 \) соединить в одно, то масса \( m \) составного тела оказывается равной сумме масс \( m_1 \) и \( m_2 \) этих тел:

\[ M = m_1 + m_2 \]

Это свойство масс называют аддитивностью.

Сила

Сила – это количественная мера взаимодействия тел. Сила является причиной изменения скорости тела. В механике Ньютона силы могут иметь различную физическую природу: сила трения, сила тяжести, упругая сила и т. д. Сила является векторной величиной, имеет модуль, направление и точку приложения.

Векторная сумма всех сил, действующих на тело, называется равнодействующей силой.

Чтобы изменить скорость движения тела, на него необходимо подействовать с некоторой силой. Естественно, результат действия одинаковых по величине сил на различные тела будет различным.

Существует 4 основных типа взаимодействия:

  • гравитационное,
  • электромагнитное,
  • сильное,
  • слабое. 

Все взаимодействия являются проявлениями этих основных типов.

Примеры сил: сила тяжести, сила упругости, вес тела, сила трения, выталкивающая (архимедова) сила, подъемная сила.

Что такое сила? Сила — мера воздействия одного тела на другое.

Сила — векторная величина. Сила характеризуется:

  • модулем (абсолютной величиной);
  • направлением;
  • точкой приложением.

Для измерения сил необходимо установить эталон силы и способ сравнения других сил с этим эталоном.

В качестве эталона силы можно взять пружину, растянутую до некоторой заданной длины. Модуль силы F0, с которой эта пружина при фиксированном растяжении действует на прикрепленное к ней тело, называют эталоном силы. Способ сравнения других сил с эталоном состоит в следующем: если тело под действием измеряемой силы \( \vec{F} \) и эталонной силы \( \vec{F_0} \) остается в покое (или движется равномерно и прямолинейно), то силы равны по модулю \( \vec{F} \) = \( \vec{F_0} \).

если тело под действием измеряемой силы  и эталонной силы  остается в покое (или движется равномерно и прямолинейно), то силы равны по модулю

Сравнение силы \( \vec{F} \) с эталоном. \( \vec{F} \) = \( \vec{F_0 } \)

Если измеряемая сила \( \vec{F } \) больше (по модулю) эталонной силы, то можно соединить две эталонные пружины параллельно. В этом случае измеряемая сила равна \( \vec{ 2 F_0 } \). Аналогично могут быть измерены силы \( \vec{ 3 F_0 } \), \( \vec{ 4 F_0 } \) и т. д.

Если измеряемая сила F больше (по модулю) эталонной силы, то можно соединить две эталонные пружины параллельно

Сравнение силы \( \vec{F } \) с эталоном. \( \vec{F} \) = \( \vec{2 F_0} \)

Измерение сил, меньших \( \vec{2 F_0} \)

Если измеряемая сила F больше (по модулю) эталонной силы, то можно соединить две эталонные пружины параллельно

Сравнение силы \( \vec{F } \) с эталоном. \( \vec{F} \) = \( \vec{2 F_0} \cos ( \alpha ) \)

Эталонная сила в Международной системе единиц называется Ньютон(Н).

Сила в 1 Н сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с2

Размерность [Н]   

\[ 1\text{Н} = 1\dfrac{\text{кг}\cdot \text{м}}{\text{с}^2} \]

На практике нет необходимости все измеряемые силы сравнивать с эталоном. Для измерения сил используют пружины, откалиброванные описанным выше способом. Такие откалиброванные пружины называются динамометрами. Сила измеряется по растяжению динамометра.

Поделитесь с другими:

Если материал понравился Вам и оказался для Вас полезным, поделитесь им со своими друзьями!

Читать по теме:

  • Ускорение, приобретенное телом в инерциальной системе отсчета, прямо пропорционально равнодействующей силе и обратно пропорционально массе тела.
  • Действие равно противодействию.
  • С помощью закона сложения скоростей определяется скорость материальной точки относительно неподвижной системы отсчета.
  • Все ИСО по своим механическим свойствам эквивалентны друг другу.

Интересные статьи: