Реферат на тему: законы ньютона

Биография

Детство

Отец — Исаак Ньютон, зажиточный фермер, умерший ещё до рождения сына. Мать — Анна Эйскоу, после смерти мужа вторично вышла замуж и забросила воспитание сына. Будущий учёный родился настолько болезненным, что родственники считали, что он не выживет, но Исаак дожил до глубокой старости. У Анны было ещё трое детей, но уже от второго брака. Исааком занимался исключительно её брат, Уильям Эйскоу.

Образование

Обучаясь в школе в Грэнтеме, Ньютон обнаружил незаурядные способности, которые были замечены учителями. Мать забирала его из школы, пытаясь сделать из него фермера, но её попытки оказались тщетными. Под давлением своего брата и учителей Анна разрешила Исааку закончить школу. После этого он успешно поступил в Тринити-колледж при Кембриджском университете.

Жизненный путь

Обучаясь в колледже, Ньютон пытается решить с научной точки зрения те явления в окружающем мире, которые не были объяснены. Он всерьёз увлекается математикой и уже в 21 год выводит бином разложения произвольного рационального показателя и получает бакалавра.

В 1665 году в Англии объявляют чуму. Карантин длился два года, и Ньютон, покинув колледж, целиком предался науке. В эти годы и был открыт знаменитый закон всемирного тяготения, с которым связана легенда об упавшем на голову физику яблоке. Когда чума утихла, Исаак вернулся в Кембридж, где получил степень магистра. Продолжая математические изыскания, он становится профессором математики в колледже. В эти годы он занимается изучением оптики и создаёт телескоп-рефлектор, который получил широкую популярность, так как позволял высчитывать более точное время по небесным телам и помогал морякам в навигации. Именно это изобретение стало для Ньютона пропуском в Королевское общество, почётным членом которого он был избран.

Ньютон переписывается с Лейбницем, спорит с великими умами того времени по поводу природы света. В 1677 году в доме Ньютона вспыхнул пожар, уничтоживший часть научных трудов физика. В 1679 году после болезни умерла мать учёного.

Свои научные изыскания Ньютон смог обобщить в книге «Математические начала натуральной философии», в которой объяснил основные понятия механики, ввёл новые физические величины (масса, количество движения, внешняя сила), сформулировал законы механики, сделал вывод из закона тяготения для законов Кеплера, описал параболические и гиперболические орбиты небесных тел и высказал свои взгляды о гелиоцентрической системе Коперника.

Исаак Ньютон принимал участие и в общественной жизни Англии: в 1689 году он был избран в парламент. Начало 90-х ознаменовались серьёзной болезнью, общим переутомлением и перерывом в научной деятельности.

В 1696 году он становится смотрителем Монетного двора в Лондоне, а с 1699 года и его управляющим. На этой должности Ньютон сделал много полезного для государства: стал инициатором денежной реформы и активно боролся с фальшивомонетчиками.

В 1703 году Ньютон стал президентом Королевского общества, будучи к тому времени уже признанным и авторитетным учёным. Он опубликовывает «Оптику», становится рыцарем, продолжает свои научные изыскания. Незадолго до смерти становится участником денежной аферы и теряет большую часть своего состояния.

Личная жизнь

Ньютон не оставил после себя потомков, так как никогда не был женат: всё своё свободное время он посвящал науке, а его заурядная, серая внешность делала его неприметным для женщин. Биографы упоминают лишь одну симпатию, промелькнувшую в юности Ньютона: учась в Грэнтэме, он был влюблён в мисс Сторей, свою сверстницу, с которой поддерживал тёплые, дружеские отношения до конца своих дней.

Смерть

Последние годы Ньютон провёл в Кенсингтоне, где и скончался во сне года. Похоронен учёный в Вестминстерском аббатстве.

Пример и инерциальная система отсчета

Сам Ньютон под своей идеальной инерциальной системой отсчета (ИСО), представлял не много не мало, а нашу гелиоцентрическую систему с Солнцем в ее центре, и планетами, которые движутся вокруг светила.

Непрерывное движение планет вокруг Солнца с неизменно постоянной скоростью по Ньютону и является самым важным примером осуществления первого закона Ньютона или закона инерции в нашей Вселенной.

Стоит заметить, что именно благодаря ИСО ученый и открыл свой не менее знаменитый закон всемирного тяготения (а вовсе не потому, что ему на голову упало яблоко, как говорит популярная легенда об ученом).

При помощи инерциальной системы отсчета и первого закона имени себя Исаак Ньютон объяснил законы небесной механики, казавшиеся загадкой для людей его времени.

Был долго этот мир глубокой тьмой окутанДа будет свет, и тут явился Ньютон.
(Эпиграмма XVIII века).

Но стоит заметить, что законы небесной механики в действительности оказались гораздо более сложными, чем видел их Ньютон. И когда на смену ему в ХХ век пришел другой гениальный физик по имени Альберт Эйнштейн со своей теорией относительности, человечеству вновь пришлось пересмотреть свои взгляды на устройство Вселенной, в частности выяснилось, что движение Земли (как впрочем, и других планет) вокруг Солнца все-таки не является инерциальной системой отсчета. На самом деле все гораздо сложнее.

Но сатана недолго ждал реванша –Пришел Эйнштейн, и стало все как раньше.
(Эпиграмма XХ века).

Исаак Ньютон: мифы и факты из жизни

На момент публикации своего основного труда Ньютону было 45 лет. За свою долгую жизнь ученый внес огромный вклад в науку, заложив фундамент современной физики и определив ее развитие на годы вперед.

Он занимался не только механикой, но и оптикой, химией и другими науками, неплохо рисовал и писал стихи. Неудивительно, что личность Ньютона окружена множеством легенд.

Ниже приведены некоторые факты и мифы из жизни И. Ньютона. Сразу уточним, что миф – это не достоверная информация. Однако мы допускаем, что мифы и легенды не появляются сами по себе и что-то из перечисленного вполне может оказаться правдой.

  • Факт. Исаак Ньютон был очень скромным и застенчивым человеком. Он увековечил себя благодаря своим открытиям, однако сам никогда не стремился к славе и даже пытался ее избежать.
  • Миф. Существует легенда, согласно которой Ньютона осенило, когда на наго в саду упало яблоко. Это было время чумной эпидемии (1665-1667), и ученый был вынужден покинуть Кембридж, где постоянно трудился. Точно неизвестно, действительно ли падение яблока было таким роковым для науки событием, так как первые упоминания об этом появляются только в биографиях ученого уже после его смерти, а данные разных биографов расходятся.
  • Факт. Ньютон учился, а потом много работал в Кембридже. По долгу службы ему нужно было несколько часов в неделю вести занятия у студентов. Несмотря на признанные заслуги ученого, занятия Ньютона посещались плохо. Бывало, что на его лекции вообще никто не приходил. Скорее всего, это связано с тем, что ученый был полностью поглощен своими собственными исследованиями.
  • Миф. В 1689 году Ньютон был избран членом Кембриджского парламента. Согласно легенде, более чем за год заседания в парламенте вечно поглощенный своими мыслями ученый взял слово для выступления всего один раз. Он попросил закрыть окно, так как был сквозняк.
  • Факт. Неизвестно, как бы сложилась судьба ученого и всей современной науки, если бы он послушался матери и начал заниматься хозяйством на семейной ферме. Только благодаря уговорам учителей и своего дяди юный Исаак отправился учиться дальше вместо того, чтобы сажать свеклу, разбрасывать по полям навоз и по вечерам выпивать в местных пабах.

Дорогие друзья, помните — любую задачу можно решить! Если у вас возникли проблемы с решением задачи по физике, посмотрите на основные физические формулы. Возможно, ответ перед глазами, и его нужно просто рассмотреть. Ну а если времени на самостоятельные занятия совершенно нет, специализированный студенческий сервис всегда к вашим услугам!

В самом конце предлагаем посмотреть видеоурок на тему «Законы Ньютона».

Законы ходатайства Ньютона

Если
кинематика изучает движение геометрического тела, не обладающего какими-либо
свойствами материального тела, кроме свойства занимать определенное положение в
пространстве и изменять это положение во времени, то динамика изучает движение
реальных тел под действием действующих на них сил. Три закона механики,
установленные Ньютоном, составляют основу динамики и представляют собой
фундаментальный раздел классической механики.

Они
могут применяться непосредственно в простейшем случае движения, когда
движущееся тело рассматривается как материальная точка, а именно, когда размер
и форма тела не учитываются и когда движение тела рассматривается как движение
точки с грузом. В кипящей воде для описания движения точки может быть выбрана
любая система координат, относительно которой определяются количества,
характеризующие это движение. Любое тело, которое движется по отношению к
другим телам, может рассматриваться как точка отсчета. В динамике мы имеем дело
с инерциальными системами координат, которые характеризуются тем, что точка
свободного материала движется относительно них с постоянной скоростью.

3 закона Ньютона изучаемый в каждой школе

Основополагающие законы, которые Ньютон вывел и доказал их жизнеспособность, собраны в известном трактате «Математические начала натуральной философии», опубликованном в 1687 году.

Первый закон Ньютона

Первоначально первый закон в редакции самого ученого звучит следующим образом:

Если говорить простым языком, представьте себе тележку, которую толкнули, и она движется по прямой дороге. Если мы будем пренебрегать воздушным сопротивлением и не учитывать трение колес тележки, то это позволит телеге двигаться с одной и той же скоростью бесконечно.

Ученый мир обобщает между собой первый закон и закон инерции, делая их тождественными друг другу. Что же такое инерция? Это способность тела к сохранению покоя или прямолинейному равномерному движению, если на тело не оказывают влияние силы из вне.

Конечно же, представить систему, где полностью отсутствуют внешние силы невозможно. Тело всегда оказывается под воздействием внешних сил и скомпенсировать их полностью нельзя.

Watch this video on YouTube

Примером может служить движение человека на поверхности Земли. При этом человеку приходится преодолевать воздействие внешней природы – трение, скольжение, гравитацию, качение и др.

Второй закон Ньютона

Для того чтобы объяснить и понять второй закон, необходимо вспомнить описанный выше опыт с телегой. Понятно, что когда мы прикладываем к ней определенное усилие, то тележка некоторое время будет двигаться под действием этой силы. Но через некоторое время телега остановится. Произойдет изменение ее скорости.

При рассмотрении объектов в настоящем мире можно заметить, что их скорость постоянно меняется. Можно сказать, что тела движутся с ускорением.

Попробуйте бросить с одинаковой высоты вещи, имеющие разную массу. Они будут двигаться равноускоренно. На них будет оказывать влияние постоянная величина, которая называется ускорением свободного падения.

Второй закон устанавливает связь между массой, силой и ускорением.

Второй закон можно выразить в дифференциальном виде, что является наиболее универсальной и современной интерпретацией.

Расшифровывается следующим образом: сила, действующая в любой промежуток dt, равна производной импульса по времени.

Watch this video on YouTube

Третий закон Ньютона

Последний, третий закон, описывает взаимодействие тел между собой.

Самое простое понимание закона звучит следующим образом: на любое действие имеется противодействие.

Watch this video on YouTube

Формулировка второго закона Ньютона

Определение

Второй закон Ньютона (основной закон динамики) отражает соотношение между силой и изменением скорости тел при их взаимодействии.

Самый простой вид второй закон Ньютона имеет в инерциальных системах отсчета.

Пусть скорость движения тела много меньше, чем скорость света.

И так, если тело движется с ускорением, по отношению к инерциальной системе отсчета, то на него действует сила. Сила, вызывает ускорение, величина которого пропорциональна модулю этой силы. Направление ускорения совпадает с направлением, действующей силы. При заданном ускорении сила пропорциональна массе тела, которому она сообщает ускорение. При скорости много меньшей скорости света, рассматриваемая сила не зависит от скорости движения ускоряемого тела. Более коротко можно сказать, что сила ($\overline{F}$), вызывающая ускорение тела ($\overline{a}$), в инерциальной системе отсчета пропорциональная массе ($m$) тела, умноженной на его ускорение:

Выражение (1) — это второй закон Ньютона в классической динамике.

Этот закон можно записать в иной форме:

где $\overline{p}=m\overline{v}$ — импульс тела. Тогда второй закон Ньютона формулируют так: сила равна производной от импульса по времени — это наиболее общая формулировка основного закона динамики.

Если на тело действуют несколько сил, равнодействующая которых равна:

то второй закон Ньютона принимает вид:

Если материальная точка перемещается равномерно по окружности, то равнодействующая всех сил направлена к центру окружности, тогда равнодействующую силу называют центростремительной.

Первый закон Ньютона

Словесная формулировка первого закона Ньютона:

В инерциальной системе отсчета тело свою скорость не меняет, если на него не действуют другие тела (или действие других тел скомпенсировано).

Формула:

\

\( F = 0 \) – сила на тело не действует (Может быть и так: на тело действуют несколько сил, но их действие компенсируется);

\( a = 0 \) – ускорение отсутствует;

\( v = const \) – скорость тела не изменяется (остается одной и той же);

\( p = const \) – импульс тела не изменяется (остается одним и тем же);

Важно! По первому закону Ньютона, «двигаться с одной и той же скоростью по прямой» и «покоиться» — это равнозначные виды движения. Значит, если на тело не действуют другие тела (силы), то

Значит, если на тело не действуют другие тела (силы), то

  • тело будет двигаться с одной и той же скоростью по прямой, если оно так двигалось до этого,
  • или будет продолжать покоиться, если покоилось в прошлом.

Основное утверждение механики

Для описания движения тела можно взять любую систему отсчета. Обычно для этого используется система отсчета, связанная с Землей. Если какое-то тело меняет свою скорость, рядом с ним всегда можно обнаружить другое тело, которое на него действует. Так, если поднять камень и отпустить, он не останется висеть в воздухе, а упадет вниз. Следовательно, на него что-то подействовало. В данном случае сама Земля притянула камень к себе. Отсюда следует основное утверждение механики:

Основное утверждение механики

Изменение скорости (ускорение) тела всегда вызывается воздействием на него других тел.

Согласно утверждению, если на тело не действуют никакие силы, его ускорение будет нулевым, и оно будет либо покоиться, либо двигаться равномерно и прямолинейно (с постоянной скоростью).

Но в нашем мире мы не всегда это наблюдаем. И этому есть объяснение. Если тело покоится, оно действительно не меняет свою скорость. Так, мяч лежит на траве до тех пор, пока его не пнут. После того, как его пнут, он начинает катиться, но затем останавливается. Пока мяч катится, к нему больше не прикасаются. Казалось бы, согласно основному утверждению механики, мяч должен катиться вечно. Но этого не происходит, потому что на мяч действует сила трения, возникающая между его поверхностью и травой.

Свободное тело — тело, на которое не действуют другие тела. Свободное тело либо покоится, либо движется прямолинейно и равномерно.

Физика 10 класс

«Закон сохранения и превращения энергии» — Историческая справка. Энергия не возникает и не исчезает. Примеры применения закона сохранения энергии. Упавший и отскочивший от земли мячик. Шарик движется вниз по наклонному желобу без трения. Примеры применения закона сохранения энергии в селе Русском. Утверждение о невозможности создания «вечного двигателя». Санки массой m тянут в гору с постоянной скоростью. Энергия не может появиться у тела, если оно не получило её.

««Тепловые двигатели» 10 класс» — Принцип действия. Томас Ньюкомен. Ракетные двигатели. Опасность. Четырехтактный двигатель. Огненное сердце. Двигатель работает по четырехтактному циклу

Решение выше перечисленных проблем жизненно важно для человека. Архимед

Применение. Степень сжатия. Основные компоненты двигателя. КПД реактивных двигателей просто ничтожен. Двухтактный двигатель. 4 рабочие группы. Разновидности ДВС. Современные наработки времени.

«Задачи на законы Ньютона» — Автомобиль массой 5 т движется по вогнутому мосту. Если шайба пытается сохранить направление и величину скорости движения, то движется по инерции. План урока. Качественные задачи. Система отсчёта является неинерциальной. Груз массой 0,5 кг за нить поднимают вертикально вверх. Третий закон Ньютона. На полу лифта находится тело массой 50кг. Однажды Ньютона спросили, как долго он формулировал свои законы.

«Практикум по физике» — Апробация. Методические материалы. Интерактивные модели. Практикум для профильных классов. Модели. Проект. Распределение Максвелла. Структура описания. Дополнительные работы виртуального практикума. Вопросы для контроля. Определение коэффициента полезного действия. Практикум по физике. Структура описания лабораторной работы. Примерный учебный план практикума. Результаты выполнения работ. Виртуальный физический практикум.

«Физик Ломоносов» — Оптика. Выводы. Идеи М. В. Ломоносова в современной физике. Закон сохранения вещества и энергии. Ломоносов внёс огромный вклад в развитие физической науки в России. Физическая химия. Природа электричества. М. В. Ломоносов и физика. Биография. Вклад Ломоносова в физику. Теория строения тел. Тепловые явления.

«Законы идеальных газов» — Молекулярная физика. Закон Бойля-Мариотта. План изучения газовых законов. Знания молекулярно-кинетической теории идеального газа. Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы. Изобарное нагревание. Газ. Взаимосвязь теории и эксперимента как критерия истины. Газ находится в баллоне. Бойль. Позитивные условия для проявления познавательного интереса. Закон Шарля. Гей-Люссак. Закон Гей-Люссака.

«Физика 10 класс»

1- Автомобиль, который резко тормозит

Самый наглядный и повседневный пример, объясняющий этот закон, — это движение нашего тела, когда мы едем с постоянной скоростью, и оно резко останавливается.

Сразу же тело стремится продолжить движение в том направлении, в котором шла машина, поэтому его бросает вперед. Это движение будет плавным, если машина остановится плавно, но будет гораздо более резким, если он будет сильно тормозить.

В крайних случаях, например, при столкновении с другим транспортным средством или объектом, сила, прикладываемая к объекту (автомобилю), будет больше, а удар будет намного сильнее и опаснее. То есть тело будет сохранять инерцию движения, которое оно принесло.

То же и наоборот. Когда автомобиль полностью останавливается и водитель резко ускоряется, наши тела будут оставаться такими, какими они были (то есть в состоянии покоя), и поэтому они имеют тенденцию отступать.

Второй закон Ньютона

В примере с автобусом видно, что пассажиры стараются сохранить свою скорость относительно Земли — инерциальной системы отсчета. Такое явление называется инерцией.

Инерция — явление, при котором тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

Инертность — физическое свойство, заключающееся в том, что любое тело оказывает сопротивление изменению его скорости (как по модулю, так и по направлению).

Не все тела одинаково инертны. Вы можете взять мячик и придать ему большое ускорение. Но вы не можете придать такое же ускорение гире, хотя она обладает похожим размером. Но мячик и гиря различаются между собой массой.

Масса — скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела. Чем больше масса, тем больше инертность тела.

Масса обозначается буквой m. Единица измерения массы — кг. Прибор для измерения массы — весы.

Чтобы придать одинаковую скорость двум телам с разной инертностью, к телу с большей инертностью придется приложить больше силы. Попробуйте сдвинуть с места стол, а затем — шкаф. Сдвинуть с места стол будет проще.

Если же приложить две одинаковые силы к телам с разной инертностью, будет видно, что тело с меньшей инертностью получает большее ускорение. Если приставить к пружине теннисный шарик, а затем сжать ее и резко отпустить, шарик улетит далеко. Если вместо теннисного шарика взять железный, он лишь откатится на некоторое расстояние.

Описанные выше примеры показывают, что между силой, прикладываемой к телу, и ускорением, которое оно получает в результате прикладывания этой силы, и массой этого тела есть взаимосвязь. Она раскрывается во втором законе Ньютона.

Второй закон Ньютона

Сила, действующая на тело, равна произведению массы этого тела на ускорение, которое сообщает эта сила.

F = ma

где F — сила, которую прикладывают к телу, a — ускорение, которое сообщает эта сила, m — масса тела

Сила — количественная мера действия тел друг на друга, в результате которого тела получают ускорения.

Сила — векторная физическая величина. Обозначается F. Единица измерения — Н (Ньютон). Прибор для измерения силы — динамометр.

Пример №1. Определить, с какой силой действует Земля на яблоко, если, упав с ветки, оно получило ускорение 9,8 м/с2. Масса яблока равна 200 г.

Сначала переведем массу яблока в кг. 200 г = 0,2 кг. Теперь найдем силу, действующую на яблоко со стороны Земли, по второму закону Ньютона:

F = ma = 0,2 ∙ 9,8 = 1,96 (Н)

Основные понятия и законы динамики

Часть механики, изучающая причины, вызвавшие ускорение тел, называется динамикой

Первый закон Ньютона:
Cуществуют такие системы отсчёта, относительно которых тело сохраняет свою скорость постоянной или покоится, если на него не действуют другие тела или действие других тел скомпенсировано.
Свойство тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения при уравновешенных внешних силах, действующих на него, называется инертностью. Явление сохранения скорости тела при уравновешенных внешних силах называют инерцией. Инерциальными системами отсчёта называют системы, в которых выполняется первый закон Ньютона.

Принцип относительности Галилея:во всех инерциальных системах отсчёта при одинаковых начальных условиях все механические явления протекают одинаково, т.е. подчиняются одинаковым законамМасса — это мера инертности телаСила — это количественная мера взаимодействия тел.

Второй закон Ньютона:Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на ускорение, сообщаемое этой силой:
$F{→} = m⋅a{→}$

Сложение сил заключается в нахождении равнодействующей нескольких сил, которая производит такое же действие, как и несколько одновременно действующих сил.

Третий закон Ньютона: Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, расположены на одной прямой, равны по модулю и противоположны по направлению:
$F_1{→} = -F_2{→} $

III закон Ньютона подчёркивает, что действие тел друг на друга носит характер взаимодействия. Если тело A действует на тело B, то и тело B действует на тело
A (см. рис.).
Или короче, сила действия равна силе противодействия. Часто возникает вопрос: почему лошадь тянет сани, если эти тела взаимодействуют с равными силами? Это возможно только за счёт взаимодействия с третьим телом — Землёй. Сила, с которой копыта упираются в землю, должна быть больше, чем сила трения саней о землю. Иначе копыта будут проскальзывать, и лошадь не сдвинется с места.
Если тело подвергнуть деформации, то возникают силы, препятствующие этой деформации. Такие силы называют силами упругости.

Закон Гука записывают в виде
где k — жёсткость пружины, x — деформация тела. Знак «−» указывает, что сила и деформация направлены в разные стороны.

При движении тел друг относительно друга возникают силы, препятствующие движению. Эти силы называются силами трения. Различают трение покоя и трение скольжения. Сила трения скольжения подсчитывается по формуле
где N — сила реакции опоры, µ — коэффициент трения.
Эта сила не зависит от площади трущихся тел. Коэффициент трения зависит от материала, из которого сделаны тела, и качества обработки их поверхности.

Трение покоя возникает, если тела не перемещаются друг относительно друга. Сила трения покоя может меняться от нуля до некоторого максимального значенияГравитационными силами называют силы, с которыми любые два тела притягиваются друг к другу.

Закон всемирного тяготения:Весом телаСила тяжестиНевесомостьюИскусственный спутник ЗемлиПервая космическая скорость

1.3. Основные понятия и законы статики и гидростатики

устойчивое, неустойчивое и безразличное.устойчивое равновесие.неустойчивое положениебезразличноеПлечом силыУсловие равновесия рычага:Давлениемзакон Паскаля:Гидравлический прессA1 = A2.силой Архимедазакон АрхимедажидкпогрУсловие плавания тела

1.4. Законы сохранения

Импульсом телаимпульсом силы.закон сохранения импульсаМеханической работойМощностьэнергией.кинетическую и потенциальную.кинетической энергией.потенциальной энергией.Энергия сжатой пружины:механическую энергию.закон сохранения механической энергии

1.5. Механические колебания и волны

КолебаниямиГармоническими колебаниямиамплитудой колебанийПериодом TЧастотой периодических колебаний-1Математическим маятникомПериод колебаний математического маятникаПериод колебаний груза на пружинеРаспространение колебаний в упругих средах.поперечнойпродольнойДлиной волныЗвуковыми волнами