Законы движения Ньютона

Законы движения Ньютона три утверждения, описывающие отношения между силами, действующими на тело, и движением тела впервые сформулированные английским физиком и математиком Исааком Ньютоном. Которые лежат в основе классической механики.

Ньютона: закон инерции

Первый закон Ньютона гласит, что если тело покоится или движется с постоянной скоростью по прямой, оно будет оставаться в покое или продолжать двигаться по прямой с постоянной скоростью, если на него не будет действовать сила Фактически, в классической механике Ньютона нет важного различия между покоем и равномерным движением по прямой; их можно рассматривать как одно и то же состояние движения, наблюдаемое разными наблюдателями: один движется с той же скоростью что и частица, а другой движется с постоянной скоростью относительно частицы. Этот постулат известен как закон инерции. Закон инерции впервые сформулировал Галилео Галилей для горизонтального движения на Земле и позже был обобщен Рене Декартом Хотя принцип инерции является отправной точкой и фундаментальным предположением классической механики, он менее чем интуитивно очевиден для неподготовленного глаза. В аристотелевской механике и в обычном опыте объекты, которые не толкаются, имеют тенденцию останавливаться. Закон инерции был выведен Галилеем из его опытов с шарами, катящимися по наклонным плоскостям.

Для Галилея принцип инерции был основополагающим для его центральной научной задачи: он должен был объяснить, как возможно, что, если Земля действительно вращается вокруг своей оси и вращается вокруг Солнца, мы не ощущаем этого движения. Ответ на этот вопрос помогает принцип инерции: поскольку мы находимся в движении вместе с Землей и наша естественная тенденция сохранять это движение, Земля кажется нам покоящейся. Таким образом, принцип инерции, далекий от утверждения очевидного, когда-то был центральным вопросом научных споров К тому времени, когда Ньютон разобрался во всех деталях, можно было точно объяснить небольшие отклонения от этой картины, вызванные тем, что движение земной поверхности не является равномерным движением по прямой (обсуждаются эффекты вращательного движения). ниже). В ньютоновской формулировке общее наблюдение о том, что тела, которые не толкаются, имеют тенденцию останавливаться, объясняется тем фактом, что на них действуют несбалансированные силы, такие как трение и сопротивление воздуха.

Второй закон Ньютона: F = ma

Второй закон Ньютона представляет собой количественное описание изменений, которые сила может произвести при движении тела. Он утверждает, что скорость изменения импульса тела по величине и направлению равна приложенной к нему силе. Импульс тела равен произведению его массы на скорость. Импульс, как и скорость, является векторной величиной, имеющей как величину, так и направление. Сила, приложенная к телу, может изменить величину импульса или его направление, или и то, и другое. Второй закон Ньютона один из самых важных во всей физике. Для тела, масса которого m постоянна, ее можно записать в виде F = ma, где F (сила) и a (ускорение) векторные величины. Если на тело действует результирующая сила, то оно ускоряется в соответствии с уравнением. И наоборот, если тело не ускоряется, на него не действует результирующая сила.

Третий закон Ньютона: закон действия и противодействия

Третий закон Ньютона гласит, что при взаимодействии двух тел они прикладывают друг к другу силы, равные по величине и противоположные по направлению. Третий закон также известен как закон действия и противодействия. Этот закон важен при анализе задач статического равновесия, где все силы уравновешены, но он также применим к телам, находящимся в равномерном или ускоренном движении. Силы, которые он описывает, являются реальными, а не просто бухгалтерскими приемами. Например, книга, лежащая на столе, прикладывает к столу силу, равную ее весу. Согласно третьему закону, стол оказывает на книгу равную и противоположную силу. Эта сила возникает потому, что вес книги заставляет стол слегка деформироваться и отталкивать книгу, как спиральная пружина.

Если на тело действует результирующая сила, то оно испытывает ускоренное движение в соответствии со вторым законом. Если на тело не действует результирующая сила, либо потому, что сил вообще нет, либо потому, что все силы точно уравновешиваются противоположными силами, тело не ускоряется и можно сказать, что оно находится в равновесии. И наоборот, можно сделать вывод, что тело, которое не ускоряется, не имеет результирующей силы.

Влияние законов Ньютона

Законы Ньютона впервые появились в его шедевре «Philosophiae Naturalis Principia Mathematica» (1687), широко известном как «Начала». В 1543 году Николай Коперник предположил, что в центре Вселенной может находиться Солнце, а не Земля. За прошедшие годы Галилей, Иоганн Кеплер и Декарт заложили основы новой науки, которая заменит аристотелевское мировоззрение, унаследованное от древних греков, и объяснит работу гелиоцентрической Вселенной. В «Началах» Ньютон создал эту новую науку. Он разработал свои три закона для того, чтобы объяснить, почему орбиты планет представляют собой эллипсы, а не круги, в чем он преуспел, но оказалось, что он объяснил гораздо больше. Серия событий от Коперника до Ньютона известна под общим названием «Научная революция».

В 20 веке законы Ньютона были заменены квантовой механикой и теорией относительности как наиболее фундаментальные законы физики. Тем не менее, законы Ньютона продолжают давать точное описание природы, за исключением очень маленьких тел, таких как электроны, или тел, движущихся со скоростью, близкой к скорости света. Квантовая механика и теория относительности сводятся к законам Ньютона для тел большего размера или для тел, движущихся медленнее.

Популярные вопросы

• Первый закон Ньютона: закон инерции
• Второй закон Ньютона: F = ma.
• Третий закон Ньютона: закон действия и противодействия
• Влияние законов Ньютона

About Author

VOST

See author's posts