16. Методика изучения законов Ньютона.

Первый закон Ньютона формулируется так: Существуют такие системы отсчета относительно которых поступательно движущиеся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела или действие их компенсируется. Такие системы отсчета, относительно которых тела движутся равномерно и прямолинейно или находятся в покое называютсяинерциальными. Одна из основных дидактических задач, которая стоит перед учителем разъяснить, что ни один опыт не может подтвердить закон инерции, так как не существует в природе свободных, ни с чем не взаимодействующих тел.

Традиционным опытом, который помогает учащимся осмыслить первый закон Ньютона является опыт с желобом Галилея: а) шар скатывается в кучу песка б) шар скатывается на шероховатую поверхность в) шар скатывается на гладкую поверхность. Обращаем внимание, что по мере уменьшения сопротивления движение шарика увеличивается во времени. Вывод: чем меньше взаимодействие, тем медленнее изменяется скорость.

Продолжая рассуждения (на основе мысленных экспериментов) приходим к выводу, что если бы на движущиеся тело не действовали другие тела или действие других тел компенсировалось бы, то в этих случаях тело находилось бы в покое или двигалось бы сколь угодно долго.

Другая трудность изучения этого вопроса заключается в том, что первый закон является следствием второго. В основе классической механики лежит определенные представления о свойствах пространства и времени. Эти утверждения справедливы и для классической механики и для СТО. Например, утверждение об однородности и изотропности пространства относительно инерциальной системы отсчета. Однородность пространства означает, что в нем нет выделеных точек, которые отличались бы от других. Изотропность пространства означает одинаковость его свойств по всем направлениям. Это значит, что если некоторое тело свободно от внешних воздействий, покоится в какой-то момент времени относительно ИСО и сохраняет состояние покоя во все остальные моменты, то пространство однородно относительно этой системы.

При изучении второго закона ньютона можно воспользоваться экспериментом (существует много вариантов) наиболее приемлемым для учащихся. Опыт проводим в следующей последовательности: 1. Находим зависимость ускорения от силы, когда масса постоянна – ускорение прямо пропорционально силе. 2. Зависимость ускорения от массы при постоянной силе – ускорение прямо пропорционально силе, но обратно пропорционально массе.

Во втором закон Ньютона идет речь о равнодействующей силе. При изучении третьего закона Ньютона можно использовать различные методические подходы. Известно, что тела в результате взаимодействия приобретают ускорения. Отношение ускорений равно обратному отношению масс.

Два тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной и той же прямой, равными по модулю и противоположно направлены.

К этому же уравнению можно прийти и на основе эксперимента. Опыты: на основе двух динамометров.

При изучении третьего закона Ньютона необходимо выяснить особенности сил о которых идет речь в нем: 1) так как силы приложены к различным телам, нельзя говорить о их равнодействующей; 2) силы, о которых идет речь в третьем законе Ньютона, имеют одинаковую природу.

Часто приходится решать задачи когда в условии дается система связанных тел. Рассмотрим случай, когда тела движутся равномерно без трения. Если при этом даны массы обеих тел и необходимо найти ускорения тел и силу натяжения нити, то система уравнений будет решаться в том случае, если нить считается нерастяжимой и невесомой. Не растяжимость нити позволяет считать ускорение одинаковым. Невесомость нити позволяет считать силы равными.