1. Первый закон Ньютона: существуют системы отсчёта, называемые инерциальными, в которых тела движутся равномерно и прямолинейно или покоятся, если на них не действуют другие тела.
Если относительно какой-либо системы отсчёта тело движется с ускорением, не вызванным действием на него других тел, то такую систему называют неинерциальной.
Любое тело, движущееся равномерно и прямолинейно или покоящееся, можно считать инерциальной системой отсчёта. Тело, движущееся равномерно по окружности, является неинерциальной системой отсчёта.
Любое тело, движущееся с ускорением в инерциальной системе отсчёта, является неинерциальной системой отсчёта.
Инерция – движение, при котором тело сохраняет свою скорость.
2. Масса тела.
Величину
,
равную отношению модуля силы к модулю
ускорения тела, называют инертной
массой
тела.
Масса является мерой инертности тела. Инертностью называется свойство тела сохранять свою скорость неизменной (в инерциальной системе отсчёта), когда внешние воздействия отсутствуют или компенсируют друг друга. При наличии внешних воздействий инертность тела проявляется в том, что его скорость меняется не мгновенно, а постепенно, и тем медленнее, чем больше инертность тела, то есть его масса.
Массы тел также являются причиной их гравитационного притяжения друг к другу (об этом подробнее в теме “закон всемирного тяготения”).
Массу,
определяющую способность тел притягиваться
друг к другу, называют гравитационной
массой
.
Из
многочисленных опытов механики следует,
что
.
Таким образом, масса тела – это количественная мера его инертных и гравитационных свойств.
Масса служит мерой содержащегося в теле вещества. Плотностью однородного тела называется отношение массы тела к его объёму:
,
3. Второй закон Ньютона: произведение массы тела на вектор ускорения есть равнодействующая всех сил, приложенных к телу:
,
Справедливы следующие утверждения:
1.
, где a — модуль ускорения, F — модуль
равнодействующей силы.
2.
Вектор ускорения
сонаправлен с вектором равнодействующей
силы
,
так как масса тела положительна.
4. Третий закон Ньютона: два тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению. Эти силы имеют одну и ту же физическую природу и направлены вдоль прямой, соединяющей их точки приложения.
.
Вес
тела
и сила реакции опоры
являются примерами сил действия и
противодействия, связанных третьим
законом Ньютона:
5. Силы. Виды сил.
Cила – количественная мера взаимодействия тел.
Фундаментальные взаимодействия определяют 4 вида сил в природе:
1) электромагнитные: сила трения, сила упругости, сила реакции опоры;
2) гравитационные: сила тяжести, сила тяготения;
3) ядерные силы (силы сильного взаимодействия);
4) силы слабого взаимодействия (удерживают элементарные частицы от распада).
Сила тяжести – сила, действующая на тело со стороны Земли. Эта сила приложена в центре тяжести тела.
Сила реакции опоры, сила нормального давления, вес тела.
1) – сила реакции опоры – сила, с которой опора действует на тело.
2)
сила
нормального давления –
сила, с которой тело давит на опору.
Обе
силы перпендикулярны поверхности
соприкосновения тел, равны по модули и
противоположны по направлению:
,
3
)
Вес
тела
- сила,
с которой тело действует на опору или
подвес. Из определения вес тела и сила
нормального давления понятия равнозначные.
Вес тела равен по модулю силе реакции
опоры и противоположен ей по направлению:
,
На рисунке изображены силы тяжести,
реакции опоры и вес тела. Силы тяжести
и реакции опоры действуют на тело, сила
реакции опоры действует на опору.
Состояние, при котором вес тела равен нулю, называется состоянием невесомости. В таком состоянии тело не давит на опору и не растягивает подвес. Свободное падение тела является примером невесомости.
С
ила
натяжения нити
–
сила, с которой нить (подвес) действует
на тело. Эта сила направлена по нити.
Если тела связаны невесомой нитью, то
натянутая нить действует с одинаковыми
силами как на одно, так и на другое тело.
Сила трения – сила сопротивления, возникающая при относительном перемещении прижатых друг к другу тел. Эта сила направлена по касательной к поверхности соприкосновения тел и противоположно направлению перемещения данного тела.
1) Случай подвижного тела – возникает cила трения скольжения:
где
–
коэффициент
трения скольжения (
).
2) Случай неподвижного тела – возникает cила трения покоя:
.
Сила трения не зависит от площади соприкосновения поверхностей, а определяется коэффициентом трения поверхностей и модулем силы реакции опоры.
Сила упругости – это сила, возникающая при упругой деформации тела и направленная в сторону, противоположную смещению частиц тела в процессе деформации. Сила упругости:
1) действует между соседними слоями деформированного тела и приложена к каждому слою;
2) действует со стороны деформированного тела на соприкасающееся с ним тело, вызывающее деформацию, и приложена в месте контакта данных тел перпендикулярно их поверхностям (типичный пример — сила реакции опоры).
Закон Гука. Модуль силы упругости прямо пропорционален величине деформации. В частности, для пружины, сжатой или растянутой на величину x, сила упругости даётся формулой:
F = kx,
где k — коэффициент жёсткости пружины (жёсткость).
Коэффициент жёсткости k зависит не только от материала пружины, но также от её формы и размеров.
Закон Гука в векторной форме:
.
Знак
показывает, что сила упругости направлена
в противоположную сторону деформации.
Закон Гука справедлив только при малых деформациях.
Динамометр – прибор для измерения силы. Использование динамометра основано на том факте, что сила упругости пружины в определённых пределах прямо пропорциональна её деформации. По длине растянутой пружины можно судить о значении приложенной силы.
При
параллельном соединении пружин жесткость
системы равна:
.
При
последовательном соединении
пружин жесткость системы равна:
.
Типовые задачи
1)
Тело массой 100 г движется по шероховатой
горизонтальной поверхности под действием
силы F=2
Н,
направленной под углом 300
к горизонтали. Определите ускорение
тела. Коэффициент трения поверхности
2) Тело массой m скользит без начальной скорости вниз по наклонной плоскости с углом наклона α. Определите ускорение тела в случае: а) трение о плоскость отсутствует; б) коэффициент трения тела о плоскость равен . При каком коэффициенте трения ещё возможно скольжение?
3
)
Тело массой 1 кг лежит на горизонтальной
поверхности. К нему в горизонтальном
направлении прикладывают силу F.
Коэффициент трения тела о плоскость
равен 0,4. Определить ускорение тела и
величину силы трения, если: а) F=5
Н; б) F=3
Н.
4) Верёвка удерживает тело массой m на гладкой наклонной плоскости с углом наклона α. Определите силу натяжения нити.
5
)
Пружина с жёсткостью
удерживает тело массой m
на гладкой наклонной плоскости с углом
наклона α.
На какую величину растянута пружина?
6
)
К одному концу верёвки, перекинутой
через блок, подвешен груз массы m=10
кг. С какой силой F
нужно тянуть вниз за другой конец
верёвки, чтобы груз поднимался с
ускорением a=1
м/с2
?
7
)
Найти силу натяжения нити в устройстве,
изображённом на рисунке, если массы тел
и
.
8) В покоящемся лифте лежит брусок массой m. Каким будет вес бруска при движении лифта:
а) вверх со скоростью v, вниз со скоростью v;
б) вверх ускоренно с ускорением a<g;
в) вниз ускоренно с ускорением a<g;
г) вверх замедленно с ускорением a<g;
д) вниз замедленно с ускорением a<g?