Взаимодействие тел. Сила. Законы динамики Ньютона

Простые наблюдения и опыты, например с тележками (рис.), приводят к следующим качественным заключениям:

а) тело, на которое другие тела не действуют, сохраняет свою скорость неизменной;

б) ускорение тела возникает под действием других тел, но зависит и от самого тела;

в) действия тел друг на друга всегда носят характер взаимодействия.

Взаимодействия отличаются друг от друга и количественно, и качественно. Например, ясно, что чем больше деформируется пружина, тем больше взаимодействие ее витков. Или чем ближе два одноименных заряда, тем сильнее они будут притягиваться. В простейших случаях взаимодействия количественной характеристикой является сила.

Сила — причина ускорения тел (в инерциальной системе отсчета).

Сила — это векторная физическая величина, являющаяся мерой ускорения, приобретаемого телами при взаимодействии.

Сила характеризуется:

а) модулем;

б) точкой приложения;

в) направлением.

Единица силы — ньютон: .

Явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него на него других тел называется инерцией. На основании опытных данных были сформулированы законы Ньютона.

Первый закон Ньютона (закон инерции):Существуют системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых свободные тела движутся равномерно и прямолинейно.

Если равнодействующая всех сил, действующих на тело, равна нулю, то тело совершает равномерное прямолинейное движение или находится в состоянии покоя. Равнодействующей нескольких сил называют силу, действие которой эквивалентно действию тех сил, которые она заменяет. Равнодействующая является векторной суммой всех сил, приложенных к телу.

.
Пример: лежащий на земле камень находится в состоянии покоя. Парашют с раскрытым куполом спускается на землю с постоянной скоростью.

Сложение сил производится по правилу сложения векторов.

Второй закон Ньютона: произведение массы на ускорение равно сумме действующих на тело сил: . Т.е. ускорение, с которым движется тело, прямо пропорционально равнодействующей всех сил, действующих на тело, обратно пропорционально его массе и направлено так же, как и равнодействующая сила: .

Пример: чем сильнее ударить по мячу, лежащему на земле, тем большее ускорение он приобретёт этот мяч. Применение в технике: разгон самолёта при взлёте и его торможение при посадке.

Третий закон Ньютона: Силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулям и направлены по одной прямой в противоположные стороны: .

Пример: при забивании гвоздя молотком не только молоток действует на гвоздь, но и гвоздь действует на молоток, останавливая его. Когда вы, находясь в одной лодке, начнете за веревку подтягивать другую лодку, то и ваша лодка обязательно будет двигаться вперед.