Первый закон Ньютона

Динамика материальной точки.

Основы динамики

Сила – это количественная мера взаимодействия тел. Сила является причиной изменения скорости тела. Сила является векторной величиной. Векторная сумма всех сил, действующих на тело, называется равнодействующей силой.

Существуют такие системы отсчета, относительно которых изолированные поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость неизменной по модулю и направлению. Свойство тел сохранять свою скорость при отсутствии действия на него других тел называется инерцией. Поэтому первый закон Ньютона называют законом инерции.

В этом случае равнодействующая всех сил равна нулю.

Второй закон Ньютона – основной закон динамики. . Ускорение тела прямо пропорционально силе, действующей на тело и обратно пропорционально массе этого тела. Здесь F – геометрическая сумма всех сил, действующих на тело.

.

Второй закон Ньютона позволяет вычислить силу, действующую на тело по формуле

Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение. В Международной системе единиц (СИ) за единицу силы принимается сила, которая сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с². Эта единица называется ньютоном (Н). Ее принимают в СИ за эталон силы

Третий закон Ньютона: тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению. (рис1)

Силы, возникающие при взаимодействии тел, всегда имеют одинаковую природу. Они приложены к разным телам и поэтому не могут уравновешивать друг друга.

Несмотря на разнообразие сил, имеется всего четыре типа взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое.

Гравитационное взаимодействие существует между всеми телами, обладающими массами. Закон всемирного тяготения, открытый Ньютоном, гласит:
Сила взаимного притяжения двух тел, которые могут быть принятыми за материальные точки, прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

рис.1

Коэффициент пропорциональности у называют гравитационной постоянной. Она равна 6,67 • 10-11 Н•м²/кг².

Одним из проявлений силы всемирного тяготения является сила тяжести. Так принято называть силу притяжения тел к Земле вблизи ее поверхности. Если М – масса Земли, R_З – ее радиус, m – масса данного тела, то сила тяжести равна где g – ускорение свободного падения

Для тела, находящегося на расстоянии H от земли силу тяжести рассчитывают по формуле:

а ускорение свободного падения –

Среднее значение ускорения свободного падения для различных точек поверхности Земли равно 9,81 м/с².

Примером электромагнитных сил являются силы трения и упругости

Сила трения возникает при соприкосновении двух тел вследствие взаимодействия между атомами и молекулами соприкасающихся тел. Сила трения скольжения всегда направлена в сторону, противоположную направлению движения и пропорциональна силе нормального давления тела на опору, равной силе реакции опоры

Коэффициент пропорциональности μ называют коэффициентом трения скольжения.

Весом тела называют силу, с которой тело вследствие его притяжения к Земле действует на опору или подвес. В соответствии с третьим законом Ньютона вес тела равен по модулю силе реакции опоры и направленной в противоположную сторону: .

Рис.2 рис 3

При деформации тела возникает сила, которая стремится восстановить прежние размеры и форму тела. Ее называют силой упругости.

Простейшим видом деформации является деформация растяжения или сжатия (рис. 3). При малых деформациях сила упругости пропорциональна деформации тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации:

F_x = F_упр = –kx.

Это соотношение выражает экспериментально установленный закон Гука. Коэффициент k называется жесткостью тела. В системе СИ жесткость измеряется в ньютонах

Дата добавления: 2014-01-04