Что можно сказать о величине направлении и точки приложения сил действия и противодействия
1.Историческая формулировка:
Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе — взаимодействия двух тел друг на друга равны и направлены в противоположные стороны.
2.Современная формулировка.
Тела попарно действуют друг на друга с силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей центры масс этих тел (абсолютно-твердые тела), равными по модулю и противоположными по направлению:
3. Попробуем рассмотреть этот процесс немного по новому.
пример 1. Мы толкаем тележку (или поднимаем груз)используя силу рук.
Что мы видим здесь? Сила одна,а точки опоры - две.
Оказывается этот типичный случай (см. рис.) действия силы отличается от случая описанного в третьем законе: там две силы и действуют они на одно тело, а это (как говорят в Одессе) две большие разницы.
4.Силы (действующая и противодействующая) по третьему закону Н. должны уничтожаться.(!) Может быть это происходит по тому,что противодействующей силы нет?
5. Мы утверждаем, что для действия силы нужны всегда две точки опоры.
И то что мы.что мы называем Законом действия и противодействия,вытекающим из 3 закона Н.
на самом деле вводит нас в заблуждение: Силы противодействия нет, а есть одна сила действующая на две точки опоры в противоположных направлениях.
6. Давайте рассмотрим ситуацию так как она описана в Третьем законе.
Речь идет о взаимодействии двух тел:
Возьмем два динамометра, сцепим их крюками и будем тянуть их в разные стороны.
Оба динамометра покажут силу равную по модулю. Так пишет учебник.
Если тело неподвижно,то - да.
А если встать на напольные весы в лифте(который будет свободно падать),то весы не покажут ничего! Куда делась сила противодействия? Сила притяжения есть, а где сила, которая должна подтвердить третий закон?
7. Дело в том,что сила не может взяться ниоткуда,сама по себе.
То что мы принимаем за силу противодействия есть сама сила действия. Например толкая стену рукой мы чувствуем действие стены на руку и воспринимаем это как противодействие.
Но это субъективно. Результат - травма руки, это не результат противодействия стены,которая неподвижна, а результат действия руки. По моему это очевидно.
8. А теперь еще раз,на примере.
Человек стоит в лодке и веслом отталкивается от берега с силой в 10Н.
Третий закон говорит, что берег (рождая силу противодействия) толкает лодку от берега.
Сама сила рук якобы отталкивать лодку не может так как она направлена в сторону берега.
Теперь второй опыт. Человек находится на середине озера и отталкивает веслом другую
лодку с силой 10 Н. Лодки разойдутся в разные стороны. Очевидно не так интенсивно как
в случае если с той же силой отталкиваться от берега. Каждая лодка получит усилие
в 5Н.
9. Все дело в том что сила в этом случае осталась одна она разложилась на две,а никакие другие не рождала.
10. Вывод. При действии одной силы она имеет две точки опоры и распадается на две силы ,противоположные по направлению.
11.Так же как мы несколько сил,действующих на тел, можем геометрически выразить через одну - результирующую. Так и одна сила действующая через две точки опоры разлагается на две.
12. Третий закон говорит о взаимодействии двух тел, о двух силах равных по модулю и имеющих общую природу.
Мы говорим, что сила действия и противодействия это одна сила, которая делиться по числу точек приложения (обычно две) и действие которой распространено по прямой соединяющей эти точки приложения силы в противоположных
направлениях.
Таким образом никакого противодействия в ответ на действие нет.
И если выразить в формуле:
Fо = Fд + Fп где сила общая (первичная) (Fо) есть сумма сил действия (Fд) и силы противодействия (Fд). Здесь сила первичная Fо есть та Сила которая рождает появление двух других, а сила Fд 'дащая движение.
То что сила противодействия не всегда бывает равна первичной силе и силе действия
видно напростом примере. Тело падает преожолневая сопротивление воздуха.
Здесь есть три силы, притяжения, сопротивления и результирующая -сила действия.
Тоже при движении в водной среде, например, катера.
Если бы всякая сила рождала силу противодесвтия равную по величине и протовиположныю по направлению то всякое движение было бы невозмоэжным.
13. То, что мы длительное время принимали силу противовдействия как врзникающую при действии, говорит не о наше очень субьективном, и в результате ошибочном, восприятии.
14. Чтобы не ошибаться надо принять причины возникновения силы. Это выделенная энергия. Если мы толкаем рукой стену, то в ней не вознивает силы,как результат
ваделения энергии. и значит "силы противовдействия" нет.
Если,например, мы рукой сжимаем пружину и затем отпускаем руку, то пружина рапрямляется и возникает впечатление, что действует возникшая сила противодействия. В то время как это всего лишь сила аккумулировання сила действия.
15. Тоже происходит при вращении тела. Центробежная сила это таже сила противодействия, которую мы воспринимаем как возникающую. На самом деле сила отбрасывающая вращающийся шарик при обрыве нити это всего лишь энерция движения.
16. Точка опоры.
Мы уже знаем что для действия силы нужно две точки опоры.
Рассмотрим на примере. Человек в лодке отталкивается шестом от берега.
Сила это сила его рук. Точка опоры - одна на лодке, а другую он создает, когда опирается шестом в берег.
И здесь берег - это только точка опоры, а вся сила рук используется для движения лодки.
Никакой силы противодействия здесь не возникает.
Рассмотрим процесс вбивания гвоздя молотком (рис. \(1\)). Изменение энергии молотка, позволяет совершать работу по забиванию гвоздя. Металлическая часть молотка воздействует на шляпку гвоздя, что вызывает сопротивление бруска при забивании гвоздя. Эта сила противодействует силе молотка. Поэтому молоток останавливается.
Сцепим два динамометра вместе. Показания динамометров будут одинаковы (рис. \(2\)). Следовательно, динамометры взаимодействуют равными по модулю и противоположно направленными силами.
Тела действуют друг на друга с равными по модулю силами и в том случае, если взаимодействие происходит на расстоянии.
К одному из динамометров прикрепим металлический брусок, а к другому — магнит (рис. \(3\)).
Сначала динамометры разведём на такое расстояние, при котором силы взаимодействия магнита и металлического бруска практически равны нулю. В данный момент оба динамометра будут показывать «0».
Если начинать сближать динамометры (перемещать один из них или оба сразу), то стрелки динамометров начнут отклоняться. Интересен тот факт, что отклонение от нуля происходит в разные стороны. Это означает, что силы взаимодействия магнита и металлического бруска противоположны по направлению. Показания динамометров в данном случае будут одинаковы.
Силы взаимодействия двух тел равны по величине, противоположно направлены, и действуют вдоль прямой, соединяющей эти тела:
Знак равенства обозначает, что действие равно противодействию, силы возникают попарно. Знак минуса означает, что силы действуют противонаправленно, их векторная сумма равна нулю.
Например, метеорит падает на землю, поскольку Земля притягивает его с силой тяжести F = mg . Однако, метеорит притягивает Землю с точно такой же по величине силой. Поскольку масса Земли чрезвычайно велика, её перемещение под действием этой силы пренебрежимо мало.
Силы, возникающие в результате взаимодействия тел, являются силами одной природы.
Все тела действуют на опору или подвес благодаря гравитации — силе притяжения между телом и Землёй. Под действием силы тяжести опора деформируется: скамейка изгибается, полка под весом книг провисает. Опора стремится вернуть исходное положение, что вызывает силы упругости, с которыми опора воздействует на тело (рис. \(4\)).
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Третий закон Ньютона"
На прошлых уроках мы с вами обсуждали вопрос о том, что любое действие тел друг на друга носит характер взаимодействия, то есть не бывает одностороннего действия одного тела на другое.
Мы говорили, что физическая величина, являющаяся количественной мерой воздействия одного тела на другое, в результате которого тела приобретают ускорения, называется силой.
Но что можно сказать о силах, с которыми два тела действуют друг на друга?
Чтобы ответить на этот вопрос, проведём несколько экспериментов. Подвесим две одинаковые гильзы, изготовленные из алюминиевой фольги, на изолирующих нитях. Прикоснёмся наэлектризованной палочкой к гильзам (например, стеклянной палочкой, потёртой о шёлк). Мы заметим, что обе гильзы отклонятся от прежнего положения на одинаковый угол. Следовательно, они взаимодействуют с равными по модулю, но противоположно направленными силами.
Следующий опыт. Возьмём два демонстрационных динамометра. Зацепим их друг за друга и подвесим.
Не трудно заметить, что показания обоих динамометров одинаковы. Эксперимент свидетельствует о том, что тела взаимодействуют с равными по модулю, но противоположно направленными силами.
Теперь проверим, как взаимодействуют тела на расстоянии. Для этого проведём такой опыт. Поместим на одну тележку магнит, а на вторую — железный брусок. Удерживая тележку с магнитом, дадим второй тележке возможность двигаться. Как видим, она поехала в сторону магнита.
Теперь будем удерживать тележку с бруском, а тележку с магнитом отпустим. Тележка с магнитом начнёт движение в сторону бруска. Значит, и железный брусок притягивает к себе магнит.
— А одинаковы ли модули сил, с которыми магнит и брусок притягивают друг друга?
Это можно выяснить с помощью динамометров. Равенство их показаний говорит о том, что модули этих сил равны.
Результат наших опытов не случайны. Механическое действие тел друг на друга всегда взаимно — это либо взаимное притяжение, либо взаимное отталкивание. Одностороннего действия не бывает. Существует лишь взаимодействие. Невозможно реализовать такой случай, чтобы какое-то тело действовало бы на другое тело, не испытывая при этом ответного действия. При этом силы, с которыми действуют тела друг на друга, всегда равны по модулю и противоположны по направлению.
В своём труде «Математические начала натуральной философии», Ньютон так сформулировал свой третий закон: действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены в противоположные стороны.
В формулировке данной Ньютоном, использованы термины «действие» и «противодействие». Ньютон под этими терминами понимал силы, с которыми взаимодействующие тела действуют друг на друга. Поэтому в дальнейшем мы будем пользоваться следующей формулировкой третьего закона Ньютона: силы, с которыми взаимодействующие тела действуют друг на друга, направлены по одной прямой, равны по модулю и противоположны по направлению.
Это утверждение справедливо для тел любых масс, размеров, формы и состава вещества.
В связи с третьим законом Ньютона может возникнуть, например, такой вопрос: «Почему яблоко падает на Землю, а не Земля на яблоко, хотя модули сил, с которыми они притягивают друг друга, равны?»
Давайте ответим и на него. Итак, для взаимодействующих тел по третьему закону Ньютона, силы равны по модулю, но противоположны по направлению. А по второму закону, сила, прямо пропорциональна массе тела и его ускорению.
Если в начальный момент оба тела покоились, то по законам кинематики получаем, что ускорения двух взаимодействующих тел (яблока и Земли) прямо пропорциональны пройденным ими расстояниям.
Таким образом, равенство сил не означает равенства результатов их действия. Под действием взаимного притяжения падает и яблоко на Землю, и Земля на яблоко. Но из-за огромного различия масс этих тел, расстояние, которое проходит Земля навстречу яблоку, крайне мало, по сравнению с расстоянием, пройдённым яблоком. Следовательно, более массивное тело получает небольшое ускорение, а лёгкое — гораздо больше.
Если привести во взаимодействие тело, массу которого надо измерить, с эталонным телом, имеющим известную массу, и измерить ускорения тел, то по отношению этих ускорений можно судить о том, во сколько раз измеряемая масса больше или меньше эталонной.
Этот метод используется в том случае, когда нельзя применить известный способ определения массы — взвешивание, например, при определении массы небесных тел, в частности Луны.
Важно помнить, что:
1) силы, возникающие при взаимодействии тел, приложены к разным телам, и поэтому они не могут уравновешивать друг друга. Уравновешиваться могут только силы, приложенные к одному и тому же телу.
2) силы, с которыми тела действуют друг на друга, одной природы.
Например, планета и её спутник взаимодействуют друг с другом силами всемирного тяготения. Так же вы знаете, что под действием притяжения к Земле тела, лежащие на опоре, деформируются сами и деформируют находящуюся под ними опору, в результате чего в теле и в опоре возникают силы упругости, посредством которых они и взаимодействуют.
Из седьмого класса вы знаете, что силу, приложенную к опоре, называют весом тела и обозначают большой латинской буквой Р.
А вот силу, приложенную к телу, и действующую со стороны опоры, мы будем называть силой реакции опоры и обозначать буквой N.
Третий закон Ньютона объясняет многие явления повседневной жизни. Так, при прыжках на батуте спортсмен отталкивает сетку с некоторой силой. Ответная (противодействующая) сила придаёт прыгуну направленное вверх ускорение.
Человек при ходьбе или автомобиль при движении отталкиваются от дорожного покрытия. В ответ на это дорожное покрытие действует на них с силой, имеющей горизонтальную составляющую, направленную вперёд.
Лодка или корабль отталкиваются от воды, самолёт — от воздуха, реактивный самолёт — от выбрасываемых двигателем газов.
Познакомимся ещё с одним важным положением механики — принципом относительности Галилея. Галилей впервые обратил внимание на то, что равномерное и прямолинейное движение по отношению к Земле не сказывается на протекание механических процессов.
Проведём мысленный эксперимент, подобный эксперименту Галилея. Представьте, что вы в комнате играете в мяч, подбрасывая его вверх. Мяч будет двигаться вверх—вниз; траектория — прямая линия. Если же вы находитесь в лодке, в вагоне поезда или в салоне самолёта, движущихся плавно и без толчков, то траектория движения мяча также будет прямой линией. Вы можете наблюдать колебания нитяного маятника, изучать движение шаров по наклонной плоскости, исследовать свободное падение тел и в лодке, и в вагоне поезда, и в салоне самолёта. Результаты будут точно такими же, как и при исследовании этих явлений в комнате.
На основании подобных рассуждений и физических экспериментов Галилей заключил, что «для предметов, захваченных равномерным движением, это движение как бы не существует».
Это утверждение и называется «принцип относительности Галилея» и в настоящее время он формулируется так: во всех инерциальных системах отсчёта все механические явления при одинаковых начальных условиях происходят одинаковым образом.
Это утверждение выражает равноправие всех инерциальных систем в механике: никакой механический эксперимент не в состоянии выделить и сделать главной какую-то одну инерциальную систему отсчёта по сравнению с остальными.
В заключении отметим, что три закона Ньютона, лежащие в основе классической механики, появились как результат обобщения многочисленных наблюдений, опытов и теоретических исследований многих учёных того времени. Однако они явились обобщением опытов, которые проводились с макроскопическими телами, обладающими скоростями, намного меньшими скорости света в вакууме. В процессе развития физики, изучая движение микроскопических объектов при скоростях, сравнимых со скоростью света, обнаружили, что в этом случае законы Ньютона не выполняются. Теорией, описывающей не только медленные, но и быстрые движения частиц, является специальная теория относительности, основы которой разработаны Эйнштейном в 1905 году. Однако с этой теорией вы ознакомитесь в старших классах.
Первый закон Ньютона
Тело будет находится в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения, пока и поскольку на него не подействуют другие тела. Так как количественно действие тел друг на друга определяет сила, то можно сказать что сила является причиной изменения скорости.
Первый закон Ньютона справедлив для инерциальных систем отсчета. То есть систем отсчета неподвижных, либо двигающихся с постоянной скоростью. Если система отсчета начинает двигаться с ускорением, то такая система отсчета будет неинерциальной, и причиной изменения скорости тела относительно такой системы отсчета будет не сила, действующая на тело, а сила действующая на саму эту систему отсчета.
Второй закон Ньютона
Ускорение тела прямо пропорционально силе действующей на тело, и обратно пропорционально его массе.
Под силой здесь имеется в виду векторная сумма всех сил приложенных к телу.Это так называемая равнодействующая сила, то есть сила которой можно заменить все действующие на тело
Благодаря этому закону мы можем вычислять все: если мы знаем, где находится тело, его скорость в начальный момент и силы, действующие на него, то мы вычисляем ускорение тела и далее переходим к кинематике.
Третий закон Ньютона
При любом взаимодействии двух тел сила, действующая со стороны одного тела на другое, равна по величине и противоположна по направлению силе, действующей со стороны второго тела на первое. Эти силы направлены вдоль прямой, соединяющей точки их приложения, и всегда имеют одну и ту же физическую природу. Другими словами можно сказать, что сила действия равна силе противодействия.
Виды сил
Как я уже говорил, силы определяют количественно взаимодействие тел друг с другом, то есть чем больше сила, тем больше взаимодействие. Сами же эти взаимодействия могут иметь различную природу, соответственно и силы возникающие при этом могут быть различны.
Сила упругости
Силы упругости возникают при деформации тела, то есть изменении его формы и размеров. Они всегда направлены в противоположную сторону деформирующей силы, и пытаются вернуть тело в исходное состояние. Основной закон теории упругости впервые был сформулирован в 1660 году английским ученым Робертом Гуком, и носит его имя.
Закон Гука Сила упругости , возникающая при упругой деформации растяжения или сжатия тела, пропорциональна абсолютному значению изменения длины тела .
Сила тяжести
По легенде Исаак Ньютон наблюдая за падающими яблоками в саду открыл закон всемирного тяготения, согласно которому тела притягиваются друг к другу с силой пропорциональной произведению их масс (m_1,m_2), и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними ( ).
Так как масса Земли, ее радиус и гравитационная постоянная являются константами, можно выразить их, обозначив буквой .
Сила тяжести, и ускорение свободного падения всегда будут направлены вертикально вниз. К центу Земли.
Если же опора будет находится под каким то углом к горизонту:
Если тело не действует ни на какую опору или подвес, то говорят что оно находится в состоянии невесомости, то есть . Это возможно в состоянии свободного падения или при отсутствии силы тяжести.
Динамика тела движущегося по окружности
Сила является причиной изменения скорости, причем это изменение может происходить как по модулю, так и по направлению. Если сила действует перпендикулярно вектору скорости, то тело меняет направление.
Для движения тела по окружности, необходима сила которая всегда будет перпендикулярна линейной скорости. Эту силу называют центростремительной, так как она всегда будет направлена к центру окружности по которой движется тело. Согласно второму закону ньютона она будет равна произведению центростремительного ускорения на массу тела.
Читайте также: