Три закона ньютона, и как с их помощью изменить жизнь. Формулировка третьего закона Ньютона: примеры, связь с ускорением системы и с ее импульсом

Цели:

• Сформулировать третий закон Ньютона, следствия из этого закона.
• Продолжить формирование навыка решения задач на законы Ньютона.

Оборудование: Штатив, динамометры, шарики разной массы, брусок, грузы, мультимедиа-плеер. На уроке используется презентация. (Приложение 1 ).

Ход урока

1. Постановка проблемного вопроса.

2. Актуализация знаний

Фронтальный опрос:

– Что называется инерцией?
– Приведите примеры движения тел по инерции? (+ задачи подготовленные учениками).
– Продемонстрируйте явление инерции, используя стакан, открытку и монету.
– Как читается 1-й закон Ньютона?
– Какие системы отсчета называются инерциальными?
– Что такое сила?
– Назовите характеристики силы?
– Экспериментально обоснуйте утверждение: ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей сил, приложенных к нему.
– Докажите экспериментально, что ускорение тела обратно пропорционально массе тела.
– Сформулируйте второй закон Ньютона (пример доказательства справедливости закона: презентация ученика).
– Как математически записывается второй закон Ньютона?
– Какие из величин: сила, скорость, ускорение, перемещение – всегда совпадают по направлению?

Самостоятельная работа:

1. В каких из приведенных ниже случаев речь идет о движении тел по инерции?

А. Человек, поскользнувшись, падает назад;
Б. Всадник летит через голову споткнувшейся лошади;
В. Пузырек воздуха равномерно и прямолинейно движется в трубке с водой.

2. Ниже перечислены движения тел относительно Земли. Какую систему отсчета, связанную с одним из этих тел, нельзя считать инерциальной системой отсчета? Систему отсчета, связанную с Землей, примите за инерциальную.

А. Девочка бежит с постоянной скоростью.
Б. Поезд движется равноускоренно.
В. Хоккейная шайба равномерно скользит по гладкому льду.

3. Как движется шарик массой 500 г под действием постоянной силы 4 Н?

А. С ускорением 2 м/с 2 ;
Б. С постоянной скоростью 0,125 м/с;
В. С постоянным ускорением 8 м/с 2 .

Ответы:

1. А, Б, В.

Решите задачу:
Автомобиль за 20с развивает скорость 36 км/ч. Найдите силу, сообщающую ускорение, если масса автомобиля 2 т? (Ответ : 1 кН).

3. Изучение нового материала

Учитель: Мы знаем, что не бывать одностороннего действия одного тела на другое, тела всегда взаимодействуют друг с другом.

Ударьте слегка ладошкой по столу. Что вы почувствовали? Ударьте сильнее по столу, что вы теперь ощущаете? Почему больно вам, если вы действовали на стол?

При взаимодействии друг с другом тела оказываются “равноправными”. Поскольку характеристикой взаимодействия является сила, то “равноправие” тел при взаимодействии выражается в равенстве сил, с которыми тела действуют друг на друга.

Демонстрация: Зацепим крючками два динамометра слегка и разведем их в стороны. Заметим показания обеих динамометров. Увеличим действие динамометров друг на друга. Заметим новые показания.

Равенство сил при взаимодействии тел или частиц отражает 3-й закон Ньютона.

Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению.

Математическая запись закона:

Проиллюстрируем 3-й закон Ньютона:

Пример: Человек при ходьбе действует на почву силой F 1 . Почва с такой же силой F 2 действует на человека вперед. Эта сила уравновешивает мышечное усилие, действующее на ступню назад. Нога остается на месте (не проскальзывает). Человек имеет возможность переступить на другую ногу.

Реактивное движение.

Реактивный двигатель действует на топливо с силой F 1 , направленной против предполагаемого движения ракеты. Топливо же действует на двигатель в противоположную сторону, приводя в движение ракету.

Мини-исследовательская работа: Изучение 3-го закона Ньютона (работа ученика).

Особенности 3-го закона Ньютона.

• Силы возникают при взаимодействии;
• Появляются парами;
• Одной природы;
• Не уравновешиваются;
• Приложены к разным темам.

Вернемся к фрагменту мультфильма. Скажите, соответствует ли эта ситуация тому, что мы изучили сегодня на уроке. По третьему закону Ньютона, выходящий из волка воздух действует на него с той же силой, с какой волк выдыхает. Но волк и лодка с парусом – единое целое. Силы приложены не к разным телам, а к одному. Эти силы равны по модулю и противоположны по направлению. По первому закону их равнодействующая равна нулю, следовательно, скорость в данном случае равна нулю.

4. Закрепление

1. Два мальчика взялись за руки. Первый мальчик толкает второго с силой 105 Н. С какой силой толкает второй мальчик первого?
2. Вопрос-шутка. Возможно ли? Вы получили удар в челюсть при боксерском поединке, и ушли в нокдаун. А когда вышли из него, сказали: “Ох, я ему и дал”.
3. Оцените достоверность его рассказа.

Некий озорной барон
Был в болото погружен.
За косичку себя взял
И себя с конем поднял.
Это быть могло когда-то?
Как считаете, ребята?

1. К железной тележке с помощью длинного стержня прилеплен магнит. Придет ли тележка в движение?

5. Домашнее задание

1. Упр. 12(3)
2. Приведите примеры проявления законов Ньютона в быту и природе.

Особенности 3 закона Ньютона. Силы появляются только парами. Всегда применяется при взаимодействии тел. Обе силы – одной природы. Силы не уравновешиваются, т.к. приложены к разным телам. Закон верен для любых сил.

Физика 10 класс

«Влажность воздуха для человека» - Научная работа по физике на тему «Влияние влажности воздуха на самочувствие человека». Проблемы при отклонениях от оптимальной влажности. Иваново 2009. Изменение влажности воздуха в течение дня в 9 кабинете. Содержание. Цели работы.

«Законы сохранения» - Величину. До. Закон Сохранения Импульса Закон Сохранения Механической Энергии Работа и Энергия. Тела. Для определения быстроты совершения работы вводят величину "мощность". После преобразования получим: Рассмотрим пример использования закона сохранения импульса. 3. Работа и Энергия.

«Электрический ток в вакууме» - Учитель физики: Должикова Н.Г. Урок физики. 10 класс. Вакуумный диод (для выпрямления переменного тока). Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия (ТЭЭ). Электронные пучки.

«Электроэнергетика в мире» - Гэс. Строятся на реках с большим падением и расходом воды. Содержание. Аэс. Типы электростанций. Используют ядерное топливо (урановые руды, плутоний). Тепловые электростанции(ТЭС). Нетрадиционные типы. Гидравлические электростанции(ГЭС). Используют энергию сгорания топлива. Атомные электростанции(АЭС). Нетрадиционные типы электростанций.

«Равновесие» - 4. y. Чему равна сила натяжения веревки? А. С. 8. 2. 10 класс. Найти силы, действующие на трос и стержень. В. Первое условие равновесия. Задача №1 Электрическая лампа подвешена на шнуре на кронштейне. 3. Статика.

«Уравнение состояния идеального газа» - Вывод уравнения: 1. Какой газ называется идеальным? 2. Назвать макроскопические параметры, характеризующие состояние газа. Уравнение состояния идеального газа. 3. Чему равна постоянная Авогадро? Физика 10 класс. Повторение: - Универсальная газовая постоянная. Тема урока.

В известной игре «перетягивание каната» обе партии действуют друг на друга (через канат) с одинаковыми силами, как это следует из закона действия и противодействия. Значит, выиграет (перетянет канат) не та партия, которая сильнее тянет, а та, которая сильнее упирается в Землю.

Рис. 72. Лошадь сдвинет и повезет нагруженные сани, потому что со стороны дороги на ее копыта действуют большие силы трения, чем на скользкие полозья саней

Как объяснить, что лошадь везет сани, если, как это следует из закона действия и противодействия, сани тянут лошадь назад с такой же по модулю силой , с какой лошадь тянет сани вперед (сила )? Почему эти силы не уравновешиваются? Дело в том, что, во-первых, хотя эти силы равны и прямо противоположны, они, приложены к разным телам, а во-вторых, и на сани и на лошадь действуют еще и силы со стороны дороги (рис. 72). Сила со стороны лошади приложена к саням, испытывающим, кроме этой силы, лишь небольшую силу трения полозьев о снег; поэтому сани начинают двигаться вперед. К лошади же, помимо силы со стороны саней , направленной назад, приложены со стороны дороги, в которую она упирается ногами, силы , направленные вперед и большие, чем сила со стороны саней. Поэтому лошадь тоже начинает двигаться вперед. Если поставить лошадь на лед, то сила со стороны скользкого льда будет недостаточна, и лошадь не сдвинет сани. То же будет и с очень тяжело нагруженным возом, когда лошадь, даже упираясь ногами, не сможет создать достаточную силу, чтобы сдвинуть воз с места. После того как лошадь сдвинула сани и установилось равномерное движение саней, сила будет уравновешена силами (первый закон Ньютона).

Подобный же вопрос возникает и при разборе движения поезда под действием электровоза. И здесь, как и в предыдущем случае, движение возможно лишь благодаря тому, что, кроме сил взаимодействия между тянущим телом (лошадь, электровоз) и «прицепом» (сани, поезд), на тянущее тело действуют со стороны дороги или рельсов силы, направленные вперед. На идеально скользкой поверхности, от которой нельзя «оттолкнуться», ни сани с лошадью, ни поезд, ни автомобиль не могли бы сдвинуться с места.

Рис. 73. При нагревании пробирки с водой пробка вылетает в одну сторону, а «пушка» катится в противоположную сторону

Третий закон Ньютона позволяет рассчитать явление отдачи при выстреле. Установим на тележку модель пушки, действующую при помощи пара (рис. 73) или при помощи пружины. Пусть вначале тележка покоится. При выстреле «снаряд» (пробка) вылетает в одну сторону, а «пушка» откатывается в другую. Откат пушки и есть результат отдачи. Отдача есть не что иное, как противодействие со стороны снаряда, действующее, согласно третьему закону Ньютона, на пушку, выбрасывающую снаряд. Согласно этому закону сила, действующая со стороны пушки на снаряд, все время равна силе, действующей со стороны снаряда на пушку, и направлена противоположно ей. Таким образом, ускорения, получаемые пушкой и снарядом, направлены противоположно, а по модулю обратно пропорциональны массам этих тел. В результате снаряд и пушка приобретут противоположно направленные скорости, находящиеся в том же отношении. Обозначим скорость, полученную снарядом, через , а скорость, полученную пушкой, через , а массы этих тел обозначим через и соответственно. Тогда

Здесь и - модули скоростей.

Выстрел из всякого оружия сопровождается отдачей. Старинные пушки после выстрела откатывались назад. В современных орудиях ствол укрепляется на лафете не жестко, а при помощи приспособлений, которые позволяют стволу отходить назад; затем пружины снова возвращают его на место. В автоматическом огнестрельном оружии явление отдачи используется для того, чтобы перезарядить орудие. При выстреле отходит только затвор. Он выбрасывает использованную гильзу, а затем пружины, возвращая его на место, вводят в ствол новый патрон. Этот принцип используется не только в пулеметах и автоматических пистолетах, но и в скорострельных пушках.

Первый закон Ньютона постулирует наличие такого явления, как инерция тел. Поэтому он также известен как Закон инерции . Инерция - это явление сохранения телом скорости движения (и по величине, и по направлению), когда на тело не действуют никакие силы. Чтобы изменить скорость движения, на тело необходимо подействовать с некоторой силой. Естественно, результат действия одинаковых по величине сил на различные тела будет различным. Таким образом, говорят, что тела обладают инертностью. Инертность - это свойство тел сопротивляться изменению их текущего состояния. Величина инертности характеризуется массой тела.

Пример. В качестве примера выполнения 1 закона Ньютона можно рассмотреть движение парашютиста (см. рис. 2). Он равномерно приближается к земле, когда действие силы тяжести компенсируется силой натяжения строп парашюта, которая в свою очередь обусловлена сопротивлением воздуха.

Второй закон Ньютона - дифференциальный закон движения, описывающий взаимосвязь между приложенной к материальной точке силой и получающимся от этого ускорением этой точки. Фактически, второй закон Ньютона вводит массу как меру проявления инертности материальной точки в выбранной инерциальной системе отсчёта (ИСО).

Пример. На рис. 3 показано, как движется мяч после столкновения с битой. Чем больше сила удара, тем с большим ускорением начнет двигаться мяч и, следовательно, тем большую скорость он приобретет за время удара.

Третий закон Ньютона Этот закон объясняет, что происходит с двумя взаимодействующими телами. Возьмём для примера замкнутую систему, состоящую из двух тел. Первое тело может действовать на второе с некоторой силой , а второе - на первое с силой . Как соотносятся силы? Третий закон Ньютона утверждает: сила действия равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия. Подчеркнём, что эти силы приложены к разным телам, а потому вовсе не компенсируются.

Пример. На рис. 5 показано взаимодействие космонавта и спутника (космонавт пытается придвинуть спутник к себе). Они действуют друг на друга с равными по величине, но противоположными по направлению силами. Отметим, что ускорения, с которыми космонавт и спутник будут перемещаться в космическом пространстве будут разными из-за разницы в массах этих объектов.

Законы Ньютона позволяют объяснить закономерности движения планет, их естественных и искусственных спутников. Иначе, позволяют предсказывать траектории движения планет, рассчитывать траектории космических кораблей и их координаты в любые заданные моменты времени. В земных условиях они позволяют объяснить течение воды, движение многочисленных и разнообразных транспортных средств (движение автомобилей, кораблей, самолетов, ракет). Для всех этих движений, тел и сил справедливы законы Ньютона.