Открытый урок Законы Ньютона

Тема: Законы Ньютона.

Задание 1. Физический диктант.

1. Почему Луна не падает на Землю?

2. Почему мы замечаем силу притяжения всех тел к Земле, но не замечаем взаимного притяжения между самими этими телами?

3. Как двигались бы планеты, если бы сила притяжения Солн­ца внезапно исчезла?

4. Некоторые тела (воздушные шары, дым, самолеты, птицы) под­нимаются вверх, несмотря на тяготение. Как вы думаете, поче­му? Нет ли здесь нарушения закона всемирного тяготения?

5. Что нужно сделать, чтобы увеличить силу тяготения между двумя телами?

6. Самая тяжелая свинья, выращенная в США в 1933 году, имела массу 1157, 5 кг. Сколько человек потребуется, чтобы поднять её на весы, если каждый человек разовьет усилие 500 Н?

7. Пусть между двумя деревянными шарами, что лежат на столе, сила тяготения равна F. Изменится ли численное значение этой силы, если между шарами поместить экран?

8. Человек прыгает со стула. В руках он держит весы, на чашке которых лежит груз 10 кг. На каком делении будет стоять стрелка весов во время падения?

9. Разгадайте ребус.

Задание 2. Прочитайте и законспектируйте.

Первый законы Ньютона

Галилей исследовал законы движения самых обычных предметов, которые были у него под рукой. Изучая эти законы, производя различные опыты, чтобы выяснить, как скатываются шарики по наклонной плоскости, как качаются маятники и т. д. Галилей открыл великий принцип, который называется принципом инерции и состоит вот в чем:

если на предмет ничто не действует и он движется с определенной скоростью по прямой линии, то он будет двигаться с той же самой скоростью и по той же самой прямой линии вечно. Вот такое удивительное свойство нашего мира. Как ни странно это звучит для тех, кто пытался заставить шарик вечно катиться по полу, но если бы эта идеализация была верна, и на шарик ничто не действовало (например, трение о пол), то шарик все время катился бы с постоянной скоростью.

Строго говоря, суть первого закона Ньютона состоит в существовании особых систем отсчета, называемых инерциальными, в которых только и верны другие законы Ньютона. Признаком инерциальной системы отсчета является то, что скорости тел относительно нее меняются только под влиянием сил, действующих со стороны других тел. В неинерциальных системах отсчета (например, на вращающейся карусели или в ускоряющемся вагоне) скорости тел могут меняться и без физического воздействия.

Нет уникального стандарта покоя. Например, в вагоне с завешенными шторами и изолированном от звуков вы не определите движетесь вы равномерно или покоитесь. Понятие движения имеет смысл, только если оно задано относительно других объектов. Так устроен мир.

Второй закон Ньютона

Наступила очередь Ньютона, который раздумывал над таким вопросом: а если шарик не катится по прямой линии, что тогда? И он ответил так: для того чтобы хоть как-нибудь изменить скорость, нужна сила. Например, если вы подталкиваете шарик в том направлении, в каком он катится, то он покатится быстрее. Если вы заметили, что он свернул в сторону, значит, сила действовала сбоку.

Закон можно проверить экспериментально. Например, если мы привяжем к веревке камень и станем крутить его над головой, то почувствуем, что за веревку надо тянуть. Правда, когда камень летает по кругу, величина скорости не изменяется - зато изменяется ее направление. Значит, нужна сила, которая все время тянула бы камень к центру, и сила эта пропорциональна массе. Если мы возьмем два разных предмета и станем раскручивать сначала один, а потом другой с той же самой скоростью, то во втором случае потребуется сила, во столько раз большая, во сколько масса второго предмета больше массы первого.

Массу называют мерой сопротивления тела силовому воздействию. Масса является мерой инерции, ее иногда называют инертной массой.

Формула

Проанализировав огромную совокупность опытных данных, Ньютон нашел простую связь между силой и ускорением:

Третий закон Ньютона

Силы возникают попарно. Вспомним закон тяготения: два тела притягивают друг друга с одной и той же силой. Но не только силы притяжения действуют обоюдно. Нам кажется, что ударив ногой по мячу, только мы подействовали на мяч с некоторой силой. Мало кто задумывается, что в момент удара мяч ударил нас с точно такой же силой! В этом есть суть третьего закона Ньютона. Силы всегда возникают попарно, при этом одной природы и равны по значению.

Гравитационные, магнитные и электрические силы

Демонстрация равенства сил

Силы, которые возникают попарно приложены к разным телам. Если мальчик, стоя, давит на пол, пол давит на мальчика. Одна сила приложена к полу - это вес (мальчика). Сила, с которой пол "отвечает" приложена к мальчику - реакция опоры. Возникающие силы всегда направлены в противоположные стороны.

Задание 3. Решите следующие задачи.

1. К телу массой 2 кг приложена горизонтальная сила, которая вызывает ускорение 4 м/с. Чему равно значение этой силы?

2. При столкновении двух тележек массами m₁ = 2 кг и m₂ = 8 кг первая получила ускорение, равное a₁=4 м/с². Определите модуль ускорения второй тележки.

3. Мяч массой 0,5 кг после удара, длящегося 0,02 с, приобрёл скорость 10 м/с. Найти среднюю силу удара.

4. К телу массой 4 кг приложены две горизонтальные силы, 10 Н и 30 Н, направленные в противоположные стороны. Куда и с каким ускорением будет двигаться тело?

5. При столкновении двух шаров массами 1 кг и 10 кг возникают силы взаимодействия одного шара на другой. На какой из шаров действует большая сила?

6. Определите силу упругости, возникающую при подвешивании груза на пружине имеющей жесткость 300 Н/м при удлинении ее на 1 мм.

7. Определите силу, действующую на трос жесткостью 50 кН/м² при буксировке автомобиля, если удлинение троса составило 200 см. Трением пренебречь.

8. Определите силу притяжения к Луне космического тела массой 7·10³ тонны, находящегося на расстоянии 100 км от нее, если масса Луны - 7,35·10²² кг.

9. Жесткость одной пружины равна k_{1 ,} другой k₂. Какова жесткость пружины (k), составленной из этих пружин, соединенных последовательно.

10. Найдите удлинение нити, к концу которой прикреплен брусок массой 100 г., если жесткость нити составляет 50 кН/м, а ускорение с которым движется брусок - 0,3 м/с² . Трением пренебречь.

11. Найдите ускорение тела массой 5 кг, если известно, что сила действующая на него равна 59 Н.

12. Найдите массу тела, если оно приобрело ускорение 0,7 м/с² под действием силы 30 Н.

13. С каким ускорением движется тело массой 3 кг, если на него действует сила 1 Н?

14. Определите массу тела, которому сила 1 Н сообщает ускорение 0,5 м/c².