Если Вы читаете это сообщение, то это значит, что у нас есть проблемы с загрузкой внешних ресурсов для нашего веб сайта.

If you're behind a web filter, please make sure that the domains *.kastatic.org and *.kasandbox.org are unblocked.

Основное содержание

Что такое первый закон Ньютона?

Первый закон Ньютона, также называемый законом инерции, — это самое важное, что вы должны знать о движении.

Почему предметы замедляются?

Ещё до Галилео и Ньютона многие учёные считали, что движущиеся предметы замедляются из-за некого неотъемлемого свойства. Однако в то время физики не принимали во внимание силы, влияющие на скорость движения на Земле, — трение, притяжение и сопротивление воздуха. Если мы посмотрим на то, как движутся предметы в открытом космосе, то увидим их естественные свойства без стороннего вмешательства. В открытом космосе любое тело будет двигаться с постоянной скоростью, пока некая внешняя сила не повлияет на его движение. Точно так же предмет, находящийся в открытом космосе в состоянии покоя, будет оставаться неподвижным, пока некая внешняя сила не изменит этого состояния.
В приведённом видео ниже мы увидим, что тела в открытом космосе остаются неподвижными относительно космической станции или же движутся с постоянной скоростью, пока на них не окажет воздействие некая внешняя сила.
Видеопроигрыватель Академии Хана
Идея о том, что объекты изменяют скорость только под действием внешних сил, была сформулирована в первом законе Ньютона.
Первый закон Ньютона. Всякое материальное тело сохраняет состояние покоя или продолжает равномерное прямолинейное движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние.
Обратите внимание на слова «сохраняет состояние покоя» и «продолжает равномерное движение». Этот закон можно понимать как закон сохранения состояния движения. Он гласит, что тело может изменить скорость или направление только под воздействием приложенной к нему силы. Предмет, скользящий по полу или по столу, замедляется под воздействием внешней силы трения. Но в настольном аэрохоккее, где поток воздуха препятствует соприкосновению шайбы со столом, шайба будет лететь почти с постоянной скоростью, пока на неё не будет воздействовать внешняя сила, например, пока она не врежется в борт стола.

Что такое сила, внешняя сила и результирующая сила?

Сила — это воздействие, при котором один предмет толкает или тянет другой. Единица измерения силы F называется ньютон или просто Н.
Внешняя сила — это сила, источником которой является некий сторонний объект (в противоположность внутренней силе). Например, сила притяжения, с которой Земля воздействует на Луну, для Луны будет внешней. С другой стороны, сила, с которой ядро Луны воздействует на её кору, для Луны будет внутренней. Внутренние силы тела не могут повлиять на его движение.
Результирующая сила, обозначаемая ΣF, — это результат действия всех сил, приложенных к телу. Если на тело одновременно воздействуют несколько сил, тогда результирующая сила будет равняться сумме этих сил. Но будьте внимательны: поскольку сила F — это вектор, то для нахождение результирующей силы ΣF используется векторная сумма.
Иными словами, если на ящик с замороженными пельменями действует сила 45 ньютонов, направленная вправо, и сила 30 ньютонов, направленная влево, то результирующая сила будет равняться:
ΣFгоризонтальная=45 Н30 Н
ΣFгоризонтальная=15 Н
Здесь мы считаем направление вправо положительным.
Первый закон Ньютона гласит, что если результирующая сила, приложенная к телу, равна нулю (ΣF=0), то ускорение этого тела будет также нулевым. Это не значит, что тело обязательно будет находиться в состоянии покоя, это значит, что его скорость будет постоянной. Иными словами, она будет постоянно равна нулю (в состоянии покоя) или постоянной ненулевой (при равномерном движении).
Если на коробку с замороженными пельменями будет действовать сила 45 ньютонов, направленная вправо, и сила 45 ньютонов, направленная влево, результирующая сила будет равна нулю. Коробка с замороженными пельменями будет либо продолжать движение с постоянной скоростью (если она двигалась до того, как силы были приложены), либо останется в состоянии покоя (если находилась в этом состоянии до того, как были приложения силы).

Что такое масса?

Свойство тела сохранять состояние покоя или двигаться с постоянной скоростью при отсутсвие внешних воздействий называется инерцией. Первый закон Ньютона часто называют законом инерции. Из личного опыта мы знаем, что у одних тел инерция больше, чем у других. Например, очевидно, что огромный булыжник сложнее сдвинуть с места, чем баскетбольный мяч.
Инерция тела зависит от его массы. Масса определяется как мера, характеризующее сложность придания данному телу ускорения. Чем больше масса тела, тем сложнее ему придать ускорение.
Грубо говоря, чем больше в теле «материи», тем больше его масса, и тем сложнее изменить его скорость, то есть придать ускорение.

Как решаются задачи на первый закон Ньютона?

Пример 1. Движение космического зонда

Межпланетный зонд движется в открытом космосе (вдали от любого воздействия со стороны планет и звёзд) вправо с постоянной скоростью и с выключенными ракетными двигателями. Если он одновременно включит два двигателя, направленные в противоположные стороны, как показано на рисунке ниже, и действующие с одинаковой силой, как изменится его движение?
a. Зонд продолжит движение с постоянной скоростью.
b. Зонд ускорится.
c. Зонд начнёт замедляться и в конце концов остановится.
d. Зонд мгновенно остановится.
Правильный ответ — «a». В соответствии с первым законом Ньютона, для изменения скорости тела требуется ненулевая результирующая сила. Результирующая сила от двух противоположно направленных двигателей будет равна нулю, двигатели взаимно нейтрализуют действие друг друга, значит, скорость зонда не изменится.

Пример 2. Лифт

Лифт поднимается с постоянной скоростью при помощи троса, как показано на схеме ниже. Как соотносится величина силы —Fc—со стороны троса, тянущего лифт вверх, и силы —Fg—со стороны земной гравитации?
a. Fc больше, чем Fg.
b. Fc равна Fg.
c. Fc меньше, чем Fg.
d. Fc может быть как больше, так и меньше, чем Fg в зависимости от массы лифта.
Верный ответ — «b». Если лифт движется с постоянной скоростью, то результирующая сила должна быть равной нулю. Чтобы результирующая сила равнялась нулю, силы, направленные вверх и вниз, должны взаимоуничтожаться.

Пример 3. Траектория космического зонта

Межпланетный зонд движется в открытом космосе (вдали от любого воздействия со стороны планет и звёзд) вправо с постоянной скоростью. Если ненадолго включится и выключится ракетный двигатель, воздействовав на зонд с силой, указанной на рисунке, по какой траектории полетит зонд после выключения двигателя?
a. Траектория A
b. Траектория B
c. Траектория C
d. Траектория D
Верный ответ — «c». После выключения двигателя на космический зонд перестали действовать какие-либо силы. Поскольку результирующая сила равна нулю, поэтому скорость, и направление движения будут постоянными. Согласно первому закону Ньютона зонд будет двигаться по прямой с неизменной скоростью. Тот факт, что на зонд воздействовали силой, направленной вертикально, никак не повлияло на его горизонтальную скорость, только на вертикальную. Постоянная вертикальная и горизонтальная скорости заставят зонд лететь в космосе по диагонали.

Хотите присоединиться к обсуждению?

Пока нет ни одной записи.
Знаете английский? Нажмите здесь, чтобы увидеть обсуждение, которое происходит на английской версии сайта.