Первый закон Ньютона
| English | Русский |
|---|---|
| Newton's first law/ˈnjuːtnz fɜːst lɔː/ | Первый закон Ньютона |
| net force/net fɔːs/ | равнодействующая сила |
| inertia/ɪˈnɜːʃə/ | инерция |
| translational equilibrium/trænˈsleɪʃənl ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ | трансляционное равновесие |
| inertial reference frame/ɪˈnɜːʃl ˈrefrəns freɪm/ | инерциальная система отсчета |
Шайба, которая никогда не останавливается
- Проведите хоккейную шайбу по гладкому льду, и она будет скользить бесконечно, лишь слегка замедляясь.
- Представьте лед абсолютно без трения, и шайба скользила бы вечно.
- Ничто не толкает её вперёд -- она просто отказывается останавливаться сама по себе.
- Этот отказ является одним из глубочайших идей физики.
Первый закон Ньютона
- Первый закон Ньютона: тело сохраняет постоянную скорость, если на него не действует результирующая сила.
- Покоится? Остается в покое. Движется? Сохраняет ту же скорость и направление.
- «Нет результирующей силы» не означает «нет движения» -- это означает «нет изменения движения».
Объект, движущийся с постоянной скоростью, должен иметь ненулевую результирующую силу, толкающую его.
Постоянная скорость означает нулевую результирующую силу. Сила нужна только для изменения скорости, а не для поддержания ее.
Инерция
- Свойство тел сопротивляться изменениям движения называется инерцией.
- Чем больше масса, тем больше инерция -- груженый грузовик гораздо труднее разогнать или остановить, чем велосипед.
- Именно благодаря инерции выполняется первый закон.
У какого объекта наибольшая инерция?
Инерция измеряется массой — $2000\ \text{kg}$ автомобиль больше всего сопротивляется изменениям движения.
Трансляционное равновесие
- Когда результирующая сила равна нулю, тело находится в состоянии трансляционного равновесия.
- Это охватывает как тело в покое, так и тело, движущееся с постоянной скоростью.
- Для решения этих задач приравняйте $\sum F_x = 0$ и $\sum F_y = 0$ к нулю.
Скомпенсированы или нет?
По первому закону Ньютона определите, скомпенсированы ли силы, действующие на каждый объект.
Объект с нулевой результирующей силой находится в состоянии поступательного ____.
Нулевая результирующая сила → поступательное равновесие, которое охватывает покой и постоянную скорость.
Выберите все ситуации поступательного равновесия (нулевая результирующая сила).
Покой и постоянная скорость означают нулевую результирующую силу. Падающий шар ускоряется, поэтому его результирующая сила не равна нулю.
Ящик покоится, когда его тянут вправо с силой $40\ \text{N}$ и влево с силой $40\ \text{N}$. Какова результирующая горизонтальная сила (в Н)?
$40 - 40 = 0\ \text{N}$ — скомпенсированные силы, поэтому он остается в равновесии (покоится).
Инерциальные системы отсчета
- Первый закон выполняется только в инерциальной системе отсчета -- той, которая не имеет ускорения.
- В тормозящем автобусе вы наклоняетесь вперед без какой-либо силы, толкающей вас -- потому что сам автобус является неинерциальной системой отсчета.
- Физика формулируется с точки зрения инерциальных систем отсчета.
Когда автобус резко тормозит, а вас швыряет вперед, сила толкнула вас вперед.
Никакой силы вперед не действует — инерция вашего тела сохраняет движение, пока автобус (неинерциальная система отсчета) замедляется под вами.
Лампа висит неподвижно на двух натянутых веревках под углом.
- Она находится в трансляционном равновесии, значит, результирующая сила равна нулю.
- Горизонтальные составляющие натяжения веревок компенсируют друг друга, а их вертикальные составляющие вместе удерживают вес лампы -- две уравнения, $\sum F_x = 0$ и $\sum F_y = 0$, позволяют найти натяжение.
Постоянная скорость не требует тянущей силы. Автомобиль, движущийся с постоянной скоростью $100\ \text{km/h}$, находится в состоянии равновесия сил — его тяга двигателя точно уравновешивает сопротивление воздуха и трение. Сила необходима только для того, чтобы изменить скорость, а не поддерживать её.
Первый закон Ньютона: скорость остается постоянной, если на тело не действует результирующая сила -- тела сопротивляются изменениям благодаря своей инерции. Нулевая результирующая сила означает трансляционное равновесие (покой или постоянная скорость), решаемое с помощью $\sum F_x = 0$, $\sum F_y = 0$. Закон выполняется только в инерциальной системе отсчета, не имеющей ускорения.