Динамика. Первый закон Ньютона

Слайд 1. Динамика. Первый закон Ньютона

Физика, 10 класс

Основные связи: $v=\frac{s}{t}$, $a=\frac{\Delta v}{\Delta t}$.

Слайд 2. Что изучает динамика

Динамика — раздел механики, изучающий причины изменения движения тел. Главный вопрос динамики: почему тело ускоряется, замедляется или меняет направление движения?

Ответ связан с взаимодействием тел и действующими силами.

Основные величины: $v=\frac{\Delta s}{\Delta t}$, $a=\frac{\Delta v}{\Delta t}$.

Слайд 3. Кинематика и динамика: в чём различие

Описывает движение, не объясняя его причины.

Изучает координату, скорость, ускорение и траекторию.

$\vec{v}=\frac{\Delta \vec{r}}{\Delta t}$, $\vec{a}=\frac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}$.

Объясняет изменение движения.

Исследует взаимодействия тел и силы, которые могут изменить скорость.

$\sum \vec{F}=m\vec{a}$.

Слайд 4. Инерция и инертность

Инерция — явление сохранения телом состояния покоя или равномерного прямолинейного движения, если внешнее воздействие не изменяет это состояние.

Инертность — свойство тела сопротивляться изменению скорости. Мерой инертности служит масса: чем больше масса тела, тем труднее изменить его движение.

Связь силы, массы и ускорения: $\vec{F}=m\vec{a}$.

Слайд 5. Наблюдаем инерцию

Слайд 6. Первый закон Ньютона

Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, в которых тело сохраняет состояние покоя или движется равномерно и прямолинейно, если на него не действуют другие тела или действие сил скомпенсировано.

Математическое условие: $\sum \vec{F}=0\Rightarrow \vec{v}=\text{const}$.

В общем случае: $\sum \vec{F}=m\vec{a}$.

Слайд 7. Инерциальная система отсчёта

• Связана с телом отсчёта, движущимся равномерно и прямолинейно

• Позволяет применять первый закон Ньютона без введения дополнительных сил

• В ней свободное тело покоится или движется с постоянной скоростью

• Пример: вагон поезда, движущийся по прямому участку с постоянной скоростью

• Условие равномерного движения: $\vec{a}=0$, поэтому $\sum \vec{F}=0$.

Слайд 8. Схема проверки движения

Чтобы применить первый закон Ньютона:

1. Выберите тело, движение которого анализируется.

2. Укажите все силы, действующие на него.

3. Определите, компенсируют ли силы друг друга.

4. Сделайте вывод о скорости тела.

Если $\sum \vec{F}=0$, то $\vec{a}=0$ и $\vec{v}=\text{const}$.

Слайд 9. Примеры проявления закона

При резком торможении пассажир наклоняется вперёд: тело стремится сохранить прежнюю скорость.

Мяч после толчка катится, пока сопротивление поверхности и воздуха не изменит его движение.

После выключения двигателя космический аппарат продолжает движение почти равномерно.

При быстром вытягивании скатерти посуда сохраняет почти прежнее положение.

Слайд 10. Свободное тело и равнодействующая сил

Свободным называют тело, на которое не действуют другие тела. В реальных условиях полностью свободных тел почти нет, поэтому рассматривают равнодействующую всех сил.

Если силы взаимно компенсируются, равнодействующая равна нулю: $\sum \vec{F}=0$. Это не означает отсутствия сил — например, сила тяжести и реакция опоры могут уравновешивать друг друга.

Слайд 11. «Всякое тело продолжает удерживаться в своём состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения…»

— Исаак Ньютон, формулировка закона инерции

Слайд 12. Как формировалось представление об инерции

Античность

XVII век

1687 год

Современная физика

Преобладала идея, что для поддержания движения постоянно нужна сила.

Исследования движения по наклонной плоскости привели к понятию инерции.

Ньютон сформулировал первый закон движения в труде «Математические начала натуральной философии».

Закон применяется как основной принцип описания движения в инерциальных системах отсчёта.

Слайд 13. Задание: объясни наблюдение

Для каждого случая назовите проявление инерции и укажите, какое тело изменило скорость:

• пассажир наклоняется назад при резком разгоне автобуса;

• пыль вылетает из ковра при встряхивании;

• шайба дольше скользит по льду, чем по шероховатой поверхности;

• предметы на приборной панели смещаются при повороте автомобиля.

Слайд 14. Главное о первом законе Ньютона

• Инерция — сохранение состояния движения при отсутствии нескомпенсированного воздействия.

• Инертность — свойство тела сопротивляться изменению скорости.

• Первый закон Ньютона выполняется в инерциальных системах отсчёта.

• При $\sum \vec{F}=0$ тело покоится или движется равномерно и прямолинейно.

• Для анализа ситуации нужно выбрать тело, найти силы и проверить их равновесие.

Слайд 15. Спасибо за внимание!