Физика · конспекты ★0
Физика › 9 класс › Взаимодействие тел

Тема 7Первый закон Ньютона. Вектор силы

★★★
Термины темы — найди их в тексте:СилаИнерциальная система отсчётаинерциальныминеинерциальная

Аристотель считал: чтобы тело двигалось, его нужно всё время толкать, а перестанешь — оно остановится. Галилей показал, что это не так. Тело останавливается из-за трения, а без него двигалось бы бесконечно.

Шарик скатывается с горки на гладкую поверхность: без трения он катился бы бесконечно
Шарик скатывается с горки на гладкую поверхность: без трения он катился бы бесконечно Иллюстрация: light-fizika.ru
Закон инерции (Галилей)

Тело покоится или движется равномерно и прямолинейно, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.

Сила, которую приходится прикладывать для движения с постоянной скоростью, нужна только для того, чтобы скомпенсировать трение и сопротивление воздуха.

Вектор силы

Определение

Сила (F⃗\vec F) — векторная величина, мера действия одного тела на другое; единица — ньютон (Н).

У силы есть модуль, направление и точка приложения. Её изображают стрелкой: длина — модуль, направление стрелки — направление силы, начало — точка приложения.

Инерциальные системы отсчёта

Выполняется ли закон инерции в любой системе отсчёта? Пока тележка едет равномерно, шарики на ней покоятся. Но стоит ей затормозить — шарики приходят в движение относительно тележки, хотя никакие новые силы на них не подействовали!

Тележка тормозит — шарики приходят в движение без новых сил. В разгоняющемся грузовике опрокидывается грузТележка тормозит — шарики приходят в движение без новых сил. В разгоняющемся грузовике опрокидывается груз
Тележка тормозит — шарики приходят в движение без новых сил. В разгоняющемся грузовике опрокидывается груз Иллюстрация: light-fizika.ru
Первый закон Ньютона

Существуют системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых тело покоится или движется равномерно и прямолинейно, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.

Определение

Инерциальная система отсчёта — система отсчёта, в которой выполняется закон инерции.

Простой признак: система отсчёта, движущаяся без ускорения относительно инерциальной, тоже инерциальна. А разгоняющийся, тормозящий или поворачивающий автобус — неинерциальная система.

Запомни

Во многих задачах Землю можно считать инерциальной системой отсчёта: её ускорение мало. Ещё точнее инерциальна система, связанная с Солнцем и далёкими звёздами.

Гелиоцентрическая система отсчёта: начало координат — в Солнце, оси направлены на далёкие звёзды
Гелиоцентрическая система отсчёта: начало координат — в Солнце, оси направлены на далёкие звёзды Иллюстрация: light-fizika.ru
Образ для запоминания

Первый закон — «закон лени»: тело «ленится» менять скорость. Автобус тормозит, и вы «летите» вперёд не потому, что вас толкнули, а потому, что продолжаете ехать, как ехали.

⚗ Мини-опыт

Режим «Опыт Галилея»: уменьшайте наклон второго склона и трение. Как далеко укатится шарик? Режим «Тележка»: затормозите тележку и проследите за шариками на ней.

▶ Симуляция PhET

На экране «Движение» выключите трение, толкните ящик и отпустите. Что происходит со скоростью, когда сила перестаёт действовать?

Силы и движение: основыОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Что будет с движущимся телом, если все силы на него скомпенсированы?
Останавливает тело трение — а это тоже сила.
2Какая система отсчёта неинерциальная?
Тормозящий автобус движется с ускорением.
3Почему на льду трудно остановиться?
Без заметной силы тело сохраняет скорость.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Сформулируйте первый закон Ньютона.

    Ответ

    Существуют инерциальные системы отсчёта, в которых тело покоится или движется равномерно и прямолинейно, если действие других тел скомпенсировано.

    Как получилось?
  2. Парашютист спускается с постоянной скоростью. Скомпенсированы ли силы, действующие на него?

    Ответ

    Да: сила тяжести уравновешена силой сопротивления воздуха.

    Как получилось?
  3. Почему при резком торможении пассажиры отклоняются вперёд?

    Ответ

    По инерции они продолжают двигаться с прежней скоростью, а автобус замедляется.

    Как получилось?
  4. Чем характеризуется сила как вектор?

    Ответ

    Модулем, направлением и точкой приложения.

    Как получилось?
  5. Вагон движется равномерно и прямолинейно. Можно ли считать его инерциальной системой отсчёта?

    Ответ

    Да: он движется без ускорения относительно Земли.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. Автомобиль едет равномерно по прямой. Зачем ему сила тяги, если равнодействующая равна нулю?

    Ответ

    Сила тяги компенсирует трение и сопротивление воздуха. Поэтому равнодействующая равна нулю, и скорость постоянна.

    Как получилось?
  2. В вагоне на гладком столе лежит мяч. Поезд начал разгоняться. Как будет двигаться мяч относительно земли и относительно вагона?

    Ответ

    Относительно земли мяч останется в покое (горизонтальные силы на него не действуют), а относительно вагона покатится назад.

    Как получилось?
  3. Почему Землю можно лишь приближённо считать инерциальной системой отсчёта?

    Ответ

    Земля вращается вокруг оси и обращается вокруг Солнца, поэтому у неё есть небольшое центростремительное ускорение.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Сила (F⃗\vec F)
Векторная величина, мера действия одного тела на другое; единица — ньютон (Н).
Инерциальная система отсчёта
Система отсчёта, в которой выполняется закон инерции.
Первый закон Ньютона
Без нескомпенсированных сил тело покоится или движется равномерно и прямолинейно.

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.