Законы Ньютона: первый, второй, третий закон кратко с объяснением и формулами

Каждый из нас знает, кто впервые сформулировал фундаментальные законы классической механики. Верно, это именно Исаак Ньютон и эти законы были названы его именем. Также всем известно, что таких закона три, а вот как они формулируются и в чем заключается их значение – это уже вопрос сложнее. Попробуем разобрать законы Ньютона кратко и с формулами.

Впервые эти законы были опубликованы Ньютоном в 1687 году в его работе «Математические начала натуральной философии». Разумеется, в те времена законы еще не назывались именем ученого, но это был действительно очень важный прорыв в науке.

Первый закон Ньютона

Классическая формулировка первого закона Ньютона:

Существуют такие системы отсчета, под названием инерциальные, в которых определенные тела движутся равномерно и строго прямолинейно только в том случае, если на них не действуют никакие силы, либо же действие иных сил скомпенсировано.

Теперь разберем это так, чтобы было понятнее. Первый закон Ньютона, формула которого ученым не приводилась, заключается в том, что при наличии определенного движущегося тела без сопротивления воздуха, трения и других физических явлений, оно будет двигаться бесконечно и с одинаковой скоростью.

Первый закон Ньютона еще принято называть законом инерции – это понятие означает способность определенного тела сохранять постоянную скорость и направление. С инерцией знакомы абсолютно все – при езде на велосипеде перестаньте крутить педали, и вы все равно проедете некоторое расстояние. Первый закон Ньютона, формула которого не описана, как раз и будет основой для подобного движения.

Разумеется, на практике вечное движение реализовать невозможно, что прямо показывает пример с велосипедом – он остановится под действием силы трения, активного сопротивления воздуха, силы качения, притяжения и множество других. Если эти силы убрать – первый закон Ньютона будет работать на 100%.

Второй закон Ньютона

Вернемся к примеру с велосипедом. Сам по себе он не поедет, нам придется покрутить педали, а значит, приложить силу. При этом велосипед будет двигаться с разной скоростью, ведь сначала мы будем разгоняться, а затем остановимся, когда перестанем крутить педали.

Когда мы начинаем разгоняться, скорость возрастает, то есть велосипед будет двигаться с ускорением. Если велосипед будет разгоняться и останавливаться с равномерными показателями возрастания и убывания скорости, то это движение называется равноускоренным.

Если велосипед сбросить с крыши многоэтажки, то он будет падать равноускоренно, поскольку показатель ускорения будет постоянным – это называется ускорение свободного падения, которое обозначается как «g». Кстати, это касается не только падающего с крыши велосипеда, а и теннисного мяча, гантели, и даже рояля. Показатель ускорения свободного падения для всех тел одинаковый. Кстати, он равен 9,81 м/с2, но это уже другая история.

Итак, формулировка второго закона Ньютона следующая:

Ускорение определенно взятого тела (определенной материальной точки) в инерциальной системе отсчета будет прямо пропорционально приложенной к этому телу (точке) силе и оно будет обратно пропорционально показателю массы.

В этой формуле a у нас будет показатель ускорения, F – сила, действующая на тело, а m – масса этого тела. Таким образом, показатель ускорения рассчитывается путем деления приложенной силы на массу тела. Бывает, что тело подвергается воздействию сразу нескольких разных сил, тогда в эту формулу подставляется их векторная сумма.

Кстати, отдельно необходимо отметить, что второй закон Ньютона применим в реальной жизни но только при условии, что тела движутся со скоростью, которая намного меньше скорости света. Также не следует забывать, что сила и ускорение являются величинами исключительно векторными, то есть показатели у них могут быть разными, но направление всегда одно.

Третий закон Ньютона

Если в первом и втором законах главную роль играло только одно тело, то третий закон Ньютона подразумевает уже взаимодействие тел, то есть влияние друг на друга.

Формулировка у него следующая: Два тела воздействуют друг на друга с силами, которые противоположны друг другу по направлению, но равны по своему модулю.

Проще говоря, третий закон Ньютона, формула которого приведена выше, звучит так: «Сила действия равна силе противодействия». Это, например, оружейная отдача при выстреле, отскок мяча от стены, прыжок в воду из лодки (лодка отплывает назад) и многое другое. Чем-то примерно напоминает импульс и закон его сохранения.

Кстати, третий закон Ньютона, формула которого самая простая для понимания, может быть применена к абсолютно любым телам и явлениям.

Законы Ньютона и их применение

Разберем на примере нескольких простых задачек самые распространенные ситуации, в которых используются законы Ньютона.

Задача:

Парашютист летит к земле с постоянной скоростью. Масса парашютиста составляет 100 кг. Попробуйте узнать силу сопротивления воздуха.

Решение:

Если скорость постоянная, значит в соответствии с первым законом Ньютона движение парашютиста является равномерным, а значит действие сил скомпенсировано.

С одной стороны на парашютиста действует сопротивление воздуха, а с другой – сила земного притяжения. Векторы этих сил противоположны. Таким образом, в соответствии со вторым законом Ньютона:

F = mg

F = 100 x 9,81 = 981

Fтяж = Fсопр

Итак, сила сопротивления воздуха будет равна силе притяжения, но с противоположными векторами.

Еще один пример действия в природе третьего закона Ньютона. Задача:

Муха ударилась в оконное стекло. Какие силы действуют на стекло и на муху?

Ответ:

Используем третий закон Ньютона. Таким образом, упомянутые в задаче силы будут равными между собой по модулю, но полностью противоположными по вектору, то есть направлению. Таким образом, сила взаимодействия мухи и стекла будет одинаковой. Разумеется, что мы не берем ко вниманию разницу масс, поскольку муха разбить стекло не может, а вот камень бы разбил, но принцип работы третьего закона всегда одинаков. Законы Ньютона и их применение – очень интересная тема для изучения, особенно если это делать с практическими примерами.

Исаак Ньютон: интересные факты и мифы из жизни ученого

Ученый редко сидел без дела. Он постоянно работал и учился. Ньютон действительно сделал огромный вклад не только в науку своей эпохи, а и заложил прочный фундамент для будущих открытий.

В 45 лет он опубликовал свой ключевой труд, при этом интересовался не только механикой и физикой, а и химией, оптикой, астрономией и рядом других наук. Он даже был неплохим поэтом и художником, но такие его увеличения полностью померкли перед его основным талантом. Вполне неординарная и интересная личность для своей эпохи. Немудрено, что вокруг него витала аура таинственности и, разумеется, он был окружен различными мифами.

Исаак Ньютон: интересные факты

• Ученый был довольно скромным, а порой даже застенчивым. Казалось бы, можно было просто купаться в лучах славы и богатства, но нет. Исаак Ньютон предпочитал избегать шумного признания, оставаясь верным своей работе.
• Полная отдача своей работе привела к тому, что когда Ньютону доводилось читать лекции у студентов Кембриджского университета, то посещаемость была крайне плохой. Иногда к нему вообще никто не приходил на лекции. Впрочем, скорее всего великого ученого это не особо и расстраивало. Конечно же, с дипломными работами студентам уже приходилось появляться.
• Если бы не дядя юного Исаака и не его учителя, судьба Ньютона могла бы сложиться совсем иначе. Его мать настаивала, чтобы он занимался хозяйством на домашней ферме, но будущий великий ученый все же выбрал путь знаний. А то так бы и ковырял лопатой в земле.
• Ньютон серьезно увлекался алхимией. Собрал огромную тематическую библиотеку, проводил опыты в лаборатории, жаждал найти Философский камень. Ничего удивительного, ведь в те времена грань между наукой и суевериями была довольно размытой.
• Ученый даже рисковал трактовать Библию на основе научных расчетов. Особенно обращал внимание на видения пророка Даниила. На основе математических расчетов «предсказал» второе пришествие Христа в 2060 году.

А теперь несколько распространенных мифов:

• Пресловутое яблоко, наверное, известно каждому школьнику. Во время начала эпидемии чумы (1665 год) Ньютон, раздав студентам домашние задания, вынужден был уехать из Кембриджа и остановиться в деревушке, о названии которой история умалчивает. Именно тогда и родилась легенда о яблоке, ведь ученый не переставал работать и удивлял новыми открытиями. Впрочем, биографы Ньютона так и не сошлись во мнениях: был ли такой случай, либо же нет.
• За свои заслуги перед Кембриджским университетом в 1689 году уважаемого ученого избрали членом парламента, что было довольно престижной должностью. При этом, за все время заседаний этого парламента со своим участием Ньютон высказался всего один раз. Он попросил закрыть окно, поскольку было прохладно.
• Неизвестно, откуда пошла эта легенда, но многие считают, что Ньютон изобрел маленькую откидную дверцу во входных дверях, как сейчас делают для кошек. Якобы у него была кошка, и чтобы она не мешала работать, он сделал ей такою дверцу.
• На самом деле Ньютон был посвящен в рыцари вовсе не за научные заслуги, как принято считать. Королева Анна даровала ему рыцарский титул ради поддержки партии вигов, от которых ученый баллотировался в Парламент. Впрочем, он все равно проиграл выборы.

Исаак Ньютон внес неоценимый вклад в науку. Его три главных закона механики стали основой для множества открытий, причем даже через сотни лет, после него. Мы разобрали законы Ньютона кратко и с формулами. Надеемся, вам будет полезна эта информация.