Законы Ньютона и их практическое применение | Грибанов Юрий Игоревич. Работа №335118

Проект по физике

на тему:

“Законы Ньютона и их практическое применение”

Подготовил ученик 11Б класса

Грибанов Юрий Игоревич

Руководитель: Кузнецова Татьяна Эрнестовна

МБОУ СОШ №30 г.Подольска 2024

Содержание

Введение…………………………………………………….. 3

Исаак Ньютон……………………………………………….. 4

Законы Ньютона.……..……………………………………... 6

Силы в природе……………………………………………… 8

Определение коэффициента упругости пружины……….... 10

Заключение………………………………………………….. 12

Список литературы…………………………………………. 13

Введение

Физика одна из самых важных наук в мире. В основе физика лежит механика, которая опирается на три закона Ньютона. Ньютон был великим человеком, который первым стал применять математику для описания физических процессов. Классическая механика Ньютона окружает нас повсюду, а его законы были многократно доказаны опытным путем. В данном проекте мы ознакомимся с этими законами, и выясним – какое практическое применение они имеют для нашей жизни.

Предмет проекта: законы Ньютона.

Актуальность проекта: физика окружает нас по всюду, а применение законов ньютона мы и вовсе видим каждый день, но не догадываемся об этом. Три закона Ньютона это неоспоримые истины, которые актуальны всегда.

Цель проекта: описать законы Ньютона, и найти их практическое применение.

Задачи проекта:

Рассказать биографию Исаака Ньютона

;

Описать три закона Ньютона

;

Применить законы Ньютона на практике;

Исаак Ньютон

Исаак Ньютон родился в деревне Вулсторп в канун гражданской войны. В 1655 году 12-летнего Ньютона отдали учиться в расположенную неподалёку школу в Грэнтеме, где он жил в доме аптекаря Кларка. В 1661 году Ньютон успешно окончил школу и отправился продолжать образование в Кембриджский университет.

В июне 1661 года 18-летний Ньютон приехал в Кембридж. Согласно уставу, ему устроили экзамен на знание латинского языка, после чего сообщили, что он принят в Тринити-колледж Кембриджского университета. В апреле 1664 года Ньютон, сдав экзамены, перешёл в более высокую категорию старшекурсников, что дало ему право на стипендию и продолжение обучения в колледже. В том же году Ньютон пережил творческий подъём, начал самостоятельную научную деятельность и составил масштабный список нерешённых проблем в природе и человеческой жизни. В самом конце года Ньютон стал бакалавром.

Но существенную часть своих научных открытий Ньютон сделал в уединении «чумных лет». Из сохранившихся заметок видно, что 23-летний Ньютон уже свободно владел базовыми методами дифференциального и интегрального исчислений, он доказал, что белый цвет есть смесь цветов спектра. Но самым значительным его открытием в эти годы стал закон всемирного тяготения.

1 октября 1667 года он был избран членом Тринити-колледжа, а в 1668 году стал магистром. 29 октября 1669 года 26-летний Ньютон был избран преемником Исаака Барроу на должности «лукасовского профессора» математики и оптики Тринити-колледжа.

Он построил смешанный телескоп-рефлектор, который давал 40-кратное увеличение превосходного качества. Ньютон стал знаменит и в январе 1672 года был избран членом Королевского общества. В 1679 году тяжело заболела мать Анна; Ньютон, оставив все дела, приехал к ней, принимал активное участие в уходе за больной, но состояние матери быстро ухудшалось, и она умерла.

В 1689 году Ньютон был в первый раз избран в парламент от Кембриджского университета и заседал там немногим более года. Повторно был членом парламента в 1701—1702 годах. В 1696 году он занял должность хранителя Монетного двора и внедрил в технологию чеканки монет использование гурта с надписью, после чего преступное стачивание металла стало практически невозможным. В 1699 году Ньютон был назначен управляющим Монетного двора. Он лично участвовал в десятках расследований, и более 100 фальшивомонетчиков были выслежены и осуждены.

Символом научного триумфа Ньютона стали два события 1699 года: началось преподавание системы мира Ньютона в Кембридже, а Парижская академия наук избрала его своим иностранным членом. Всё это время Ньютон ещё числился членом и профессором Тринити-колледжа, но в декабре 1701 года он официально ушёл в отставку со всех своих постов в Кембридже.

В ноябре Ньютон был избран президентом Королевского общества и управлял Обществом до конца жизни — более двадцати лет.

В 1704 году вышла в свет монография «Оптика», определявшая развитие этой науки до начала XIX века. Она содержала приложение «О квадратуре кривых» — первое и довольно полное изложение ньютоновской версии математического анализа. В 1705 году королева Анна возвела Ньютона в рыцарское достоинство. Отныне он сэр Исаак Ньютон. В 1707 году вышел сборник лекций Ньютона по алгебре, получивший название «Универсальная арифметика». Приведённые в ней численные методы ознаменовали рождение новой перспективной дисциплины — численного анализа.

В 1725 году здоровье Ньютона начало заметно ухудшаться, и он переселился в Кенсингтон неподалёку от Лондона, где и скончался ночью, во сне, 20 марта 1727 года. Письменного завещания он не оставил, но значительную часть своего крупного состояния он незадолго до смерти передал ближайшим родственникам. Похоронен в Вестминстерском аббатстве.

Законы Ньютона

Законы Ньютона — три важнейших закона классической механики, которые позволяют записать уравнения движения для любой механической системы, если известны силы, действующие на составляющие её тела. Впервые в полной мере сформулированы Исааком Ньютоном в книге «Математические начала натуральной философии».

Сила – мера взаимодействия тел.

Первый закон Ньютона:

Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Этот закон постулирует существование инерциальных систем отсчета. Инерция – свойство тела сохранять скорость своего движения неизменной, при отсутствии воздействия на тел сторонних сил.

Второй закон Ньютона:

В инерциальной системе отсчёта ускорение, которое получает материальная точка с постоянной массой, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе:

Масса – мера инертности тела.

Ускорение – быстрота изменения скорости:

Третий закон Ньютона:

Материальные точки взаимодействуют друг с другом силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, равными по модулю и противоположными по направлению:

Этот закон утверждает, что силы в природе возникают попарно, причем любая сила, действующая на тело, имеет источник происхождения в виде другого тела. Иначе говоря, сила всегда есть результат взаимодействия тел. Существование сил, возникших самостоятельно, без взаимодействующих тел, невозможно.

Силы в природе

Несмотря на разнообразие сил, имеется всего четыре типа взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое.

Примером гравитационной силы может служить сила притяжения – сила, с которой тела притягиваются друг к другу:

Здесь , r – расстояние между телами, G – универсальная гравитационная постоянная, равная .

Частным случаем силы притяжения служит сила тяжести – сила, с которой некоторое тело притягивается к планете:

Здесь m – масса тела, g –ускорение свободного падения, которое уникально для каждой планеты, для Земли .

Электромагнитными являются сила упругости и сила трения.

Сила упругости — сила, возникающая в теле в результате деформации и стремящаяся вернуть его в исходное (начальное) состояние. Упругая деформация — деформация, исчезающая после прекращения действий на тело внешних сил. При этом тело принимает первоначальные размеры и форму. Для малых упругих деформаций справедлив закон Гука:

Здесь x – величина деформации, а k – коэффициент упругости, уникальной для каждого материала.

Сила трения бывает трех типов:

Сила трения покоя

Сила трения скольжения

Сила трения качения

Сила трения качения возникает при перекатывании тела, и используется редко.

Сила трения покоя - сила, возникающая между двумя неподвижными контактирующими телами и препятствующая возникновению относительного движения. Эту силу необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение друг относительно друга.

По другому – сила трения покоя – сила, с которой тело сопротивляется движению. Величина силы трения покоя равна силе, которую мы прикладываем к телу, чтобы его сдвинуть.

Сила трения скольжения возникает при движении тела, сопротивляясь ему. Для нее существует следующая формула:

Здесь μ – коэффициент трения, который зависит от поверхности, а N – сила реакции опоры.

Сила реакции опоры – сила, с которой опора действует на тело. Не имеет универсальной формулы, поэтому рассчитывается по второму закону Ньютона.

По третьему закону Ньютона, вместе с силой реакции опоры возникает сила, с которой тело действует на опору, эта сила называется весом (P).

Сильные и слабые взаимодействия проявляются внутри атомных ядер и в ядерных превращениях.

Определение коэффициента упругости пружины

Цель работы: определить коэффициент упругости пружины.

Оборудование: динамометр, пружина, груз, линейка

Ход работы:

1. Повесим груз на динамометр и определим силу тяжести, действующую на груз, результаты запишем в таблицу.

2. Используя формулу для силы тяжести , рассчитаем массу, как , взяв , результаты запишем в таблицу.

3.Измерим длину нерастянутой пружины, результаты запишем в таблицу.

4.Снова подвесим груз, измерим длину растянутой пружины, результаты запишем в таблицу.

5.Найдем величину x как разность длин растянутой и нерастянутой пружины:

Результаты запишем в таблицу

6.Подвесим пружину с грузом к динамометру и сделаем чертеж(рис.1)

7.Распишем 2 закон Ньютона для груза:

Тело покоится, значит ускорение равно нулю:

8. Используя закон Гука выразим коэффициент упругости пружины:

Рис.1

Внесем результаты в таблицу.

,Н

m,кг

,м

x,м

,м

k,Н/м

1

0,1

0,047

0,075

0,028

35,7

Получилось k = 35,7, что соответствует значению в справочнике.

Заключение

Мы на практике убедились в верности законов Ньютона и в том, что несмотря на их возраст, они безусловно остаются верными и неоспоримыми истинами, которые великий ученый Исаак Ньютон, когда то открыл. Силы окружают нас повсюду и нельзя оспаривать их непосредственное влияния на наш мир, благодаря законам Ньютона ездят машины, летают самолеты, ходят корабли и многое другое, благодаря физике и ее фундаментальным законам, которым подчиняется сама природа.

Список литературы

[1] Мякишев Б. Б. Буховцев Н. Н. Сотский физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. Базовый и профильный уровни.

[2] Ландсберг Г. С. "Элементарный учебник физики. В 3 томах. Том 1. Механика. Теплота. Молекулярная физика"

[3] А. В. Перышкин, Е. М. Гутник – ФИЗИКА 9 класс

[4]Сайт физмат класс URL: https://fmclass.ru

[5]Сайт Игоря Яковлева URL: https://mathus.ru/phys/