Что нужно знать
Динамика изучает причины изменения механического движения тел. Первый закон Ньютона (закон инерции) утверждает, что тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если равнодействующая всех приложенных к нему сил равна нулю. Второй закон Ньютона устанавливает, что ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей силе и обратно пропорционально массе тела: F = ma, где F — равнодействующая сила (Н), m — масса (кг), a — ускорение (м/с²). Третий закон Ньютона гласит: тела взаимодействуют друг с другом с силами, равными по модулю, противоположными по направлению и приложенными к разным телам. Сила измеряется в ньютонах (Н), причём 1 Н = 1 кг·м/с². Если на тело действует несколько сил, их совместное действие можно заменить равнодействующей — векторной суммой этих сил. Например, пассажир при резком торможении автобуса наклоняется вперёд из-за стремления тела сохранять прежнюю скорость. Масса характеризует инертность тела: чем больше масса, тем меньше ускорение при одинаковой силе. Типичная ошибка учеников — считать, что силы действия и противодействия уравновешивают друг друга, хотя они приложены к разным телам.
Тест: 12 вопросов
Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.
1. Как формулируется первый закон Ньютона?
- Ускорение тела всегда направлено противоположно действующей силе.
- Тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если равнодействующая сил равна нулю.
- Любое тело движется с постоянным ускорением независимо от действующих сил.
- Сила действия всегда больше силы противодействия.
Первый закон Ньютона описывает инерцию: при нулевой равнодействующей тело сохраняет скорость, включая её нулевое значение.
2. В каких единицах СИ измеряется сила?
- В метрах в секунду (м/с).
- В джоулях (Дж).
- В ньютонах (Н).
- В килограммах (кг).
Единица измерения силы в Международной системе единиц — ньютон. Один ньютон равен силе, сообщающей телу массой 1 кг ускорение 1 м/с².
3. Как изменится ускорение тела, если равнодействующая сила увеличится в 2 раза, а масса останется неизменной?
- Увеличится в 4 раза.
- Не изменится.
- Уменьшится в 2 раза.
- Увеличится в 2 раза.
По второму закону Ньютона a = F / m. При неизменной массе ускорение прямо пропорционально равнодействующей силе.
4. Почему пассажир наклоняется вперёд при резком торможении движущегося автобуса?
- Из-за стремления тела сохранить прежнюю скорость по инерции.
- Из-за увеличения массы пассажира при торможении.
- Из-за действия силы реакции опоры вперёд.
- Из-за действия силы тяжести, направленной вперёд.
При торможении автобус замедляется, а тело пассажира стремится сохранить прежнюю скорость движения. Поэтому пассажир наклоняется вперёд относительно автобуса.
5. На тело массой 4 кг действует равнодействующая сила 12 Н. Чему равно ускорение тела?
- 2 м/с².
- 3 м/с².
- 4 м/с².
- 48 м/с².
По второму закону Ньютона a = F / m = 12 / 4 = 3 м/с².
6. Как направлены силы действия и противодействия согласно третьему закону Ньютона?
- Всегда направлены перпендикулярно друг другу.
- Противоположно направлены, но обязательно различаются по модулю.
- Противоположно направлены и равны по модулю.
- Одинаково направлены и равны по модулю.
При взаимодействии двух тел силы равны по модулю и противоположны по направлению. Они приложены к разным телам.
7. Два тела взаимодействуют друг с другом. Первое тело действует на второе с силой 15 Н. С какой силой второе тело действует на первое?
По третьему закону Ньютона силы взаимодействия равны по модулю и противоположны по направлению. Следовательно, сила равна 15 Н.
8. Как изменится ускорение тела, если при неизменной равнодействующей силе его масса увеличится в 3 раза?
- Уменьшится в 3 раза.
- Увеличится в 3 раза.
- Увеличится в 9 раз.
- Не изменится.
Из формулы a = F / m следует, что ускорение обратно пропорционально массе. Увеличение массы в 3 раза уменьшает ускорение в 3 раза.
9. На тело массой 5 кг действует равнодействующая сила 20 Н. Какое ускорение приобретает тело?
- 5 м/с².
- 4 м/с².
- 2 м/с².
- 100 м/с².
По второму закону Ньютона a = F / m = 20 / 5 = 4 м/с².
10. На тело действуют две силы вдоль одной прямой: 10 Н вправо и 6 Н влево. Чему равна равнодействующая этих сил?
- 16 Н вправо.
- 16 Н влево.
- 4 Н вправо.
- 4 Н влево.
Противоположно направленные силы вычитаются: F = 10 − 6 = 4 Н. Направление равнодействующей совпадает с направлением большей силы.
11. На тело массой 2 кг действует равнодействующая сила 8 Н. Какова масса тела, если равнодействующая сила увеличится до 16 Н, а ускорение останется прежним?
Сначала найдём ускорение: a = F / m = 8 / 2 = 4 м/с². При новой силе масса m = F / a = 16 / 4 = 4 кг.
12. Какой пример наиболее точно иллюстрирует третий закон Ньютона?
- Пловец отталкивает воду назад и движется вперёд.
- Автомобиль тормозит перед светофором.
- Камень падает на землю под действием силы тяжести.
- Мяч продолжает катиться после прекращения толчка.
Пловец действует на воду с силой назад, а вода действует на пловца с равной по модулю противоположно направленной силой вперёд.