Pierwsza zasada dynamiki Newtona i bezwładność
Fizyka
Zestaw wyjaśnia, na czym polega pierwsza zasada dynamiki Newtona i czym jest bezwładność ciał. Znajdziesz tu proste przykłady z życia, fiszki do szybkiej powtórki, pytania sprawdzające oraz notatkę pomocną przed sprawdzianem.
1.Pierwsza zasada dynamiki Newtona
Jeśli na ciało nie działa żadna siła wypadkowa, to ciało pozostaje w spoczynku albo porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym. Oznacza to, że bez zmiany siły nie ma zmiany prędkości.
2.Bezwładność
Bezwładność to cecha ciała polegająca na tym, że przeciwstawia się ono zmianie swojego ruchu. Ciało „nie chce” samo zacząć się poruszać, zatrzymać ani zmienić prędkości.
3.Spoczynek
Stan, w którym położenie ciała nie zmienia się w czasie względem wybranego punktu odniesienia. Na przykład książka leżąca na stole jest w spoczynku względem stołu.
4.Ruch jednostajny prostoliniowy
Ruch po linii prostej ze stałą prędkością. Ciało w każdej sekundzie pokonuje taką samą drogę i nie zmienia kierunku ruchu.
5.Siła wypadkowa
To jedna siła zastępująca działanie wszystkich sił działających na ciało. Gdy siła wypadkowa jest równa , ruch ciała się nie zmienia.
6.Siły równoważące się
To siły o jednakowej wartości i przeciwnych zwrotach działające na jedno ciało. Ich działanie się znosi, więc siła wypadkowa wynosi .
7.Masa
Masa jest miarą bezwładności ciała. Im większa masa, tym trudniej zmienić stan ruchu ciała, czyli trudniej je rozpędzić, zatrzymać lub skręcić.
8.Punkt odniesienia
To obiekt lub miejsce, względem którego opisujemy ruch albo spoczynek. To samo ciało może być w ruchu względem jednego punktu i w spoczynku względem innego.
Notatka
Na czym polega pierwsza zasada dynamiki Newtona
Pierwsza zasada dynamiki Newtona mówi, że jeżeli na ciało nie działa siła wypadkowa albo jest ona równa , to ciało nie zmienia swojego ruchu. Oznacza to, że może pozostawać w spoczynku albo poruszać się ruchem jednostajnym prostoliniowym.
To bardzo ważna zasada, bo pokazuje, że do podtrzymywania ruchu nie zawsze jest potrzebna siła. Siła jest potrzebna wtedy, gdy chcemy ruch zmienić: rozpocząć go, zatrzymać, przyspieszyć, zwolnić albo zmienić kierunek.
Ważne
Brak siły wypadkowej nie oznacza, że nie działają żadne siły. Może oznaczać, że działające siły się równoważą.
Bezwładność ciał
Bezwładność to cecha każdego ciała. Polega na tym, że ciało przeciwstawia się zmianie swojego ruchu. Jeśli ciało spoczywa, to „chce” pozostać w spoczynku. Jeśli się porusza, to „chce” nadal poruszać się w ten sam sposób.
Z bezwładnością spotykamy się codziennie. Gdy autobus nagle rusza, pasażer odchyla się do tyłu. Gdy gwałtownie hamuje, pasażer leci do przodu. Dzieje się tak dlatego, że ciało człowieka zachowuje dotychczasowy stan ruchu.
Masa jest miarą bezwładności. Im większa masa ciała, tym trudniej zmienić jego ruch. Dlatego łatwiej rozpędzić pusty wózek sklepowy niż pełny, a małą piłkę łatwiej zatrzymać niż ciężką kulę.
Przykład
Gdy szybko wyciągniesz obrus spod lekkich przedmiotów, mogą one prawie nie zmienić położenia właśnie z powodu bezwładności.
Siła wypadkowa i siły równoważące się
Siła wypadkowa to jedna siła zastępująca wspólne działanie wszystkich sił działających na ciało. To ona decyduje, czy ruch ciała się zmieni.
Jeśli siły działające na ciało mają takie same wartości i przeciwne zwroty, to są to siły równoważące się. Wtedy siła wypadkowa wynosi .
Przykładem jest książka leżąca na stole. W dół działa na nią siła ciężkości, a w górę siła nacisku stołu. Książka pozostaje w spoczynku, bo te siły się równoważą.
Warto pamiętać, że ciało może też poruszać się ruchem jednostajnym prostoliniowym przy zerowej sile wypadkowej. Nie tylko spoczynek jest zgodny z pierwszą zasadą dynamiki.
Ruch i spoczynek względem punktu odniesienia
Mówiąc o ruchu lub spoczynku, zawsze trzeba wskazać punkt odniesienia. To ważne, bo to samo ciało może być w ruchu względem jednego obiektu, a w spoczynku względem innego.
Na przykład uczeń siedzący w jadącym autobusie jest w spoczynku względem siedzenia, ale porusza się względem drogi i drzew za oknem. Dlatego opis ruchu zależy od tego, z czym porównujemy położenie ciała.
Spoczynek oznacza brak zmiany położenia w czasie względem wybranego punktu odniesienia. Ruch jednostajny prostoliniowy oznacza poruszanie się po linii prostej ze stałą prędkością.
Zapamiętaj
Pierwsza zasada dynamiki dotyczy zarówno ciała w spoczynku, jak i ciała poruszającego się ruchem jednostajnym prostoliniowym.
Przykłady z życia i zastosowanie
Pierwsza zasada dynamiki pomaga wyjaśnić wiele codziennych sytuacji. Pasy bezpieczeństwa w samochodzie są potrzebne dlatego, że przy nagłym hamowaniu ciało pasażera z powodu bezwładności nadal porusza się do przodu. Pas zatrzymuje ciało razem z autem.
Podobnie dzieje się podczas trzepania dywanu. Dywan zostaje gwałtownie poruszony, a kurz ma tendencję do zachowania dotychczasowego stanu ruchu, więc odrywa się od materiału.
W praktyce warto umieć rozpoznać, czy na ciało działa siła wypadkowa równa , czy różna od . Gdy jest równa , ruch się nie zmienia. Gdy jest różna od , ciało zmienia prędkość albo kierunek ruchu.
Częstym błędem jest myślenie, że każde poruszające się ciało musi mieć stale działającą siłę w kierunku ruchu. W rzeczywistości zgodnie z pierwszą zasadą dynamiki Newtona ciało może poruszać się dalej bez zmiany prędkości, jeśli siła wypadkowa wynosi .
Quizy w tym zestawie
16 pytań w 2 etapach — odblokujesz je po dodaniu zestawu