Билет 4 Третий закон Ньютона. Принцип относительности Галилея. (Третий закон Ньютона. Значение законов Ньютона.)

Любые действия друг на друга носят характер взаимодействия. Каждое из тел действует на другое и сообщает ему ускорение, причем векторы ускорения обоих тел имеют противоположные направления. Отношение модулей приобретаемых ускорений а₁ и а₂ двух взаимодействующих тел массами m₁ и m₂ остается постоянным и равным обратному отношению масс тел: .

Это отношение не зависит от природы действующих между телами сил. Данное равенство можно записать так: m₁a₁=m₂a₂.

Согласно второму закону Ньютона, сила , действующая на первое тело со стороны второго тела, равна , а сила , действующая на второе тело со стороны первого, равна .

Следовательно можно записать равенство, выражающее третий закон Ньютона:

тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению.

Знак «-» в этом уравнении указывает на противоположную направленность векторных сил.

Третий закон Ньютона отражает факт равноправия взаимодействующих сил. Он показывает, что из-за взаимного действия тел друг на друга силы всегда появляются парами. Например, если, находясь в одной лодке, подтягивать за веревку другую лодку, то обе лодки будут приближаться. Действуя на вторую лодку, мы тем самым заставляем ее действовать на нашу лодку. Заметные изменения скоростей обоих взаимодействующих тел наблюдается в тех случаях, когда массы этих тел не сильно отличаются друг от друга. Если же взаимодействующие тела значительно отличаются по массе, то заметное ускорение получает тело с меньшей массой.

Силы, возникающие при взаимодействии двух тел, приложены к разным телам и поэтому не могут уравновешивать друг друга.

Книга лежит на столе (покоится). По третьему закону Ньютона, вес книги (сила, с которой книга давит на стол) равен по модулю и противоположен по направлению силе реакции опоры (силе упругости стола). Эти силы не уравновешивают друг друга, т. к. вес книги - сила приложенная к опоре (к столу), а сила реакции опоры - сила, приложенная к книге со стороны стола. На книгу же действуют две силы – сила тяжести и сила реакции опоры , направленные противоположно.

В соответствии со вторым законом Ньютона: , следовательно , т. к. ускорение книги равно нулю.

Силы, возникающие при взаимодействии двух тел, всегда одной природы. Третий закон Ньютона выполняется только в инерциальных системах отсчета.

Билет 5 Импульс. Закон сохранения импульса.

Импульсом тела называют векторную физи­ческую величину, являющуюся количественной ха­рактеристикой поступательного движения тел. Им­пульс обозначается р. Единица измерения импульса Р — кг • м/с. Импульс тела равен произведению мас­сы тела на его скорость: р = mv. Направление векто­ра импульса р совпадает с направлением вектора скорости тела v.

Для импульса тел выполняется закон сохране­ния, который справедлив только для замкнутых фи­зических систем. В общем случае замкнутой назы­вают систему, которая не обменивается энергией и массой с телами и полями, не входящими в нее. В механике замкнутой называют систему, на кото­рую не действуют внешние силы или действие этих сил скомпенсировано. В этом случае р₁ = р₂ где р₁ — начальный импульс системы, а р₂ — конеч­ный. В случае двух тел, входящих в систему, это вы­ражение имеет вид m₁v₁ + т₂v₂ = m₁v₁' + т₂v₂' где т₁ и т₂ — массы тел, а v₁ и v₂, — скорости до взаимодей­ствия, v₁' иv₂' — скорости после взаимодействия. Эта формула и является математическим выражением закона сохранения импульса: импульс замкнутой физической системы сохраняется при любых вза­имодействиях, происходящих внутри этой системы.

Единица импульса в СИ — Н • с.

Закон сохранения импульса лежит в основе реактивного движения. Реактивное движение — это такое движение тела, которое возникает после отде­ления от тела его части.

Пусть тело массой т покоилось. От тела отде­лилась какая-то его часть т₁ со скоростью v₁. Тогда

оставшаяся часть придет в движение в противопо­ложную сторону со скоростью v₂, масса оставшейся части т₂ Действительно, сумма импульсов обоих частей тела до отделения была равна нулю и после разделения будет равна нулю:

т₁v₁ +m₂v₂ = 0, отсюда v₁ = -m₂v₂/m₁.

Большая заслуга в развитии теории реак­тивного движения принадлежит К. Э. Циолковскому.

Он разработал теорию полета тела переменной массы (ракеты) в однородном поле тяготения и рас­считал запасы топлива, необходимые для преодоле­ния силы земного притяжения; основы теории жид­костного реактивного двигателя, а так же элементы его конструкции; теорию многоступенчатых ракет, причем предложил два варианта: параллельный (несколько реактивных двигателей работают одно­временно) и последовательный (реактивные двигате­ли работают друг за другом). К. Э. Циолковский строго научно доказал возможность полета в космос с помощью ракет с жидкостным реактивным двигате­лем, предложил специальные траектории посадки космических аппаратов на Землю, выдвинул идею создания межпланетных орбитальных станций и подробно рассмотрел условия жизни и жизнеобеспе­чения на них. Технические идеи Циолковского нахо­дят применение при создании современной ракетно-космической техники. Движение с помощью реак­тивной струи, по закону сохранения импульса, ле­жит в основе гидрореактивного двигателя. В основе движения многих морских моллюсков (осьминогов, медуз, кальмаров, каракатиц) также лежит реактив­ный принцип.