Физика · 9 класс2 четвертьТема 1Лабораторная работаГОСО РК 2026Базовый

Законы динамики Ньютона. Силы в механике

Первый закон Ньютона и инерциальные системы отсчета. Второй закон Ньютона: F = m · a. Третий закон Ньютона: действие равно противодействию. Сила тяжести, сила нормальной реакции опоры, закон Гука и сила трения скольжения.

Время изучения~75 минтеория + практика
Разделы темы5 разд.пошаговый разбор
Тест темы4 вопр.с мгновенным ответом
СОР / СОЧ2 четвертьдескрипторы ГОСО

Динамика — раздел механики, изучающий движение тел в связи с взаимодействиями между ними (причинами движения).

Первый закон Ньютона (закон инерции): существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными (ИСО), относительно которых свободное материальное тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не вынудит его изменить это состояние.

Систему отсчета, связанную с Землей, с высокой точностью считают инерциальной. Любая система отсчета, движущаяся относительно ИСО равномерно и прямолинейно, также является инерциальной (принцип относительности Галилея). Системы, движущиеся с ускорением (вращающаяся карусель, тормозящий вагон), являются неинерциальными.

ИСО

Инерциальная система

Выполняется закон инерции: если ΣF = 0, то a = 0 (v = const).
НИСО

Неинерциальная система

Система движется с ускорением a₀; в ней действуют фиктивные силы инерции.

Второй закон Ньютона связывает кинематическую характеристику движения (ускорение) с динамическими характеристиками (силой и массой).

Второй закон Ньютона: ускорение, приобретаемое материальным телом, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к нему сил, обратно пропорционально массе тела и совпадает по направлению с вектором этой равнодействующей силы:

a = Fравн / m или Fравн = m · a.

Равнодействующая сила (Fравн) — векторная (геометрическая) сумма всех сил, действующих на тело со стороны других объектов: Fравн = F₁ + F₂ + ... + Fn. Если равнодействующая равна нулю (Fравн = 0), ускорение равно нулю (a = 0) — тело покоится или движется равномерно.

Шаг 1
Сделать чертеж и расставить силы
Изобразить тело и все действующие на него силы: силу тяжести mg, реакцию опоры N, тягу F, трение Fтр.
Шаг 2
Записать II закон Ньютона в векторном виде
m·a = mg + N + Fтяги + Fтр.
Шаг 3
Спроецировать на оси OX и OY
Записать скалярные уравнения в проекциях на выбранные координатные оси и решить систему.
Основное уравнение динамикиВекторный характер
Fравн=m⋅a;ΣFi=m⋅a;a=(ΣFi)/mF_{\text{равн}} = m \cdot a;\quad Σ F_i = m \cdot a;\quad a = (Σ F_i) / m
где F — равнодействующая сила (Н), m — масса тела (кг), a — вектор ускорения (м/с²).
Векторный характер
Ускорение a ВСЕГДА сонаправлено с результирующей силой Fравн, но НЕ обязательно совпадает по направлению со скоростью v!

Силы в природе возникают только парами при взаимном действии двух тел друг на друга.

Третий закон Ньютона: два тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю, противоположными по направлению, действующими вдоль прямой, соединяющей их центры, и имеющими одну и ту же физическую природу:

F₁₂ = -F₂₁ (|F₁₂| = |F₂₁|).

Важнейшие свойства сил взаимодействия:

1. Силы ВСЕГДА приложены к РАЗНЫМ телам, поэтому они НИКОГДА не могут компенсировать (уравновешивать) друг друга!

2. Силы действия и противодействия всегда имеют абсолютно одинаковую физическую природу (обе гравитационные, обе кулоновские или обе упругие).

3. Земля притягивает яблоко с силой F = mg, но и яблоко притягивает Землю с точно такой же силой F! Земля не падает на яблоко лишь потому, что её масса колоссальна (aЗемли = F / MЗемли ≈ 0).

F₁₂ = -F₂₁

Равенство сил

Сила действия в точности равна силе противодействия в любой момент времени.
РАЗНЫЕ ТЕЛА

Не уравновешиваются

F₁₂ приложена ко второму телу, а F₂₁ — к первому телу!

Все механические явления описываются действием трех фундаментальных сил:

1. Гравитационная сила тяжести: Fтяж = m · g (направлена к центру Земли).

2. Сила упругости и сила нормальной реакции опоры (N): возникают при электромагнитном взаимодействии электронных оболочек атомов деформированных тел. Сила реакции опоры направлена перпендикулярно поверхности соприкосновения.

3. Сила трения скольжения: Fтр = μ · N (направлена против направления относительного движения вдоль плоскости соприкосновения).

Вес тела на наклонной плоскости под углом α: реакция опоры N = m · g · cos α, скатывающая сила Fскат = m · g · sin α.

Сводка формул сил механикиРеакция опоры
Fтяж=m⋅g;Fупр=k⋅∣x∣;Fтр=μ⋅N;N=m⋅g⋅cos(α)F_{\text{тяж}} = m \cdot g;\quad F_{\text{упр}} = k \cdot |x|;\quad F_{\text{тр}} = \mu \cdot N;\quad N = m \cdot g \cdot cos(α)
где m — масса (кг), g — ускорение свободного падения, k — жесткость (Н/м), μ — коэффициент трения, α — угол наклона плоскости.
Реакция опоры
На горизонтальной плоскости N = mg; на наклонной плоскости N = mg·cos(α) < mg.

Движение бруска массой m по наклонной плоскости с углом наклона α:

1. В проекции на ось OY, перпендикулярную плоскости: N - m·g·cos α = 0 → N = m·g·cos α.

2. В проекции на ось OX, направленную вдоль плоскости вниз: m·g·sin α - Fтр = m·a.

С учетом Fтр = μ·N получаем уравнение ускорения соскальзывания:

a=g⋅(sinα−μ⋅cosα)a = g \cdot (sin α - \mu \cdot cos α).

Если sin α ≤ μ · cos α (tan α ≤ μ), брусок покоится на плоскости за счет трения покоя.

Связанные тела (нить через блок): ускорение системы тел одинаково (a₁ = a₂), а натяжение легкой нерастяжимой нити T одинаково по всей её длине (T₁ = T₂).

Векторная схема: Второй закон Ньютона и равновесие сил

Анимированная модель
Динамика: Силы на наклонной плоскости (Fрез = ma)αmN→ (Реакция)Fтр→Fтяж = mg→Проекции 2-го закона:Ось OX: mg sin(α) - Fтр = maОсь OY: N - mg cos(α) = 0Fтр = μN = μmg cos(α)a = g(sin α - μ cos α)
Результирующая сила Fрез = ma как геометрическая сумма силы тяжести, нормальной реакции опоры и силы трения.

Условие начала скольжения:

Тело начнет соскальзывать с наклонной плоскости только тогда, когда тангенс угла наклона превысит статический коэффициент трения: tan(α) > μ.

Ваш прогресс по теме25%
Шпаргалка формул9 класс
Второй закон Ньютона:
F=m⋅aF = m \cdot a[Н]
Ускорение при равноускоренном движении:
a=(v−v0)/ta = (v - v_0) / t[м/с²]
Скорость равноускоренного движения:
v=v0+a⋅tv = v_0 + a \cdot t[м/с]
Перемещение при равноускоренном движении:
s=v0⋅t+(a⋅t2)/2s = v_0 \cdot t + (a \cdot t^2) / 2[м]
Следующая тема

Закон всемирного тяготения. Движение спутников и первая космическая скорость

Перейти к теме →