2) I zasada dynamiki Newtona. Zasada inercji.

Uczeń:

• zna pojęcie bezwładności

• zna treść I zasady dynamiki Newtona

• potrafi podać przykłady bezwładności ciał

Uczeń potrafi:

• wykonać doświadczenie wskazujące bezwładność ciał

• uzasadnić słuszność I zasady dynamiki Newtona

• przedstawić graficznie I zasadę dynamiki Newtona

Kinematyka zajmuje się opisem ruchu, natomiast dynamika bada warunki i przede wszystkim przyczyny powstawania danego ruchu. Każde ciało trwa w stanie spoczynku lub w ruchu jednostajnym prostoliniowym, jeżeli siły przyłożone nie zmuszają go do zmiany tego stanu. Tylko używając siły można zmienić stan ciała (spoczynek lub ruch), w którym się znajduje. Tę własność przejawiają wszystkie ciała inercją i bezwładnością.

Ponieważ codzienne doświadczenia dotyczą ciał znajdujących się na Ziemi, oznacza to że siła ciężkości została zrównoważona, że pojawia się jeszcze jakaś siła równa co do wartości sile ciążenia i przeciwnie skierowana. Książka spoczywa na stole, bo siłę ciężkości zrównoważyła siła sprężystości podłoża. Gdy książkę weźmiesz do ręki, wówczas zrównoważysz ciężar siłą napięcia (sprężystości) mięśni.

Pierwsza zasada dynamiki Newtona
Jeżeli na ciało nie działa żadna siła albo działające siły równoważą się, to ciało to pozostaje w spoczynku albo porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym. Układ odniesienia, w którym spełniona jest ta zasada, nosi nazwę układu inercjalnego.

Wystarczy rozejrzeć się wokół nas. Zobaczymy mnóstwo przedmiotów, które się nie poruszają. Czemu tak jest? Nie możemy powiedzieć, że nie działają na nie żadne siły, wiemy dobrze, że gdy je podniesiemy, siła grawitacji ciągnie je do ziemi, a więc również gdy stoją siła ta działa. Jednak działają na te rzeczy również siła sprężystości podłoża, siła wyporu powietrza i mnóstwo innych. Siły te równoważą się i wszystkie te rzeczy są nieruchome. Spróbuj poślizgać się po dywanie, jest to niemożliwe, ponieważ tarcie pomiędzy dywanem, a podeszwami twoich kapci jest zbyt duże. Natomiast możesz poślizgać się po lodzie, gdyż siła tarcia jest już znacznie mniejsza. Wniosek stąd, że gdyby siła tarcia była coraz mniejsza ślizgałbyś się coraz dalej. Gdyby była równa zeru nigdy nie przestałbyś się ślizgać.

Po piasku sanki będą sunęły się tylko wtedy, gdy będziemy je ciągnąć. Na sanki oprócz siły napędzającej działa siła przeciwdziałająca ruchowi - siła tarcia. Gdy na sanki działają dwie siły F i T to ich wypadkowa (suma wektorowa) jest równa zeru (siły T i F się równoważą) a ruch sanek jest jednostajny. Wartość siły tarcia T na piasku jest większa niż na śniegu, dlatego na śniegu ruch sanek będzie trwał dłużej.

Własność ciał polegającą na tym, że ciało wykazuje opór przeciwko zmianom stanu ruchu ciała nazywa się bezwładnością. Miarą bezwładnością ciał jest masa. Pierwsza zasada dynamiki nazywana jest też zasadą bezwładności.

Bezwładność jest to taka właściwość ciała, która sprawia, że bez działania siły ciało to nie jest w stanie zmienić ani wartości, ani kierunku swojej prędkości.

Im większa jest masa rozpędzonej kulki tym trudniej ją zatrzymać (gdy jest rozpędzona), a trudniej wprawić w ruch, gdy trwa w spoczynku.

Gdy stoimy w gwałtownie hamującym autobusie, oprócz sił które wcześniej działały i równoważyły się, nie pojawia się żadna siła dodatkowa, a mimo to coś popchnie nas do przodu. Mówiliśmy że tylko siła może zmienić ruch i spoczynek. Autobus poruszający się z przyspieszeniem i opóźnieniem jest układem nieinercjalnym.

Zadania:

1. Dlaczego skoczek spadochronowy nie spada jak kamień, lecz opada powoli ruchem jednostajnym? Jakie siły działają na skoczka i spadochron?

2. Balon wypełniony helem wznosi się w powietrzu ruchem jednostajnym. Siła wyporu aerostatycznego jest wówczas większa niż całkowity ciężar balonu, załogi i przyrządów. Wyjaśnij, dlaczego tu nie ma sprzeczności z pierwszą zasadą dynamiki.

3. Oblicz siłę oporu powietrza działającą na spadochron i spadochroniarza o masie m=85kg, opadającego ruchem jednostajnym. (P=mg=833N)

DRUGA ZASADA DYNAMIKI NEWTONA

---