Ньютонның үш заңы — денелердің неге тыныштықта болатынын, қалай қозғалатынын және бір-біріне қалай әсер ететінін түсіндіретін механиканың негізі. Бірінші заң дененің жылдамдығын қашан сақтайтынын айтады; екінші заң күш, масса және үдеуді \(F = ma\) формуласымен байланыстырады; үшінші заң күштердің әрқашан жұп болып пайда болатынын сипаттайды. Бұл бетте барлық үш заңның нақты анықтамалары, формулалары, өмірден алынған көрнекі мысалдар, есептерді шығару жолдары және өзіңізді тексеруге арналған интерактивті жаттықтырғыш бар.
Ньютон заңдары дегеніміз не
Ньютон заңдары — күштердің әсерінен кез келген дененің қозғалысын сипаттайтын үш ереже. Оларды ағылшын ғалымы Исаак Ньютон XVII ғасырда тұжырымдаған, содан бері олар доптың ұшуынан бастап планеталардың қозғалысына дейінгі бүкіл классикалық механиканың негізі болып табылады.
Әр заңның мағынасы қысқаша былай:
- Бірінші заң (инерция заңы) — дене өздігінен жылдамдығын өзгертпейді. Оны қозғалту, тоқтату немесе бұру үшін күш қажет.
- Екінші заң — күш неғұрлым көп болса және масса неғұрлым аз болса, дене соғұрлым қатты үдейді: \(a = \dfrac{F}{m}\).
- Үшінші заң — күштер әрқашан жұп болып әсер етеді: егер бір дене екіншісін итерсе, екіншісі біріншісін дәл сондай күшпен кері итереді.
Заңдар бірге жұмыс істейді: біріншісі күш ұғымын енгізеді, екіншісі оны есептеуге мүмкіндік береді, үшіншісі күштің әрқашан екі дененің өзара әрекеттесуі екенін көрсетеді.
Ньютонның бірінші, екінші және үшінші заңы: анықтамалары мен формулалары
Төменде үш карточка берілген: әр заңның анықтамасы, формуласы және өмірден алынған түсінікті мысалы.
Ньютонның үш заңын салыстыру
Заңдарды шатастырмау үшін оларды қатар көру пайдалы: әрқайсысы не туралы, формуласы қандай және есепте оны қалай тануға болады.
| Заң | Формула | Не туралы |
|---|---|---|
| Бірінші | $\vec{F}=0 \Rightarrow \vec{v}=const$ | Күшсіз дене жылдамдығын өзгертпейді (инерция) |
| Екінші | $F = ma$ | Күш үдеу береді; масса қозғалысқа «қарсыласады» |
| Үшінші | $\vec{F}_{12}=-\vec{F}_{21}$ | Күштер екі дене арасында жұп болып пайда болады |
Ньютон заңдарына есептер шығару
1-есеп. Үдеуді табу (екінші заң)
Шарты: массасы \(m = 2\) кг денеге \(F = 10\) Н күш әсер етеді. Үдеуді табыңыз.
Шешуі. Ньютонның екінші заңы \(F = ma\) қолданылады. Үдеуді өрнектейміз:
Жауабы: \(a = 5\) м/с². Үдеу күш әсер ететін бағытқа қарай бағытталады.
2-есеп. Күшті табу (екінші заң)
Шарты: массасы \(m = 4\) кг дене \(a = 3\) м/с² үдеумен қозғалады. Оны қандай күш қозғалтады?
Шешуі. Екінші заңнан тікелей:
Жауабы: \(F = 12\) Н. Дәл осылай массаны да табуға болады: \(m = \dfrac{F}{a}\).
3-есеп. Күштер жұбы (үшінші заң)
Шарты: адам қабырғаны 200 Н күшпен итереді. Қабырға адамға қандай күшпен әсер етеді?
Шешуі. Ньютонның үшінші заңы бойынша өзара әрекеттесу күштері модулі бойынша тең және бағыты бойынша қарама-қарсы: \(\vec{F}_{12} = -\vec{F}_{21}\).
Демек, қабырға адамға дәл сондай модульдегі — 200 Н күшпен жауап береді, бірақ ол қарама-қарсы бағытталған. Сондықтан адам қабырғаға «кіріп кетпейді», одан итеріле алады.
Маңызды: бұл екі күш әртүрлі денелерге түсірілген (біреуі — қабырғаға, екіншісі — адамға), сондықтан олар бір-бірін теңгермейді.
Ньютон заңдарындағы жиі кездесетін қателіктер
-
Әрекет және қарсы әрекет күштері (үшінші заң) бір-бірін теңгереді, сондықтан «ешнәрсе болмайды» деп ойлау.
Бұл күштер әртүрлі денелерге түсірілген: біреуі — бірінші денеге, екіншісі — екіншісіне. Тек бір денеге түсірілген күштер ғана теңгеріле алады. Сондықтан үшінші заңның күштер жұбы ешқашан қозғалысты «жоймайды».
-
Масса мен салмақты шатастыру: $F = ma$ формуласына массаның орнына салмақты ньютонмен қою.
Масса \(m\) — зат мөлшері, килограмммен өлшенеді және барлық жерде бірдей. Салмақ — дененің тірекке түсіретін күші, ньютонмен өлшенеді: \(P = mg\). Екінші заңның формуласына тек кг-мен берілген масса қойылады.
-
$F = 0$ болғанда дене міндетті түрде тыныштықта болады деп ойлау.
Бірінші заң екі нұсқаны қарастырады: дене не тыныштықта, не түзусызықты бірқалыпты қозғалыста болады. Егер күштердің тең әсерлі күші нөлге тең болса, қозғалып жатқан дене тоқтамай, сол жылдамдықпен жүре береді.
-
Қозғалысты сақтау үшін денеге үнемі күш қажет деп ойлау.
Күш жылдамдықты өзгерту үшін (қозғалту, тежеу, бұру) қажет, жай ғана қозғалу үшін емес. Үйкеліс болмаса, дене ешқандай күшсіз мәңгі қозғалар еді — бұл инерция заңы.
Сұрақтар мен жауаптар
Ньютонның бірінші және екінші заңының айырмашылығы неде?
Бірінші заң күш нөлге тең болғандағы жеке жағдайды сипаттайды: онда дене жылдамдығын сақтайды (тыныштықта немесе бірқалыпты қозғалыста). Екінші заң — жалпылама: ол күш нөлге тең ЕМЕС болғанда не болатынын көрсетеді және \(a = F/m\) формуласы бойынша үдеуді есептеуге мүмкіндік береді. Негізінде, бірінші заң — \(F = 0\) болғандағы екінші заң.
Ньютонның үш заңын қысқаша қалай айтуға болады?
Біріншісі: күш әсер етпесе, дене жылдамдығын сақтайды. Екіншісі: үдеу күшті массаға бөлгенге тең (\(a = F/m\)). Үшіншісі: денелер бір-біріне тең және қарама-қарсы күштермен әсер етеді.
Ньютон заңдары салмақсыздықта жұмыс істей ме?
Иә. Салмақсыздық дененің тірекке қысым түсірмейтінін (салмақ нөлге тең) білдіреді, бірақ масса мен күштер жоғалып кетпейді. Салмақсыздықта барлық үш заң жұмыс істейді: денені қозғалту үшін бәрібір күш қажет (\(F = ma\)), ал итерілгенде күштер жұбы пайда болады (үшінші заң). Сондықтан ғарышкер станция қабырғасынан итеріліп қозғала алады.
Инерция дегеніміз не, қарапайым тілмен?
Инерция — дененің сыртқы күш әсер еткенше өз жылдамдығын сақтау қасиеті. Масса неғұрлым үлкен болса, инерция соғұрлым жоғары болады және дененің қозғалысын өзгерту соғұрлым қиын болады. Тежелгенде жолаушының алға, ал қозғалғанда артқа ұмтылуы — дәл осы инерция.
Күш қандай бірлікпен өлшенеді және 1 ньютон деген не?
Күш ньютонмен (Н) өлшенеді. \(F = ma\) формуласынан: 1 ньютон — массасы 1 кг денеге 1 м/с² үдеу беретін күш. Яғни 1 Н = 1 кг·м/с².
