Урок 06. Инерция и первый закон Ньютона

Научиться объяснять инерцию и применять первый закон Ньютона. Главный вопрос урока: нужна ли постоянная сила, чтобы тело продолжало двигаться равномерно и прямолинейно?

Понадобятся тетрадь, ручка и линейка.

Все уроки · Перейти к заданиям

Материалы к уроку

• Веб-тренажёр «Первый закон Ньютона»: открыть
• Рабочие листы для печати (PDF, A4): Лист А · Лист Б · Лист В

Главное

Инерция — явление сохранения скорости тела, если действие других тел отсутствует или взаимно компенсируется. Первый закон Ньютона утверждает: в инерциальной системе отсчёта тело сохраняет покой или равномерное прямолинейное движение, если равнодействующая всех сил равна нулю.

$${\vec{F}}_{\text{рез}}=0\Rightarrow \vec{v}=\text{const}.$$

Нулевая равнодействующая не обязательно означает, что сил нет. Например, на книгу на столе действуют сила тяжести вниз и сила опоры вверх, но они уравновешены.

Наглядная схема

flowchart LR
    A["Смотрим на все силы"] --> B{"Равнодействующая равна нулю?"}
    B -->|"Да"| C["Ускорение равно нулю"]
    C --> D["Покой или равномерное прямолинейное движение"]
    B -->|"Нет"| E["Скорость изменяется"]
    classDef law fill:#d0ebff,stroke:#1971c2,color:#212529;
    class C,D law;

Тренировка по шагам

Работай сверху вниз. Сначала запиши собственный ответ, затем раскрой правильный ответ и сравни объяснения.

Шаг 1. Монета и карточка

На гладкой карточке лежит монета. Что произойдёт с монетой, если быстро выдернуть карточку горизонтально? Объясни через инерцию.

Ответ ученика

Запиши предсказание и объяснение.

Правильный ответ к шагу 1

Монета почти сохранит состояние покоя и упадёт вниз, когда карточка уйдёт из-под неё. Горизонтальное взаимодействие длится очень мало, поэтому монета не успевает приобрести заметную скорость вслед за карточкой.

Шаг 2. Автобус трогается

Почему стоящий пассажир наклоняется назад относительно автобуса, когда автобус резко начинает движение вперёд? Действует ли на пассажира особая сила назад?

Ответ ученика

Опиши прежнее и новое состояние движения.

Правильный ответ к шагу 2

Тело пассажира стремится сохранить прежнюю скорость относительно Земли, пока автобус начинает двигаться вперёд. Поэтому относительно салона пассажир отклоняется назад. Для объяснения в инерциальной системе отсчёта особая сила назад не нужна.

Шаг 3. Книга на столе

Назови две основные силы, действующие на неподвижную книгу на горизонтальном столе. Почему книга не ускоряется?

Ответ ученика

Укажи направления сил и их равнодействующую.

Правильный ответ к шагу 3

Земля действует на книгу силой тяжести вниз, а стол — силой реакции опоры вверх. Силы равны по модулю и противоположны, поэтому их равнодействующая равна нулю и ускорения нет.

Шаг 4. Автомобиль с постоянной скоростью

Автомобиль движется по прямой с постоянной скоростью. Что можно утверждать о равнодействующей всех сил, действующих на него?

Ответ ученика

Не перечисляй силы по отдельности, ответь о результате их действия.

Правильный ответ к шагу 4

Скорость не изменяется, значит ускорение равно нулю. В инерциальной системе отсчёта равнодействующая всех сил равна нулю: тяга двигателя компенсирует сопротивление движению.

Шаг 5. Тележка и две силы

Тележка уже движется вправо. На неё действуют две горизонтальные силы: 5 Н вправо и 5 Н влево. Трением пренебречь. Как будет изменяться скорость тележки?

Ответ ученика

Сначала найди равнодействующую.

Правильный ответ к шагу 5

Равнодействующая равна $5-5=0$ Н. Поэтому ускорение равно нулю, а тележка продолжает двигаться вправо с постоянной скоростью.

Шаг 6. Парашютист с постоянной скоростью

Парашютист некоторое время падает вертикально с постоянной скоростью. Равна ли нулю равнодействующая сил? Объясни.

Ответ ученика

Свяжи постоянную скорость с ускорением.

Правильный ответ к шагу 6

Да. Постоянная скорость означает нулевое ускорение, поэтому сила тяжести вниз уравновешена сопротивлением воздуха вверх. Силы существуют, но их равнодействующая равна нулю.

Шаг 7. Исправь утверждение

Ученик сказал: «Если тело движется, на него обязательно действует сила в направлении движения». Исправь утверждение и приведи пример.

Ответ ученика

Сформулируй связь силы не с движением, а с изменением скорости.

Правильный ответ к шагу 7

Равнодействующая сила вызывает ускорение, то есть изменение скорости. Равномерное прямолинейное движение возможно при нулевой равнодействующей. Пример — шайба, скользящая по почти гладкому льду после короткого удара.

Как оценить результат

Можно переходить дальше, если не менее 6 из 7 шагов объяснены верно, нулевая равнодействующая не перепутана с отсутствием всех сил и понятно, что сила нужна для изменения скорости, а не для поддержания равномерного движения.

Вопросы ученика

Предыдущий урок · Следующий урок