Динамика в физике: полный разбор темы для ЕГЭ

Первый закон Ньютона (закон инерции): тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока на него не подействуют другие тела. Простыми словами: если сумма сил равна нулю, ускорение равно нулю.

Второй закон Ньютона: равнодействующая сила равна произведению массы на ускорение: F = ma. Это главное уравнение для решения задач. Важно помнить, что векторный характер: силы складываются векторно.

Третий закон Ньютона: силы действия и противодействия равны по модулю и противоположны по направлению, но приложены к разным телам. Частая ошибка: считать, что эти силы уравновешивают друг друга — нет, они действуют на разные объекты.

В задачах ЕГЭ часто требуется применить второй закон к системе тел, связанных нитью или лежащих на поверхности. Алгоритм: сделать рисунок, расставить силы, выбрать оси, записать уравнения проекций, решить систему.

Сила тяжести — это сила, с которой Земля притягивает тело. Она равна mg и направлена вертикально вниз. Вес тела — это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Вес может отличаться от силы тяжести, если опора движется с ускорением.

Например, в лифте, движущемся вверх с ускорением, вес увеличивается (перегрузка), а при движении вниз с ускорением — уменьшается (невесомость при свободном падении).

В задачах ЕГЭ часто спрашивают: «Чему равен вес тела в лифте?» или «Найти силу натяжения нити, если тело движется по окружности». Важно правильно применять второй закон Ньютона и помнить, что вес — это сила упругости опоры или нити, действующая на тело.

Закон всемирного тяготения: две материальные точки притягиваются с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними: F = G * m1 * m2 / r². G — гравитационная постоянная.

В задачах ЕГЭ этот закон применяют для расчёта силы притяжения между планетами, спутниками, а также для определения ускорения свободного падения на высоте h: g(h) = G * M / (R + h)².

Типичная задача: найти ускорение свободного падения на высоте, равной радиусу Земли. Или: как изменится сила притяжения, если расстояние увеличить в 2 раза?

Сила упругости возникает при деформации тела и стремится вернуть его в исходное состояние. Для пружины справедлив закон Гука: Fупр = -k * Δx, где k — жёсткость пружины, Δx — изменение длины. Знак минус указывает, что сила направлена противоположно смещению.

В задачах ЕГЭ часто встречаются системы с пружинами: груз на пружине, последовательное и параллельное соединение пружин, движение с пружиной по наклонной плоскости. Важно уметь находить равнодействующую силу упругости и применять второй закон Ньютона.

Также сила упругости проявляется в нитях и стержнях: сила натяжения нити всегда направлена вдоль нити от тела.

Сила трения возникает при соприкосновении тел и препятствует относительному движению. Различают трение покоя, скольжения и качения.

Трение покоя: удерживает тело на месте, пока приложенная сила не превысит максимальное значение Fтр.покоя max = μ0 * N. В задачах ЕГЭ чаще используют трение скольжения: Fтр = μ * N, где μ — коэффициент трения скольжения, N — сила нормальной реакции опоры.

Важно: сила трения всегда направлена против относительного движения (или против возможного движения в случае покоя). В задачах с наклонной плоскостью сила трения направлена вдоль плоскости вверх, если тело скользит вниз.

Типичные задачи: найти ускорение бруска на наклонной плоскости с учётом трения, определить минимальную силу для сдвига тела, разобрать движение системы связанных тел с трением.