ОГЭ · Физика · Законы Ньютона, простые механизмы, давление и импульс (задания 7, 12, 16, 18–20)
Законы Ньютона: инерция, сила, вес тела
Три закона Ньютона — фундамент всей динамики ОГЭ. Из них вытекают задачи на равнодействующую и ускорение (№20), объяснение явлений инерции (№19) и половина утверждений в №16.
ℹ️ В первой части ОГЭ по физике (задания 1–16) ответом служат цифры или число, а задания 17–22 требуют записанного решения или объяснения — за один голый ответ там баллов не дают. Вопросов с ответом одним словом на экзамене нет, поэтому задания ниже помечены как тренировочные: физика в них настоящая, но формат экзаменационной линии они не воспроизводят.
Инерция и первый закон Ньютона
Определение
Инерция — явление сохранения скорости тела, когда на него не действуют другие тела (или действие скомпенсировано)
Определение
Инертность — свойство тела: чем больше масса, тем медленнее меняется скорость тела при том же воздействии. Мера инертности — масса
| Первый закон | если равнодействующая сил равна нулю, тело покоится или движется равномерно и прямолинейно |
|---|---|
| Второй закон | a = F / m, ускорение направлено так же, как равнодействующая сила. Отсюда F = ma |
| Третий закон | тела действуют друг на друга с равными по модулю и противоположными по направлению силами: F₁ = −F₂ |
| Равнодействующая | силы вдоль одной прямой: в одну сторону — складываем, в противоположные — вычитаем (модуль разности) |
Чем масса отличается от веса
Это самая частая путаница ОГЭ. Масса m — мера инертности тела, измеряется в килограммах, от места не зависит: на Земле, на Луне и в невесомости масса одна и та же. Сила тяжести Fт = mg — сила, с которой Земля притягивает тело; она приложена к самому телу и измеряется в ньютонах. Вес P — сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес; она приложена не к телу, а к опоре или подвесу. В покое и при равномерном движении по горизонтали P = mg, и именно поэтому вес легко спутать с силой тяжести. Но стоит опоре начать двигаться с ускорением, как вес меняется: при движении вверх с ускорением возникает перегрузка (P > mg), при свободном падении опоры вес обращается в ноль — это невесомость. Масса при этом остаётся прежней. В задачах ОГЭ g = 10 Н/кг, если в условии не сказано иное.
| Сила тяжести | Fт = mg, направлена вертикально вниз, приложена к телу |
|---|---|
| Вес тела | P = mg (в покое), приложен к опоре или подвесу |
| Сила упругости | Fупр = kx, направлена против деформации |
| Сила трения скольжения | Fтр = μN, направлена против движения |
| Невесомость | состояние, при котором вес равен нулю (свободное падение) |
Как решать задачу на второй закон Ньютона
• Нарисуй тело и все силы, которые на него действуют.
• Выбери направление движения как положительное.
• Найди равнодействующую: силы по движению — со знаком «+», против — со знаком «−».
• Подставь в a = F / m (или F = ma, если ищешь силу).
• Проверь единицы: масса в кг, сила в Н, ускорение в м/с².
Разбор примера
Разбор: равнодействующая и ускорение
На тело массой 4 кг вдоль одной прямой действуют две силы: 10 Н вправо и 6 Н влево. Найдите ускорение тела.
Показать решение по шагам
- 1. Силы направлены в противоположные стороны, значит модуль равнодействующей — их разность: R = 10 − 6 = 4 Н.
- 2. Равнодействующая направлена вправо (в сторону большей силы), туда же направлено ускорение.
- 3. По второму закону Ньютона a = R / m = 4 / 4 = 1 м/с².
Ответ: 1 м/с², направлено вправо
Разбор примера
Разбор: вес тела в лифте
Человек массой 60 кг стоит в лифте. Каков его вес, если лифт: а) стоит; б) свободно падает?
Показать решение по шагам
- 1. а) Лифт покоится, ускорения нет: P = mg = 60 · 10 = 600 Н.
- 2. б) При свободном падении опора падает вместе с человеком, человек не давит на пол: P = 0 — это невесомость.
- 3. Масса в обоих случаях одна и та же — 60 кг. Меняется только вес.
Ответ: 600 Н и 0 Н
Ловушка №16 и №19: «на тело действует сила инерции» — такой силы не существует. Инерция — это явление сохранения скорости, а не сила.
Вопрос на проверку
Тело движется равномерно и прямолинейно по горизонтальной поверхности. Чему равна равнодействующая всех приложенных к нему сил?
Ответить и проверить себя — после бесплатной регистрации.
Одна схема на пять линий: находим равнодействующую
Все задачи этого урока решаются по одной схеме, и она стоит того, чтобы выучить её как последовательность действий. Первое: нарисовать тело точкой и отметить все действующие на него силы — тяжести, нормальной реакции, натяжения, трения. Второе: выбрать направление и сложить силы с учётом знаков, получив равнодействующую R. Третье: сравнить R с нулём. Если R = 0, тело либо покоится, либо движется равномерно и прямолинейно — это первый закон Ньютона. Если R ≠ 0, появляется ускорение a = R / m, направленное туда же, куда R, — второй закон. Третий закон добавляет к этому важную оговорку: силы действия и противодействия равны по модулю и противоположны по направлению, но приложены к разным телам, поэтому никогда друг друга не уравновешивают. Именно на этой оговорке ловят на линии 16: утверждение «силы действия и противодействия уравновешивают друг друга» всегда ложно. А в лифте работает не третий закон, а второй: вес — это сила, с которой тело давит на опору, и при ускоренном подъёме она больше силы тяжести.
Разбор примера
Задание 7: мощность двигателя
Двигатель совершает работу 4800 Дж за 60 с. Определите мощность двигателя. Ответ выразите в ваттах.
Показать решение по шагам
- 1. Мощность — работа за единицу времени: P = A / t.
- 2. P = 4800 / 60 = 80 Вт.
- 3. Полезно помнить обратный ход, он тоже встречается: A = Pt. Лампочка 80 Вт за минуту совершает ту же работу 4800 Дж.
Ответ: 80
Разбор примера
Задание 12: вес тела в лифте
Лифт начинает двигаться вверх с ускорением, направленным вверх. Как изменяются при этом сила тяжести, действующая на пассажира, и его вес? 1) увеличивается; 2) уменьшается; 3) не изменяется.
Показать решение по шагам
- 1. Сила тяжести F = mg зависит только от массы и g, а лифт ни того ни другого не меняет: она не изменяется — цифра 3.
- 2. Вес — это сила давления на опору. По второму закону для пассажира: N − mg = ma, откуда N = m(g + a), то есть при ускорении вверх вес увеличивается — цифра 1.
- 3. Ответ 31. Ловушка линии 12 — считать «вес» и «силу тяжести» одним и тем же: в физике это разные силы, приложенные к разным телам.
- 4. Проверка крайним случаем: при свободном падении лифта a = −g, тогда N = 0 — знакомая невесомость.
Ответ: 31
Разбор примера
Задание 16: два верных утверждения о законах Ньютона
Тело тянут по горизонтальному столу за нить с постоянной скоростью. Выберите два верных утверждения. 1) Равнодействующая всех сил, действующих на тело, равна нулю. 2) Сила натяжения нити больше силы трения. 3) Сила трения равна по модулю силе натяжения нити. 4) На тело не действует сила тяжести, так как оно лежит на столе. 5) Ускорение тела направлено по движению.
Показать решение по шагам
- 1. Скорость постоянна, значит, ускорения нет, и по второму закону равнодействующая равна нулю.
- 2. 1) Плюс: это прямое следствие постоянства скорости.
- 3. 3) Плюс: раз равнодействующая горизонтальных сил равна нулю, натяжение и трение равны по модулю и противоположны.
- 4. 2) Минус: натяжение было бы больше трения при разгоне, а тело движется равномерно.
- 5. 4) Минус: сила тяжести действует всегда, её просто уравновешивает нормальная реакция стола.
- 6. 5) Минус: ускорения нет вовсе. Верны 1 и 3.
Ответ: 13
Разбор примера
Задание 19: почему пассажир наклоняется при торможении
Пассажир стоящего автобуса при резком торможении наклоняется вперёд. Объясните явление, назвав закон, которым оно описывается.
Показать решение по шагам
- 1. Наблюдение: тормозит автобус, а пассажир продолжает двигаться вперёд.
- 2. Физическая причина: по первому закону Ньютона тело сохраняет скорость, пока на него не действует сила или пока действия скомпенсированы. Тормозная сила приложена к автобусу через колёса и дорогу; на пассажира горизонтальная сила действует только через трение подошв и поручень, и её недостаточно.
- 3. Следствие: нижняя часть тела, связанная с полом трением, замедляется вместе с автобусом, а верхняя по инерции сохраняет прежнюю скорость — пассажир наклоняется вперёд, то есть по ходу движения.
- 4. Проверка ответа: при разгоне по той же причине человека отклоняет назад. Если объяснение предсказывает оба случая, оно верное.
Ответ: Пассажир по инерции сохраняет скорость (первый закон Ньютона), поэтому наклоняется вперёд
Разбор примера
Задание 20: полное решение на второй закон Ньютона
Автомобиль массой 1200 кг, двигавшийся со скоростью 20 м/с, затормозил и остановился через 5 с. Определите модуль ускорения и силу торможения. Приведите полное решение.
Показать решение по шагам
- 1. Дано: m = 1200 кг; v₀ = 20 м/с; v = 0; t = 5 с. Найти: a, F.
- 2. Законы и формулы: определение ускорения a = (v − v₀) / t и второй закон Ньютона F = ma.
- 3. Ускорение: a = (0 − 20) / 5 = −4 м/с². Знак минус означает, что ускорение направлено против движения; по модулю a = 4 м/с².
- 4. Сила: F = 1200 · 4 = 4800 Н = 4,8 кН. Это равнодействующая, и при торможении её роль играет сила трения.
- 5. Ответ: a = 4 м/с², F = 4,8 кН. Эксперт ждёт, что названо направление ускорения и указаны единицы.
Ответ: a = 4 м/с²; F = 4800 Н
Разбор примера
Протокол опыта (формат задания 17): работа силы трения
Комплект № 2 ОГЭ: деревянный брусок с крючком, три груза по (100 ± 2) г, направляющая с гибкой полосой (поверхность «Б», коэффициент трения около 0,6), динамометр № 2 (C = 0,1 Н), линейка 300 мм. Определите работу силы трения при равномерном перемещении бруска.
Показать решение по шагам
- 1. Что берут: брусок с одним грузом, динамометр, направляющую с закреплённой гибкой полосой, линейку.
- 2. Что делают: тянут брусок динамометром равномерно вдоль полосы на отмеренный линейкой участок, снимая показание силы во время движения.
- 3. Что наблюдают: Fтр = (0,9 ± 0,1) Н; s = (200 ± 1) мм = (0,200 ± 0,001) м.
- 4. Расчётная формула и вычисление: Aтр = Fтр · s = 0,9 · 0,200 = 0,18 Дж.
- 5. Погрешность и вывод: главный вклад даёт динамометр (0,1 Н из 0,9 Н — это около 11 %), вклад линейки ничтожен. Работа силы трения по смыслу отрицательна (сила направлена против перемещения), но в ответе задания 17 просят её модуль. Сравнение с поверхностью «А» из предыдущего урока показывает: на шершавой полосе сила трения, а значит и работа, примерно втрое больше.
Ответ: Aтр = 0,18 Дж
ℹ️ Спецификация КИМ ОГЭ-2026, раздел 11: «Экспериментальное задание 17 проверяет: 1) умение проводить косвенные измерения физических величин: плотности вещества; силы Архимеда; коэффициента трения скольжения; жёсткости пружины; момента силы, действующей на рычаг; работы силы упругости при подъёме груза с помощью подвижного или неподвижного блока; работы силы трения; оптической силы линзы». Задание стоит 3 балла и 30 минут — шестую часть экзамена на один опыт.
Задание №для самопроверки в формате экзамена
Ответить и проверить себя — после бесплатной регистрации.
Задание №для самопроверки в формате экзамена
Ответить и проверить себя — после бесплатной регистрации.
Задание №для самопроверки в формате экзамена
Ответить и проверить себя — после бесплатной регистрации.