Второй закон Ньютона

Сила

Вы­яс­ним, к чему же при­во­дит дей­ствие на одно тело дру­гих тел. То есть вза­и­мо­дей­ствие. Вза­и­мо­дей­ствие – это дей­ствие тел друг на друга. Оно не может быть од­но­сто­рон­ним, не может быть на­прав­лен­ным толь­ко на одно тело, оно обя­за­тель­но долж­но рас­смат­ри­вать­ся как дей­ствие тел друг на друга, т.е. для этого обя­за­тель­но нужны как ми­ни­мум два тела. Мерой та­ко­го вза­и­мо­дей­ствия яв­ля­ет­ся по­ня­тие силы. Впер­вые это по­ня­тие было упо­треб­ле­но во II веке до н.э. Ари­сто­те­лем. В пе­ре­во­де на гре­че­ский сила – это ди­на­мо, от­сю­да и про­ис­хо­дит ди­на­ми­ка – раз­дел ме­ха­ни­ки, в ко­то­ром рас­смат­ри­ва­ет­ся дви­же­ние тел и вза­и­мо­дей­ствие тел.

Сила обо­зна­ча­ет­ся F. Дей­ствие все­гда ку­да-ли­бо на­прав­ле­но, а если есть на­прав­ле­ние, то у ве­ли­чи­ны есть ха­рак­те­ри­сти­ка, свя­зан­ная с на­прав­ле­ни­ем, эта ве­ли­чи­на будет век­тор­ная. Из­ме­ря­ет­ся сила в нью­то­нах (Н).

 = [H]

Необ­хо­ди­мо от­ме­тить, что у фи­зи­че­ской ве­ли­чи­ны силы есть ещё и мо­дуль­ное зна­че­ние, то есть чис­ло­вое зна­че­ние этой ве­ли­чи­ны.

 Динамометр

Для из­ме­ре­ния силы тре­бу­ет­ся при­бор – ди­на­мо­метр. Обыч­но го­во­рят, что вза­и­мо­дей­ствие при­во­дит к тому, что в те­че­ние неко­то­ро­го вре­ме­ни из­ме­ня­ет­ся либо ско­рость тела, либо де­фор­ми­ру­ет­ся тело, то есть из­ме­ня­ет­ся его форма и объём. А может про­ис­хо­дить и то и дру­гое. По­это­му мы рас­смот­рим ди­на­мо­метр, в ко­то­ром ис­поль­зу­ет­ся де­фор­ма­ция пру­жи­ны как яв­ле­ние для из­ме­ре­ния дей­ствия силы.

Рис. 1. Виды ди­на­мо­мет­ров

Наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ный вид ди­на­мо­мет­ра, на­зы­ва­ет­ся «школь­ный», пред­став­ля­ет собой при­бор, где непо­сред­ствен­но на шкале, на самом кор­пу­се, на­хо­дит­ся пру­жи­на, к ко­то­рой при­креп­ля­ет­ся крю­чок для груза. Об­ра­щаю ваше вни­ма­ние, что в дан­ном слу­чае шкала на­не­се­на на сам кор­пус, и, де­фор­ми­руя пру­жи­ну, мы можем по­лу­чить зна­че­ние при­ло­жен­ной силы.

Рис. 2. Школь­ный ди­на­мо­метр

Еще один вид та­ко­го при­бо­ра – т.н. де­мон­стра­ци­он­ный ди­на­мо­метр.

Рис. 3. Де­мон­стра­ци­он­ный ди­на­мо­метр 

Он может из­ме­рять при­ло­жен­ную силу как в одну сто­ро­ну, так и в дру­гую, т.е. удо­бен тем, что можно из­ме­рять дей­ствие сил, на­прав­лен­ных в раз­ные сто­ро­ны.

 Связь ускорения с силой

Важно от­ме­тить, что вто­рой закон Нью­то­на ба­зи­ру­ет­ся на ре­зуль­та­тах очень мно­гих фи­зи­че­ских экс­пе­ри­мен­тов. В част­но­сти, рас­смот­рим сле­ду­ю­щий экс­пе­ри­мент, ко­то­рый по­ка­жет, как уско­ре­ние свя­за­но с дей­ству­ю­щей силой. Если на тело дей­ству­ет неко­то­рая сила, то можно за­ме­тить пря­мую про­пор­ци­о­наль­ность: чем боль­ше сила, при­ло­жен­ная к телу, тем боль­шим будет уско­ре­ние этого тела.

Рис. 4. Уско­ре­ние прямо про­пор­ци­о­наль­но при­ло­жен­ной силе

У нас есть бру­сок, ди­на­мо­метр, ко­то­рый будет ре­ги­стри­ро­вать дей­ствие силы, да­вай­те по­смот­рим, как же будет дви­гать­ся этот бру­сок. Об­ра­ти­те вни­ма­ние: при­ла­га­ем опре­де­лен­ную силу, и в ре­зуль­та­те – одно опре­де­лен­ное уско­ре­ние. Бру­сок про­хо­дит рас­сто­я­ние за опре­де­лён­ное время. Если же мы силу уве­ли­чим, то и уско­ре­ние будет тоже боль­ше.

Итак, можно ска­зать, что уско­ре­ние прямо про­пор­ци­о­наль­но при­ло­жен­ной силе.

 Связь ускорения с массой

Во вто­ром экс­пе­ри­мен­те про­сле­дим, как со­от­но­сит­ся уско­ре­ние с мас­сой тела.

Рис. 5. Уско­ре­ние об­рат­но про­пор­ци­о­наль­но массе 

Чтобы про­ве­рить за­ви­си­мость уско­ре­ния от массы тела, вос­поль­зу­ем­ся гру­за­ми. Возь­мём пер­вый груз и уста­но­вим на брус­ке. Ди­на­мо­метр по­ка­жет ту же силу, ко­то­рую мы ис­поль­зо­ва­ли в преды­ду­щем экс­пе­ри­мен­те. Итак, если те­перь мы при­кла­ды­ва­ем силу, по­смот­ри­те, что же будет с уско­ре­ни­ем. Уско­ре­ние ста­но­вит­ся мень­ше. Если мы ещё раз массу уве­ли­чим, ещё боль­ше она ста­нет, об­ра­ти­те вни­ма­ние, опять по­тре­бу­ет­ся сила боль­шая, но уско­ре­ние будет ещё мень­ше при зна­че­нии при­бли­зи­тель­но той же самой силы. Это го­во­рит о том, что чем боль­ше масса, то при той же самой при­ло­жен­ной силе уско­ре­ние будет мень­ше.

Уско­ре­ние будет прямо про­пор­ци­о­наль­но об­рат­но­му зна­че­нию массы. Чем боль­ше масса, тем уско­ре­ние будет мень­ше.

 Второй закон Ньютона

В ре­зуль­та­те про­ве­дён­ных экс­пе­ри­мен­тов и был сфор­му­ли­ро­ван вто­рой закон Нью­то­на. Вто­рой закон Нью­то­на го­во­рит о том, что тело будет дви­гать­ся с уско­ре­ни­ем, если на него дей­ству­ет сила. Это уско­ре­ние прямо про­пор­ци­о­наль­но при­ло­жен­ной силе и об­рат­но про­пор­ци­о­наль­но массе этого тела.

Опре­де­ле­ние: уско­ре­ние, при­об­ре­та­е­мое телом под дей­стви­ем силы, прямо про­пор­ци­о­наль­но ве­ли­чине этой силы и об­рат­но про­пор­ци­о­наль­но массе тела.

 Единицы измерения силы

К этому необ­хо­ди­мо до­ба­вить ещё то, что под силой в дан­ном слу­чае по­ни­ма­ет­ся рав­но­дей­ству­ю­щая всех сил. То есть век­тор­ная сумма всех сил, дей­ству­ю­щих на тело.