Второй закон Ньютона

Введение

В механике движение тел под действием сил изучается с помощью законов Ньютона. Если первый закон Ньютона описывает состояние покоя или равномерного движения тел при отсутствии внешних сил, то второй закон связывает силу, действующую на тело, и его ускорение. Понимание второго закона позволяет предсказывать, как изменится движение тела при действии различных сил, и является основой для решения большинства задач кинематики и динамики.

В этой статье рассматриваются понятия сила, динамометр, связь силы с ускорением, формулировка второго закона Ньютона и единицы измерения силы.

Сила

Сила — это физическая величина, характеризующая воздействие одного тела на другое, которое вызывает изменение скорости, формы или деформацию тела.

Сила — векторная величина, она имеет величину, направление и точку приложения.

Примеры силы:

Гравитационная сила, притягивающая яблоко к Земле
Сила трения, замедляющая движение санок
Сила упругости пружины
Толчок или тяга человека

Сила измеряется с помощью динамометра.

Динамометр

Динамометр — прибор для измерения силы. В основе работы многих динамометров лежит деформация пружины, которая пропорциональна действующей силе.

Принцип работы:

$display style F equals k times x$

где $F$ — сила, $k$ — жесткость пружины, $x$ — удлинение пружины.

Динамометры позволяют наглядно измерять силу, действующую на тело, и проводить эксперименты по закону Ньютона.

Связь ускорения с силой

Если на тело действует сила, оно получает ускорение, которое прямо пропорционально этой силе и обратно пропорционально массе тела.

Математически:

$display style a with ⃗ on top equals fraction numerator F with ⃗ on top over denominator m end fraction$

где:

$a with ⃗ on top$ — ускорение тела
$F with ⃗ on top$ — сила, действующая на тело
$m$ — масса тела

Это означает, что чем больше сила, тем больше ускорение, а чем больше масса, тем меньше ускорение при той же силе.

Второй закон Ньютона

Формулировка второго закона Ньютона:

Ускорение тела прямо пропорционально действующей на него силе и обратно пропорционально массе тела.

В форме формулы:

$display style F with ⃗ on top equals m times a with ⃗ on top$

$Примеры применения:$

Если на тележку массой 10 кг действует сила 50 Н, ускорение:

$display style a equals F over m equals 50 over 10 equals 5 text м/с² end text$

Если увеличить массу тележки до 20 кг при той же силе, ускорение уменьшится вдвое:

$display style a equals 50 over 20 equals 2 comma 5 text м/с² end text$

Единицы измерения силы

В Международной системе единиц (СИ) сила измеряется в ньютон (Н).
1 ньютон — это сила, которая сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с²:

$display style 1 text Н end text equals 1 text кг end text times text м/с² end text$

Сила также может измеряться в килограммах-силах (кгс), но эта единица устарела и применяется редко:

$display style 1 text кгс end text almost equal to 9 comma 8 text Н end text$

Вопросы для самопроверки

Что такое сила и какие её основные характеристики?
Как работает динамометр и для чего он используется?
Как связаны сила, масса и ускорение тела?
Сформулируйте второй закон Ньютона своими словами.
Какая формула выражает второй закон Ньютона?
Как изменится ускорение, если увеличить силу при постоянной массе?
Как изменится ускорение, если увеличить массу при постоянной силе?
В каких единицах измеряется сила в системе СИ?
Что такое ньютон и как он связан с килограммами и метрами?
Приведите примеры действия силы в повседневной жизни.

Последнее изменение: Пятница, 14 Ноябрь 2025, 13:59