Второй закон Ньютона: определение и формула
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Содержание:
– В чем сила брат?
– В Ньютонах брат.
С этой шутки можно начать, а точнее продолжить нашу статью о законах Ньютона, на которых, словно на трех слонах стоят основы классической механики. О первом законе Ньютона мы уже писали, и сегодня очередь за вторым законом имени великого английского физика. В чем его суть, как звучит второй закон Ньютона и какая его формула, об этом читайте далее.
Основные понятия: сила, ускорение, масса
Именно с открытием второго закона Ньютона его имя стало ассоциироваться с физическим понятием силы. Впрочем, сила стала не только ассоциироваться, но и измеряться в ньютонах. Да и сам второй закон тесно связан с понятием силы, а также скорости, и ускорения, а еще массы. Но обо всем по порядку.
Что такое сила в физике? Сила это некая физическая величина, обязательно имеющая свое направление (вектор), которая является мерой действия на тело. Обозначается сила литерой F. Измерить величину силы можно при помощи специального прибора – динамометра. Обычно он состоит из пружины, связанной со стрелочным указателем. Если пружину растянуть, то произойдет отклонение стрелки, которая покажет количественную характеристику силы F.
Вот так выглядит динамометр, измеритель силы. Впрочем, существуют разные разновидности этого прибора. Обычно на тело при движении действует сразу несколько сил (к тому же имеющих разную направленность или вектор): сила гравитации, сила трения и т. д.
В прошлой статье о первом законе у нас в качестве примера фигурировала некая тележка. Если приложить силу к этой тележке она станет катиться, и если представить, что на тележку не действуют никакие другие силы, то она будет катиться бесконечно. Бесконечно тележки катиться могут только в придуманной Ньютоном инерциальной системе отсчета (ИСО), существующей лишь теоретически. На практике же мы прекрасно понимаем, что тележка покатится лишь какое-то время и вскоре остановится. А значит, ее скорость изменится, от некоего значения до нуля.
То как меняется скорость в течение времени, называется ускорением (его принято обозначать литерой a). На практике в реальной жизни все тела движутся с ускорением, причем если скорость нарастает, или убывает равномерно, то такое движение называется равноускоренным. Примером такого движение может быть падение любого тела вниз, оно будет падать с одинаковым ускорением, формируемым земной гравитацией g.
И напоследок на характеристику движения любого тела влияет его масса, которую принято обозначать литерой m. В физике масса часто является мерой инертности тела, то есть чем больше масса того или иного тела, тем труднее его сдвинуть с места, но уже сдвинув, его опять таки труднее остановить.
Определение
Если первый закон Ньютона в свое время пытался объяснить то, как работает небесная механика, каким образом планеты непрерывно движутся вокруг Солнца (и не падают на него), то второй закон в этом плане более приземлен, он объясняет движение тел тут, на Земле. По сути это основной закон динамики, базовой закон физической природы.
Существует несколько классических определений второго закона Ньютона: первое из них гласит: сила, оказывающая воздействие на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое данной силой ускорение.
Второе определение идет не от силы, а от ускорения, оно гласит: ускорение тела прямо пропорционально приложенной к нему силе и обратно пропорционально массе.
Формула
Первое приведенное нами определение можно записать классической формулой:
F = ma
Где F – сила, действующая на тело, m – его масса, а – ускорение.
Для второго определения уравнение будет следующим:
a = F/m
Иными словами, чем больше сила, действующая на тело, тем больше его ускорения, и наоборот, чем больше масса тела, тем его ускорение будет меньшим. По сути, мы пересказали суть второго закона Ньютона своими словами.
Равнодействующая сила
Как мы писали выше, на практике в реальной жизни на каждое физическое тело действует не одна, а несколько сил, причем с разными направлениями. Какое же отражения во втором законе Ньютона находит действия разных сил, обозначим их F1, F2, F3. Так вот если на тело действует несколько сил, то в формуле второго закона фигурирует равнодействующая сила F, которая высчитывается по формуле:
F = F1 + F2 + F3.
Если же равнодействующая сила будет равна нулю, то тело будет пребывать в состоянии покоя, либо равномерного прямолинейного движения.
Рекомендованная литература и полезные ссылки
- Лич Дж. У. Классическая механика. М.: Иностр. литература, 1961.
- Спасский Б. И.. История физики. М., «Высшая школа», 1977.
- Кудрявцев П. С. Курс истории физики. — М.: Просвещение, 1974.
- Crowell, Benjamin (2011), Light and Matter (2011, Light and Matter), especially at Section 4.2, Newton’s First Law, Section 4.3, Newton’s Second Law, and Section 5.1, Newton’s Third Law.
- Feynman, R. P. (англ.)русск.; Leighton, R. B.; Sands, M. The Feynman Lectures on Physics (неопр.). — 2nd. — Pearson/Addison-Wesley, 2005. — Т. Vol. 1. — ISBN 0-8053-9049-9.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.
Ха! “Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику”.
Неплохо, мало кто осмеливается выслушивать конструктивную критику.
Ну что ж! Я очень внимательно и очень придирчиво прочитал вашу статью. Т.к. современная физика не понимает о чем написал Ньютон и по этой причине, законы Ньютона переписаны и перевраны. В итоге как правило 99.9% статей на тему о законах Ньютона – это глупости. Но ваша статья мне понравилась. В ней есть зачатки правды.
1. Сокращенно я буду писать второй закон Ньютона вот так: 2зН (так принято на форумах).
2. 2зН записывать вот в таком виде: F=ma нельзя. Это непозволительно для физика, так могут писать только безграмотные математики. Такой формой записи вы нарушаете причинно-следственную связь. Это одно и тоже что сказать: “Ветер дует, потому что качаются деревья”.
3.Картинка у вас тоже неправильная.Где сила трения?
4.Ваша статья называется 2зН. Зачем в этой статье вы несколько раз переходите к 1зН, тем более, что вы не понимаете смысла 1зН от слова СОВСЕМ!
5.Цитирую:
“Что такое сила в физике? Сила это некая физическая величина, обязательно имеющая свое направление (вектор), которая является мерой действия на тело”
. . . . которая является мерой взаимодействия между двумя телами, которая является как скалярной так и векторной величиной.
6.Цитирую:
“Обычно на тело при движении действует сразу несколько сил (к тому же имеющих разную направленность или вектор): сила гравитации, сила трения и т. д.”
Направленность и вектор – это одно и тоже.
Так где сила трения на вашем рисунке?
7.Цитирую:
“В прошлой статье о первом законе у нас в качестве примера фигурировала некая тележка. Если приложить силу к этой тележке она станет катиться, и если представить, что на тележку не действуют никакие другие силы, то она будет катиться бесконечно”
Вы написали ЧУШЬ! Знаете почему? Вы вначале определитесь: У вас к тележке приложена сила или у вас сил нет!!!
(см. п.4)
8.Цитирую:
” На практике же мы прекрасно понимаем, что тележка покатится лишь какое-то время и вскоре остановится. А значит, ее скорость изменится, от некоего значения до нуля.”
Правильно, и теперь надо честно сказать: “По этой причине на планете Земля нет движения по инерции и 1зН на Земле не выполняется. (но статья у вас про 2зН, ну и зачем вы прыгаете туда сюда:?)
Когда человек прыгает с одной темы в другую, то это свидетельствует о том, что он запутался.
9.” На практике в реальной жизни все тела движутся с ускорением,”
Врете! А постоянной скорости, что НЕТ?
10.”причем если скорость нарастает, или убывает равномерно, то такое движение называется равноускоренным. Примером такого движение может быть падение любого тела вниз, оно будет падать с одинаковым ускорением, формируемым земной гравитацией g.”
Врете! вы как и все физики убираете из реальной жизни силу трения (сопротивление воздуха) и по этой причине не понимаете Ньютоновскую механику. У падающего тела ускорение все время уменьшается: на 1ой секунде падения оно равно 9м/сек², на 10ой секунде падения оно равно 0м/сек². Дальше падение идет с постоянной скоростью.
11.” В физике масса часто является мерой инертности тела, то есть чем больше масса того или иного тела, тем труднее его сдвинуть с места, но уже сдвинув, его опять таки труднее остановить.”
Не пишите вы эти математические глупости вообще. Нет ни какой инертной массы – это математическая ДУРЬ.
Масса – это мера взаимодействия тела с гравитационным полем Земли, это сила с которой одна молекула тела притягивается к планете в пересчете на количество молекул в теле. Масса определяется путем взвешивания и если гравитация не меняется, то и масса остается неизменной и она не зависит от скорости тела.
А то о чем вы пытаетесь написать, называется Инерционность или Инертность.
Инерционность или Инертность – это неспособность тела мгновенно изменить свою скорость. И мерой инертности является Импульс тела: P=mV. Тело трудно остановить не только когда у него большая масса, но и когда у него большая скорость!
– – – – –
Ну думаю для начала знакомства хватит!
Павел, спасибо за столь обстоятельный комментарий к моей статье.