Равнодействующая сила действующая на тело прямо пропорционально: Равнодействующая сила, действующая на тело прямо пропорциональна…

II закон Ньютона. III закон Ньютона. Физика. 10 класс. – Объяснение нового материала.

Комментарии преподавателя

ВТОРОЙ ЗАКОН НЬЮТОНА

Второй закон Ньютона определяет:

как движется тело, если на него действует сила?
– с ускорением!

Причиной возникновения ускорения является сила, действующая на тело.

Ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей сил, приложенных к телу,
и обратно пропорционально его массе.

Расчетная формула:

Единица измерения силы в СИ: 1Н

Сила 1Н -это такая сила ,которая телу массой 1кг придает ускорение1м/c2.

Ускорение, приобретаемое телом в результатедействия силы, направлено также, как и сила.

2-ой закон Ньютона справедлив только в инерциальных системах отсчета.

Из­вест­но, что  при вза­и­мо­дей­ствии воз­дей­ству­ют друг на друга оба тела. Не бы­ва­ет та­ко­го, чтобы одно тело толк­ну­ло дру­гое, а вто­рое в ответ никак не от­ре­а­ги­ро­ва­ло бы.

Пред­ставь­те, что вы и ваш друг ка­та­е­тесь на скей­те, при­чём друг ка­та­ет­ся на одном скей­те с бра­том (см. Рис. 1).

Рис. 1. При­об­ре­те­ние уско­ре­ния при вза­и­мо­дей­ствии

Ваша масса – , масса друга с бра­том – . Если вы от­тал­ки­ва­е­тесь друг от друга, то при­об­ре­та­е­те уско­ре­ния, ко­то­рые на­прав­ле­ны по одной пря­мой в про­ти­во­по­лож­ные сто­ро­ны. От­но­ше­ние масс участ­ни­ков этого про­цес­са об­рат­но про­пор­ци­о­наль­но от­но­ше­нию мо­ду­лю уско­ре­ний.

 

 

Сле­до­ва­тель­но:

 

Со­глас­но вто­ро­му за­ко­ну Нью­то­на:

 – сила, с ко­то­рой на вас дей­ству­ет друг с бра­том

 – сила, с ко­то­рой вы дей­ству­е­те на друга с бра­том

 

Так как уско­ре­ния про­ти­во­на­прав­лен­ные, то:

 

Дан­ное ра­вен­ство вы­ра­жа­ет

тре­тий закон Нью­то­на: тела дей­ству­ют друг на друга с си­ла­ми, ко­то­рые имеют оди­на­ко­вые мо­ду­ли и про­ти­во­по­лож­ные на­прав­ле­ния.

Более про­стая фор­му­ли­ров­ка тре­тье­го за­ко­на Нью­то­на зву­чит так: сила дей­ствия равна силе про­ти­во­дей­ствия.

Каж­дая из сил вза­и­мо­дей­ствия при­ло­же­на к раз­ным телам. Сле­до­ва­тель­но, при рас­смот­ре­нии вто­ро­го за­ко­на Нью­то­на для каж­до­го тела в от­дель­но­сти, силы вза­и­мо­дей­ствия между те­ла­ми не могут ком­пен­си­ро­вать друг друга, хотя фор­маль­но:

 

 

Для ил­лю­стра­ции этого за­ко­на возь­мём два ди­на­мо­мет­ра (см. Рис. 2). Один из них на­де­нем ко­леч­ком на что-то непо­движ­ное, на­при­мер на гвоздь в стене, а вто­рой со­еди­ним с пер­вым крюч­ка­ми. И по­тя­нем за ко­леч­ко вто­ро­го ди­на­мо­мет­ра. Оба при­бо­ра по­ка­жут оди­на­ко­вые по мо­ду­лю силы на­тя­же­ния.

Рис. 2. Опыт с ди­на­мо­мет­ра­ми (Ис­точ­ник)

Сила дей­ствия и сила про­ти­во­дей­ствия – это все­гда силы одной при­ро­ды. На­при­мер, в преды­ду­щем опыте сила дей­ствия пер­во­го ди­на­мо­мет­ра на вто­рой и сила дей­ствия вто­ро­го ди­на­мо­мет­ра на пер­вый – это силы упру­го­сти; силы дей­ствия од­но­го за­ря­жен­но­го тела на дру­гое и на­о­бо­рот – это силы элек­три­че­ской при­ро­ды.

Таким об­ра­зом, пер­вый закон Нью­то­на утвер­жда­ет: если на тело не дей­ству­ет по­сто­рон­ние тела, то оно на­хо­дит­ся в со­сто­я­нии покоя или рав­но­мер­но­го пря­мо­ли­ней­но­го дви­же­ния от­но­си­тель­но инер­ци­аль­ных си­стем от­счё­та. Из него сле­ду­ет, что при­чи­ной из­ме­не­ния ско­ро­сти тела яв­ля­ет­ся сила. Вто­рой закон Нью­то­на объ­яс­ня­ет, как дви­жет­ся тело под дей­стви­ем силы. Он уста­нав­ли­ва­ет ко­ли­че­ствен­ное от­но­ше­ние между уско­ре­ни­ем и силой.

В пер­вом и во вто­ром за­ко­нах Нью­то­на рас­смат­ри­ва­ет­ся толь­ко одно тело. В тре­тьем за­коне рас­смат­ри­ва­ет­ся вза­и­мо­дей­ствие двух тел с си­ла­ми, оди­на­ко­вы­ми по мо­ду­лю и про­ти­во­по­лож­ны­ми по на­прав­ле­нию. Эти силы на­зы­ва­ют си­ла­ми вза­и­мо­дей­ствия. Они на­прав­ле­ны вдоль одной пря­мой и при­ло­же­ны к раз­ным телам.

При вы­во­де тре­тье­го за­ко­на Нью­то­на мы ви­де­ли, что при вза­и­мо­дей­ствии двух тел от­но­ше­ние двух уско­ре­ний, ко­то­рые при­об­ре­та­ет пер­вое и вто­рое тело, яв­ля­ет­ся ве­ли­чи­ной по­сто­ян­ной. При­чём от­но­ше­ние этих уско­ре­ний не за­ви­сит от ха­рак­те­ра вза­и­мо­дей­ствия, сле­до­ва­тель­но, оно опре­де­ля­ет­ся са­ми­ми те­ла­ми, ка­кой-то его ха­рак­те­ри­сти­кой. Такая ха­рак­те­ри­сти­ка на­зы­ва­ет­ся

инерт­но­стью. Мерой инерт­но­сти яв­ля­ет­ся масса. По­это­му от­но­ше­ние уско­ре­ний, при­об­ре­та­е­мых те­ла­ми в ре­зуль­та­те вза­и­мо­дей­ствия друг с дру­гом, равно об­рат­но­му от­но­ше­нию масс этих тел. Этот факт ил­лю­стри­ру­ет экс­пе­ри­мент, в ко­то­ром две те­леж­ки с раз­ны­ми мас­са­ми () от­тал­ки­ва­ют­ся друг от друга с по­мо­щью упру­гой пла­стин­ки (см. Рис. 3). В ре­зуль­та­те та­ко­го вза­и­мо­дей­ствия боль­шее уско­ре­ние при­об­ре­тёт те­леж­ка с мень­шей мас­сой.

Рис. 3. Вза­и­мо­дей­ствие двух тел с раз­ны­ми мас­са­ми

Закон, ко­то­рый опи­сы­ва­ет со­от­но­ше­ние масс тел и уско­ре­ний, при­об­ре­тён­ных в ре­зуль­та­те вза­и­мо­дей­ствия, на­зы­ва­ет­ся

ос­нов­ной экс­пе­ри­мен­таль­ный закон ди­на­ми­ки.

 

Домашняя работа.

Задание 1. Ответь на вопросы.

1. Причина возникновения ускорения – …
2. Как движется тело, когда сумма действующих на него сил равна нулю? 
3. Какие из величин: сила, скорость, ускорение, перемещение – всегда совпадают по направлению? 
4. Формула II закона Ньютона.
5. В чем суть III закона Ньютона?
6. Формула III закона Ньютона?
7. Где в повседневной жизни используется III закона Ньютона?

Задание 2. Найти графическим построением равнодействующую cилу.

Задание 3. Заполните пропуски:
1)    Под действием силы тело движется _____________________________
2)    Если при неизменной массе тела увеличить силу в 2 раза, то ускорение _____________ в ______раз(а).
3)    Если массу тела уменьшить в 4 раза, а силу, действующую на тело, увеличить в 2 раза, то ускорение ____________________ в _______раз(а).

4)    Если силу увеличить в 3 раза, а массу _______________________________, то ускорение останется неизменным.
Задание 4. Реши задачу: 
После удара футболиста неподвижный мяч массой 500 г получает скорость 10 м/с. Определите среднюю силу удара, если он длился в течение 0,5 с.
 

К занятию прикреплены файлы ” Самостоятельная работа.”. Вы можете скачать файлы и решить задания самостоятельно в любое удобное для вас время.

Использованные источники: 

• http://interneturok.ru/ru/school/physics/10-klass/
• http://znaika.ru/catalog/10-klass/physics/
• http://www.youtube.com/watch?v=f0i9ok3ajW0

 

 

Второй закон Ньютона – Libtime

1. Главная
2. Физика
3. Второй закон Ньютона

Елена Голец08 Сентябрь 2015 3765

Первый закон Ньютона определяет, что происходит с предметом, если действующие на него силы уравновешены, поясняет, что всякое изменение количества движения зависит от величины приложенной силы и от времени ее действия. Такой предмет либо движется прямолинейно, либо остается в покое.

Совершенно естественно, что после этого Ньютон задал себе вопрос:

— А что случится с телом, когда на него подействует какая-либо внешняя сила?

Ответ был сформулирован, как второй закон Ньютона.

Движение под действием силы

Повседневная практика подсказывет: если тело покоилось, то оно придет в движение под действием силы, а если двигалось, то изменится его скорость — движение замедлится или, наоборот, ускорится. При этом может измениться и направление движения. Все зависит от того, куда будет направлена действующая сила: если по направлению движения, то оно ускорится, если против — замедлится.

А если сила действует беспорядочно, то и движение будет изменяться самым причудливым образом. Так бывает, например, когда осенний ветер гонит опавшую листву. Он то даст листьям полежать спокойно, то подхватывает, несет и кружит, вздымает ввысь и снова бросает наземь.

И Ньютон установил свой второй закон движения — один из основных законов механики:

Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит в направлении той прямой, по которой эта сила действует.

Говорят иногда и так:

Ускорение тела прямо пропорционально действующей на тело силе и обратно пропорционально массе этого тела.

Этот закон уничтожил остатки учения Аристотеля о движении. Аристотель и все его многочисленные последователи утверждали, что применение силы сообщает всем предметам определенную скорость. Ньютон вслед за Галилеем доказал иное: применение силы придает телам не скорость, а ускорение, то есть сила обязательно изменяет скорость, увеличивая ее или уменьшая.

Сила изменяет скорость

Сила изменяет скорость; сила создает ускорение, а ускорение — это и есть всякое изменение скорости: увеличение или уменьшение ее. Конечно, под действием силы скорость может возрастать и быстро и медленно. Чем больше сила, действующая на данное тело, тем быстрее возрастает скорость — тем больше ускорение. Ускорение появляется под действием силы.

Ньютон, а вслед за ним и остальные физики стали называть силой все, что изменяет скорость или направление движения. Сила тяжести также вызывает ускорение, и падение предметов является ускоренным движением.

Равнодействующая сила

Если на тело действует несколько сил, их можно суммировать и заменить одной — равнодействующей силой.

На практике почти всегда приходится видеть, что на тело действует сразу несколько сил. А тело двигается так, как будто имеется только одна сила — их равнодействующая.

Когда Галилей изучал ускоренное движение, скатывая шарики с наклонной плоскости, он ведь тоже имел дело с двумя силами: шарик катился под действием составляющей силы тяжести, а сила трения препятствовала движению, (подробнее: Сила тяжести. Ускорение свободного падения). Так что Галилей изучал действие на шарики равнодействующей этих сил — их разности.

Второй закон Ньютона был открыт, благодаря исследованиям великих мыслителей.

Рейтинг: 1/5 – 1 голосов

Второй закон Ньютона

Английский физик, математик и астроном Сэр Исаак Ньютон (1642-1727), основываясь на исследованиях Галилея и Декарта, опубликовал в 1684 году первую крупную работу по физике: Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, также известный как Principia. В первой из трех частей, на которые разделена работа, он раскрывает в трех законах движения отношения между силами и их динамическими эффектами: законы движения.

• Первый закон Ньютона или принцип инерции
• Второй закон Ньютона или закон силы и ускорения
• Третий закон Ньютона или закон действия и противодействия.

Второй закон Ньютона или фундаментальный принцип  устанавливает, что ускорения, испытываемые телом, пропорциональны силам, которые оно воспринимает. Вероятно, самая известная его форма:

F=m·a

В этой главе мы углубимся в ее изучение и увидим, что предыдущая, хотя и очень полезная, не является ее общей формой. Мы будем следовать следующим пунктам:

• Концепция
• Определение
  • Обобщаем через дифференциальное определение.
  • Уточним детали в случае, если масса останется неизменной
• Определение Ньютона

Начнем!

Концепция

Представьте себе два тела, А и В, одинаковой массы, и они движутся с одинаковой скоростью по разным горизонтальным поверхностям. Через некоторое время A останавливается, а затем B останавливается. Оба имеют одинаковый начальный линейный импульс, однако А теряет его раньше В. Итак, мы можем предположить, что интенсивность взаимодействия между телами и землей, в результате которой тела останавливаются, выше в A, чем в B. , например, трава, с определенным начальным импульсом. Справа бросаем тот же мяч с тем же импульсом по ровной поверхности, например, по льду. Из-за того, что мяч останавливается раньше в примере с травой, d _трава лёд , мы предполагаем, что интенсивность взаимодействия мяч-поверхность, ответственная за уменьшение линейного импульса, больше на примере травы.

Итак, если мы скажем, что сила есть интенсивность взаимодействия , мы придем к определению второго закона Ньютона.

Определение

Второй закон Ньютона или закон силы и ускорения устанавливает связь между силой F действующее на тело массой м и ускорение a , вызванное этой силой:

∑F→=Δp→Δt

Где: рассматриваемый интервал времени. Его единицей измерения в СИ является ньютонов (Н).

∆p→: представляет собой изменение линейного количества движения за рассматриваемый интервал времени. Его можно рассчитать как разницу между его конечным значением и его начальным значением (∆p→=p→f-p→i). Единица измерения: кг·м/с .

Δt : Представляет рассматриваемый интервал времени. Единица измерения: с (секунда).

Как видите, этот принцип математически связывает силы с эффектом , который они производят, поскольку он необходим для решения любой проблемы, касающейся динамики.

Пример второго закона Ньютона.

Когда вы толкаете объект, например, коробку, постоянно воздействуя на него силой, он производит увеличение его линейного количества движения, которое представлено оранжевой стрелкой. Имейте в виду, что если масса, к которой вы прикладываете силу, остается постоянной, увеличение линейного количества движения станет увеличением его скорости, поскольку р=м·в .

Дифференциальное определение

В предыдущем выражении мы считаем само собой разумеющимся, что полная сила постоянна на интервале Δt. В общем случае силы не равны на всем интервале времени, поэтому очень полезным будет уравнение, определяющее силу в конкретный момент времени.

Мы можем получить мгновенную общую силу, вычислив силу между двумя моментами времени, очень близкими друг к другу, что их интервал стремится к 0. Это определение производной и тот же процесс, который мы использовали в случае мгновенной скорости или мгновенного ускорение:

∑F→=limΔt→0Δp→Δt=dp→dt

Результирующая сила , действующая на тело в данный момент, пропорциональна изменению линейного количества движения в этот конкретный момент и действует в направлении это, это направление изменения его скорости.

∑F→=dp→dt

Имейте в виду, что второй закон Ньютона справедлив только в инерциальных системах отсчета. Для неинерциальных систем отсчета необходимо учитывать фиктивные силы или силы инерции.

Неизменная масса

Если тело не изменяет значение своей массы во время взаимодействия, мы получаем известное уравнение, которое мы изучали ранее: F = m · a . Давайте посмотрим:

∑F→=dp→dt=d(m·v→)dt=mdv→dt+v→·dmdt=mdv→dt=m·a→∑F→ = m·a→

Мы знаем предыдущее выражение как фундаментальное уравнение поступательной динамики.

Основное уравнение поступательной динамики  устанавливает, что должна действовать результирующая сила , воздействующее на свободное тело, не является недействительным, это будет экспериментировать с ускорением или изменением его состояния в состоянии покоя или в состоянии движения.

∑F→ = m · a→

Где:

• ∑F→: представляет собой общую силу, действующую на тело. Единица измерения: ньютонов
• m : Это масса тела, предположительно постоянная. Единица измерения килограмм (кг)
• a→: Ускорение тела. Единица измерения м/с ² 

Иногда бывает очень полезно разложить предыдущее выражение на декартовы компоненты (или любую другую систему координат)…

∑Fx=m·ax; ∑Fy=m·ay; ∑Fz=m·az

Иногда также и во внутренних компонентах.

∑Ft=м·ат ; ∑Fn=m·an

С другой стороны, Ньютон придёт к этому заключению, проведя серию экспериментов, в которых он сможет проверить, что:

• Если одна и та же сила действует на тела с различной массой, разных ускорений  получено.
• Сила прямо пропорциональна ускорению исследуемого тела, а заданная константа пропорциональности тела соответствует его массе.

Связь между силой и ускорением

Результирующая сила, приложенная к телу, и возникающее в результате ускорение имеют одинаковое направление. На основании второго закона Ньютона они различаются константой пропорциональности: массой тела. Итак, вектор равнодействующей силы ΣF→ вдвое больше вектора ускорения a→, масса ящика будет 2 кг.

В первом законе Ньютона было введено понятие инерции, поэтому во втором законе он устанавливает, что такое ее величина, масса – это величина, которая измеряет количество инерции, которой обладает тело.

Заметим, что мы можем рассматривать первый закон Ньютона как частный случай второго закона. В самом деле…

∑F→=0⇒0=dp→dt 

…если на тело не действует результирующая сила, оно не меняет количество своего движения, поэтому его скорость остается постоянной. Это принцип сохранения импульса.

Второй закон Ньютона дает нам связь между причинами, силами и следствиями, ускорением… Он ничего не говорит о том, какие факторы влияют на эти причины. Так, например, сила тяжести зависит от масс и расстояний. Сила упругости зависит от характеристик пружины и растяжения. Мы изучим некоторые из этих причин и приложений в следующем разделе.

Пример

Если уравнение траектории тела имеет вид r→=t2i→-5 t j→ – 2t2 · k→ m, какая сила заставляет тело двигаться, если его масса равна 4 кг?

Решение

Определение Ньютона

Второй закон Ньютона позволяет нам определить единицу измерения в системе СИ, ньютон

Килограмм ньютон определяется как единица силы, которая ускоряет один массой один метр на секунду в квадрате. Сокращение Н.

1 Н = 1 кг·1 м/с ²

Сила и движение: определение, законы и формула

Почему футбольный мяч летит по воздуху, когда его бьют? Это потому, что ступня давит на мяч! Силы определяют, как движутся объекты. Следовательно, чтобы делать расчеты и прогнозировать траекторию любого объекта, нам необходимо понимать взаимосвязь между силами и движением. Сэр Исаак Ньютон заметил это и сформулировал три закона, суммирующих влияние силы на движение объекта. Это верно; всего тремя законами мы можем описать все движение. Их точность настолько хороша, что этого было достаточно для расчета траекторий и взаимодействий, позволяющих нам ходить по Луне! Первый закон объясняет, почему объекты не могут двигаться сами по себе. Второй используется для расчета движения снарядов и транспортных средств. Третий объясняет, почему пушки после выстрела отскакивают и почему сгорание с выбросом газов приводит к восходящей тяге ракеты. Давайте подробно рассмотрим эти законы движения и выясним, как их можно использовать для объяснения мира, который мы видим вокруг, на примерах из реальной жизни.

Силы и движение: определение

Для того, чтобы лучше понять, как связаны силы и движение, нам необходимо ознакомиться с некоторой терминологией, поэтому давайте начнем с объяснения того, что мы называем движением и силой подробнее.

Мы говорим, что объект находится в движении если он движется. Если он не движется, мы говорим, что он находится в состоянии покоя .

Конкретное значение скорости в данный момент времени определяет состояние движения объекта.

Сила — любое воздействие, которое может вызвать изменение состояния движения объекта.

Силу можно рассматривать как толчок или притяжение, воздействующие на объект.

Силы и свойства движения

Очень важно помнить, что скорость и силы являются векторами. Это означает, что нам нужно указать их величину и направление, чтобы определить их.

Рассмотрим пример, где мы можем увидеть важность векторного характера скорости, чтобы говорить о состоянии движения объекта.

Автомобиль движется на запад с постоянной скоростью. Через час он поворачивает и продолжает движение с той же скоростью, направляясь на север.

Машина всегда в движении . Однако его состояние движения изменяется , даже если его скорость остается неизменной все время, потому что сначала он движется на запад, а в конце концов движется на север.

Сила тоже является векторной величиной, поэтому говорить о силах и движении не имеет смысла, если мы не указываем ее направление и величину. Но прежде чем углубиться в это более подробно, давайте поговорим о единицах силы. Единицы силы в системе СИ равны 9.0003 н ньютонов . Один ньютон можно определить как силу, которая производит ускорение один метр в секунду в квадрате в объекте массой один килограмм.

Силы обычно обозначаются символом . На один и тот же объект может действовать множество сил, поэтому далее мы поговорим об основах работы с несколькими силами.

Основы силы и движения

Как мы увидим позже, силы определяют движение объектов. Поэтому, чтобы предсказать движение объекта, очень важно знать, как бороться с множественными силами. С силы являются векторными величинами, их можно сложить, сложив их величины на основе их направлений. Сумма группы сил называется равнодействующей или чистой силой.

Результирующая сила или результирующая сила — это единственная сила, которая оказывает на объект такое же воздействие, как две или более независимых сил, действующих на него.

Для расчета равнодействующей силы все силы, действующие на объект, должны быть сложены в виде векторов, StudySmarter Originals

Посмотрите на изображение выше. Если две силы действуют в противоположных направлениях, то вектор равнодействующей силы будет разностью между ними, действующими в направлении силы с большей величиной. И наоборот, если две силы действуют в одном направлении, мы можем сложить их величины, чтобы найти результирующую силу, действующую в том же направлении, что и они. В случае красного прямоугольника результирующая сила направлена ​​вправо. С другой стороны, для синего прямоугольника результирующая направлена ​​вправо.

Говоря о суммах сил, полезно представить, что такое неуравновешенные и уравновешенные силы.

Если равнодействующая всех сил, действующих на объект, равна нулю, то их называют уравновешенными силами и говорят, что объект находится в равновесии .

Поскольку силы компенсируют друг друга, это эквивалентно тому, что сила вообще не действует на объект.

Если результат не равен нулю , у нас есть несбалансированных сил.

В последующих разделах вы поймете, почему важно проводить это различие. Теперь давайте продолжим рассмотрение связи между силами и движением через законы Ньютона.

Связь между силами и движением: законы движения Ньютона

Ранее мы упоминали, что силы могут изменить состояние движения объекта, но мы не сказали, как именно это происходит. Сэр Исаак Ньютон сформулировал три фундаментальных закона движения, которые описывают взаимосвязь между движением объекта и силами, действующими на него.

Первый закон Ньютона: Закон инерции

Первый закон Ньютона

Объект продолжает находиться в состоянии покоя или двигаться с постоянной скоростью, пока на него не действует внешняя неуравновешенная сила.

Это тесно связано с неотъемлемым свойством каждого объекта с массой, называемым инерцией .

Тенденция объекта продолжать двигаться или сохранять состояние покоя называется инерцией .

Давайте рассмотрим пример первого закона Ньютона в реальной жизни.

Инерция заставляет вас продолжать движение, когда машина внезапно останавливается. Купите автостраховку

Представьте, что вы пассажир в машине. Автомобиль движется прямолинейно, как вдруг водитель резко останавливается. Вас бросает вперед, даже если вас ничто не толкает! Это инерция вашего тела, сопротивляющегося изменению состояния движения, пытающегося продолжать двигаться вперед по прямой линии. Согласно первому закону Ньютона, ваше тело склонно сохранять свое состояние движения и сопротивляться изменению — замедлению — вызванному тормозящей машиной. К счастью, пристегнутый ремень безопасности может уберечь вас от резкого выброса вперед в случае такого события!

А как насчет объекта, который изначально находился в покое? Что может сказать нам этот принцип инерции в таком случае? Давайте посмотрим на другой пример.

Мяч остается в покое, потому что на него не действует неуравновешенная сила.

Посмотрите на футбольный мяч на картинке выше. Шар остается в покое до тех пор, пока на него не действует внешняя сила. Однако если кто-то приложит силу, ударив по нему ногой, мяч изменит свое состояние движения — перестанет быть в покое — и начнет двигаться.

При ударе по мячу на него кратковременно действует сила. Эта неуравновешенная сила заставляет мяч отрываться от покоя, и после приложения силы мяч имеет тенденцию продолжать движение с постоянной скоростью. StudySmarter Originals

Но подождите, закон также гласит, что мяч будет продолжать двигаться, пока его не остановит сила. Однако мы видим, что движущийся мяч в конце концов останавливается после удара ногой. Это противоречие? Нет, это происходит потому, что существует множество сил, таких как сопротивление воздуха и трение, которые препятствуют движению мяча. Эти силы в конечном итоге заставляют его остановиться. В отсутствие этих сил шар будет продолжать двигаться с постоянной скоростью.

Из вышеприведенного примера видно, что неуравновешенная сила необходима для создания движения или его изменения. Имейте в виду, что уравновешенные силы эквивалентны полному отсутствию силы! Неважно, сколько сил действует. Если они уравновешены, то не повлияют на состояние движения системы. Но как именно неуравновешенная сила влияет на движение объекта? Можем ли мы это измерить? Ну, второй закон движения Ньютона как раз об этом.

Второй закон Ньютона: Закон массы и ускорения

Второй закон Ньютона

Ускорение, создаваемое объектом, прямо пропорционально действующей на него силе и обратно пропорционально массе объекта.

Ускорение, вызванное силой, прямо пропорционально силе, но обратно пропорционально массе объекта. Theory Labster

Изображение выше иллюстрирует второй закон Ньютона. Поскольку создаваемое ускорение прямо пропорционально приложенной силе, удвоение силы, приложенной к той же массе, также приводит к удвоению ускорения, как показано на (b). С другой стороны, поскольку ускорение также обратно пропорционально массе объекта, удвоение массы при приложении той же силы приводит к уменьшению ускорения вдвое, как показано на (c).

Помните, что скорость — это векторная величина, которая имеет величину — скорость — и направление. Поскольку ускорение возникает всякий раз, когда изменяется скорость, сила, вызывающая ускорение объекта, может:

• Изменять как скорость, так и направление движения. Например, бейсбольный мяч, ударенный битой, меняет скорость и направление.

• Изменение скорости при неизменном направлении. Например, тормозящий автомобиль продолжает двигаться в том же направлении, но медленнее.

• Измените направление, пока скорость остается постоянной. Например, Земля движется вокруг Солнца в движении, которое можно считать круговым. Пока он движется примерно с одной скоростью, его направление постоянно меняется. Это потому, что он подвержен гравитационной силе солнца. На следующих рисунках это показано с помощью зеленой стрелки, обозначающей скорость Земли.

Земля движется примерно с одинаковой скоростью, но ее направление постоянно меняется из-за гравитационной силы Солнца, описывая примерно круговой путь. StudySmarter Originals

Сила и формула движения

Второй закон Ньютона можно математически представить следующим образом:

Обратите внимание, что если на тело действуют несколько сил, мы должны сложить их, чтобы найти результирующую силу, а затем ускорение объект.

Второй закон Ньютона также очень часто записывается как. Это уравнение утверждает, что результирующая сила, действующая на тело, является произведением его массы и ускорения. Ускорение будет направлено силе, действующей на тело. Мы видим, что масса, фигурирующая в уравнении, определяет, какая сила необходима, чтобы вызвать определенное ускорение. Другими словами, масса говорит нам, насколько легко или сложно ускорить объект . Поскольку инерция есть свойство тела сопротивляться изменению своего движения, масса связана с инерцией и является ее мерой. Вот почему масса, фигурирующая в уравнении, известна как инерционной массы.

Инерционная масса количественно определяет, насколько сложно ускорить объект, и определяется как отношение приложенной силы к создаваемому ускорению.

Теперь мы готовы к финальному Закону Движения .

Третий закон движения Ньютона: закон действия и противодействия

Третий закон движения Ньютона

Каждое действие имеет равное и противоположное противодействие. Когда одно тело воздействует на другое с силой (сила действия) , второе тело в ответ оказывает эквивалентную силу в противоположном направлении (сила реакции) .

Обратите внимание, что силы действия и противодействия всегда действуют на разные тела.

Согласно третьему закону Ньютона, когда молоток ударяет по гвоздю, молоток воздействует на гвоздь, но гвоздь действует на молоток с такой же силой в противоположном направлении. StudySmarter

Представьте себе плотника, забивающего гвоздь в половицу. Предположим, что молот приводится в движение силой величины. Рассмотрим это как силу действия . В течение небольшого промежутка времени, когда молоток и гвоздь соприкасаются, гвоздь реагирует, оказывая равную и противоположную силу реакции на головку молотка.

Как насчет взаимодействия между гвоздем и половицей? Ты угадал! Когда гвоздь ударяет, оказывая силу на половицу, половица оказывает силу реакции на кончик гвоздя. Поэтому при рассмотрении системы гвоздь-половая доска силу действия оказывает гвоздь, а реакцию половая доска.

Примеры силы и движения

Мы уже видели несколько примеров, показывающих, как связаны сила и движение, когда вводили законы Ньютона. В этом последнем разделе мы увидим несколько примеров силы и движения в повседневной жизни.

Очень интуитивно понятно, что что-то в покое будет оставаться в покое, пока на него не подействует сила. Но помните, что Первый закон Ньютона также гласит, что движущийся объект остается в одном и том же состоянии движения — с той же скоростью и в том же направлении — до тех пор, пока его не изменит сила. Рассмотрим астероид, движущийся в космосе. Поскольку нет воздуха, который мог бы его остановить, он продолжает двигаться с той же скоростью и в том же направлении.

И, как упоминалось в начале статьи, ракета является прекрасным примером третьего закона Ньютона, где выбрасываемые газы оказывают реактивную силу на ракету, создавая тягу.

Газы, выбрасываемые ракетой, и тяга являются примером пары сил действия-противодействия. StudySmarter Originals

Давайте рассмотрим последний пример и попытаемся определить все законы движения, применимые к данной ситуации.

Рассмотрим книгу, лежащую на столе. Как вы думаете, какие законы движения здесь применяются? Давайте пройдемся по всем вместе. Несмотря на то, что книга находится в состоянии покоя, в ней действуют две силы.

1. Вес книги прижимает ее к столу.
2. По третьему закону Ньютона существует реакция стола на этот вес, действующий на книгу. Это называется нормальной силой .

Стол реагирует на вес книги, прижимающейся к нему, создавая нормальную силу, StudySmarter Originals

Когда объект взаимодействует с другим, вступая в контакт с ним, второй объект создает силу реакции, перпендикулярную его поверхности. Эти силы, перпендикулярные поверхностям взаимодействующих тел, называются нормальных сил.

Нормальные силы называются так не потому, что они «обычны», а потому, что «нормальные» — это еще один способ сказать «перпендикулярные» в геометрии.

Возвращаясь к нашему примеру, поскольку силы, действующие на книгу, уравновешены, результирующая сила равна нулю. Вот почему книга остается в покое и нет движения. Если бы теперь внешняя сила толкнула книгу вправо, согласно второму закону Ньютона, она ускорилась бы в этом направлении, потому что эта новая сила неуравновешена.