Второй закон Ньютона: сила и ускорение

Физика > Второй закон Ньютона: сила и ускорение

Второй закон Ньютона гласит: чистая сила равна скорости изменения или производной ее линейного импульса.

Задача обучения

• Разобраться во втором законе Ньютона.

Основные пункты

• Три закона Ньютона объясняют связь влияющих на тело сил и созданных движением. Выступают основой механики.
• Второй закон расшифровывает связь силы и движения при помощи линейного импульса.
• Линейный импульс (р) выходит из массы и скорости: p = mv.
• Чистая сила равна производной или скорости изменения линейного импульса.

Термины

• Ускорение – количество, с которым увеличивается скорость.
• Импульс – продукт массы и скорости тела.
• Равнодействующая сила ­­­– сумма всех влияющих на объект сил.

Пример

Линейный импульс применяют при упругом столкновении: оба тела движутся навстречу с одинаковой скоростью. При ударе более крупное тело приложит больше силы, и заставит меньший объект отскочить с большей скоростью.

Английский ученый Исаак Ньютон интересовался перемещением объектов в различных условиях. В 1687 году он описал три знаменитых закона движения, применимых для характеристики физических объектов и систем в физике. Они составляют основу механики и описывают связь сил, воздействующих на тело, и вызванные этим движения. Три закона Ньютона гласят:

• Если объект не испытывает никакого силового влияния, то скорость останется стабильной. Если объект пребывает в покое, то скорость равняется нулю.
• Ускорение параллельно и прямо пропорционально чистой силе, влияющей на объект, и находится в направлении чистой силы и обратно пропорционально массе.
• Если первый объект влияет силой на второй, то тот одновременно влияет на первый. То есть их силы равны по величине и противоположны по направлению.

Первый закон Ньютона определяет исключительно естественное состояние движения (чистая сила равна нулю). Из-за этого мы не можем количественно определить силу и ускорение (количество изменения скорости). Чистая сила объекта равна скорости изменения линейного импульса.

Линейный импульс

Это векторное понятие, характеризующееся величиной и направлением. Создается от массы и скорости в данный временной промежуток:

р = mv,

где р – импульс, m – масса и v – скорость. Из этого уравнения видно, что объекты с большей массой обладают большим импульсом.

Второй закон движения

Рассмотрим второй закон Ньютона. Возьмем два шара с разными массами, но перемещающихся в одном направлении. Если они одновременно ударят о стену, то крупный приложит больше силы. Этот пример проиллюстрирован ниже и отображает второй закон Ньютона, где подчеркивается, что чистая сила тела равна скорости изменения линейного импульса. Если получим линейный импульс, то выходит:

где F – сила, а t – время. Отсюда можно упростить:

где а – ускорение.

---