Другий та третій закони Ньютона

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Співвідношення між силою та прискоренням

Отже, у результаті взаємодії тіло змінює свою швидкість — діс­тає прискорення, а прискорення залежить від маси тіла (як міри його інертності). А фізичною величиною, що характеризує взаємо­дію, є сила. Тепер з'ясуємо, якою залежністю пов'язані сила, при­скорення і маса тіла.

Проведемо кілька дослідів з візком, що може рухатися гори­зонтальним столом практично без тертя. Вимірюючи шляхи, які проходить візок за різні проміжки часу, можна помітити, що шлях пропорційний квадрату часу руху, тобто візок рухається рівно-прискорено. Це означає, що

-   напрям прискорення тіла збігається з напрямом сили, що діє на це тіло: a~F.

Змінимо умови досліду: будемо змінювати масу візка, залиша­ючи незмінною силу. Проведення досліду з візком, на який кладуть додаткові важки, показує, що за незмінної сили прискорення зменшується в стільки разів, у скільки збільшується маса візка з вантажем. Отже,

-   прискорення, яке дістає тіло під дією сили, обернено пропо­рційне масі цього тіла:

Таким чином, прискорення, якого сила надає тілу масою т,обчислюється за формулою:

1. Другий закон Ньютона

Співвідношення між рівнодійною всіх сил, що діють на тіло, масою тіла та його прискоренням було сформульовано Ньютоном як другий із трьох основних законів динаміки:

-  рівнодійна усіх сил, прикладених до тіла, дорівнює добутку маси тіла на його прискорення:

1. Особливості застосування другого закону Ньютона

Зупинимося на деяких фактах, що випливають із другого зако­ну Ньютона й допоможуть під час розв'язування задач.

1. Сила — причина прискорення; прискорення визначається си­лою, що діє на тіло. Зміна сили приводить до зміни прискорен­ня, а не навпаки.

2. Якщо на тіло одночасно діє кілька сил, то

3. Якщо   сили,    які  діють    на   тіло,   скомпенсовані,    тобто то прискорення Отже, закон інерції можна сформулювати так: тіло перебуває в стані спокою або рухається з постійною швидкістю, якщо рівнодійна сил, при­кладених до тіла, дорівнює нулю.

4. З другого закону Ньютона можна дістати визначення 1 Н:

1. Третій закон Ньютона

У природі не буває так, щоб лише одне тіло діяло на інше, а інше тіло при цьому не діяло на перше. Тіла завжди взаємно діють одне на одного.

Звернемося до досліду. Поставимо на горизонтальну поверхню два легкі візки й за допомогою двох динамометрів прикріпимо їх до вертикальних стійок. Покладемо на візки два магніти різноймен­ними полюсами один до одного.

Через притягання магнітів візки прийдуть у рух, розтягуючи при цьому пружини динамометрів. Тільки-но сила пружності пру­жини динамометра зрівноважить силу притягання з боку магніту, візок зупиниться. Дослід показує, що після зупинки візків пока­зання обох динамометрів однакові. Це означає, що з якою силою лі­вий магніт притягує правий магніт, з такою ж силою правий магніт притягує лівий. Крім того, аналізуючи дослід, бачимо, що ці сили спрямовані протилежно. Отже,

З іншого боку, досліди показують, що за всіх видів взаємодій прискорення тіл, які взаємодіють, обернено пропорційні масам цих тіл:

З цього співвідношення з урахуванням того, що прискорення, які дістають тіла внаслідок взаємодії, спрямовані в протилежні боки, можна записати:

Відповідно до другого закону Ньютона де

— сила, що діє на перше тіло, а

— на друге.

Тому

Ця рівність виражає третій закон Ньютона:

- два тіла взаємодіють одне з одним із силами, спрямованими вздовж однієї прямої, однаковими за модулем і протилежними за напрямом.

Третій закон Ньютона стверджує, що сили завжди «виника­ють» парами. Такі сили іноді називають силами дії та протидії. При цьому байдуже, яку з двох сил назвати силою дії, а яку — си­лою протидії.

 Контрольні запитання

1. Чи можна, спираючись на формулу стверджувати, що сила, яка діє на тіло, залежить від маси цього тіла та при­скорення, якого надає тілу ця сила?

2. Як спрямована рівнодійна сил, прикладених до автомобіля, коли він розганяється на горизонтальній дорозі?

3. Чи можна стверджувати, що імпульс тіла та імпульс сили — відносні величини? Обґрунтуйте свою відповідь.

4. Чи можна обчислити рівнодійну сил дії та протидії?

5. У якому випадку дві сили компенсують одна одну?

6. Чому сили, що виникають унаслідок взаємодії, не зрівноважу­ють одна одну? Наведіть приклади.

Тіло масою 2 кг, що рухається на південь, змінює швидкість свого руху під дією постійної сили 10 Н, спрямованої на північ. Обчисліть модуль і визначте напрям прискорення тіла. Опи­шіть характер руху тіла.