Фізика. 9 клас. Бар’яхтар

§ 31. Другий закон Ньютона

У § 30 ви згадали умови, за яких тіло рухається рівномірно прямолінійно. А за яких умов тіло рухається рівноприскорено? Від чого залежить прискорення руху тіла? Відповіді на ці запитання свого часу дав І. Ньютон, сформулювавши другу аксіому руху. Про другий закон Ньютона — основний закон динаміки — йтиметься в цьому параграфі.

1. Формулюємо другий закон Ньютона

Із повсякденного життя ви добре знаєте: тіло швидше змінить швидкість свого руху (набуде більшого прискорення), якщо на нього подіяти з більшою силою. Досліди свідчать: у скільки разів збільшується сила, у стільки ж разів збільшується прискорення, якого набуває тіло в результаті дії цієї сили. Тобто прискорення руху тіла прямо пропорційне силі, прикладеній до цього тіла:

a ~ F.

Якщо однаковою силою подіяти на тіла різної маси, то прискорення тіл будуть різними: чим більшою є маса тіла, тим меншим буде його прискорення. Наприклад, якщо до тенісного м’яча та до кулі для боулінгу прикласти однакову силу, то швидкість руху кулі зміниться менше (або знадобиться більше часу, щоб швидкість руху кулі змінити так само, як і м’яча). Тобто прискорення, набуте тілом унаслідок дії сили, обернено пропорційне масі цього тіла:

Маса

Маса m — фізична величина, яка є мірою інертності тіла.

Одиниця маси в СІ — кілограм:

[m] = 1 кг.

Інертність — властивість тіла, яка полягає в тому, що для зміни швидкості руху тіла внаслідок взаємодії потрібен час.

Зв’язок між силою, що діє на тіло, масою тіла та прискоренням, якого набуває тіло внаслідок дії цієї сили, встановлює другий закон Ньютона:

Прискорення, якого набуває тіло внаслідок дії сили, прямо пропорційне цій силі та обернено пропорційне масі тіла:

2. Дізнаємося про наслідки з другого закону Ньютона

1. Саме на основі другого закону Ньютона встановлюють одиницю сили в СІ — ньютон: 1 Н — це сила, яка, діючи на тіло масою m = 1 кг, надає йому прискорення а = 1 м/с²:

• Скориставшись знаннями з математики, обґрунтуйте останнє твердження.

3. Другий закон Ньютона дозволяє визначити умову рівноприскореного руху тіла: тіло рухається рівноприскорено прямолінійно тільки в тому випадку, якщо рівнодійна сил, прикладених до тіла, не змінюється з часом.

Рис. 31.2. Якщо рівнодійна сил, прикладених до тіла, дорівнює нулю, то тіло перебуває в стані спокою (а) або рухається з незмінною швидкістю (б)

Підбиваємо підсумки

Контрольні запитання

1. Від яких чинників залежить прискорення руху тіла? 2. Сформулюйте другий закон Ньютона, запишіть його математичний вираз. 3. Як записати другий закон Ньютона, якщо на тіло діють кілька сил? 4. Що можна сказати про напрямки рівнодійної та прискорення, якого рівнодійна надає тілу? 5. Якою є умова рівноприскореного руху тіла?

Вправа № 31

1. Потяг масою 5 т рухається з прискоренням 0,5 м/с². Визначте модуль рівнодійної сил, які діють на потяг.

2. Автомобіль рухається прямолінійною ділянкою дороги. Як напрямлена рівнодійна сил, прикладених до автомобіля, якщо він набирає швидкість? сповільнює свій рух?

3. Тіло масою 2 кг, яке рухається на південь, змінює швидкість свого руху внаслідок дії сили 10 Н, напрямленої на схід. Визначте модуль і напрямок прискорення руху тіла.

4. Унаслідок дії сили 15 кН тіло рухається прямолінійно так, що його координата змінюється за законом: х = -200 + 9t - 3t². Визначте масу тіла.

5. На тіло масою 5 кг діють дві взаємно перпендикулярні сили: 12 і 9 Н (рис. 1). Визначте прискорення руху тіла.

Рис. 1

6. Скориставшись додатковими джерелами інформації, складіть і розв’яжіть задачу на застосування другого закону Ньютона до руху якогось реального тіла.

7. Хлопчик і дівчинка тягнуть за кінці мотузки (рис. 2). Хто з них почне рухатися? Хто, на вашу думку, набуде більшої швидкості руху? Обґрунтуйте свою відповідь.

Рис. 2

Експериментальне завдання

Скориставшись лінійкою та двома брусками різної маси, доведіть:

• 1) що зі збільшенням сили збільшується й прискорення, якого набуває будь-який брусок під час дії сили;
• 2) якщо на різні бруски діятиме та сама сила, то брусок більшої маси набуде меншого прискорення;
• 3) напрямок прискорення завжди збігається з напрямком дії сили.

Опишіть свої дії. Як ви оцінювали прискорення тіл?