Фізика. 9 клас. Головко

§ 39. Другий закон Ньютона

• Співвідношення між прискоренням тіла і прикладеною до нього силою

• Маса тіла

• Другий закон Ньютона

СПІВВІДНОШЕННЯ МІЖ ПРИСКОРЕННЯМ ТІЛА І ПРИКЛАДЕНОЮ ДО НЬОГО СИЛОЮ. Якщо перший закон Ньютона описує інертні властивості тіл і визначає системи відліку, в яких вони проявляються, то другий закон Ньютона є основним законом для розрахунків характеристик механічного руху тіл і встановлення кількісних зв’язків між взаємодією тіл, їх інертними властивостями та видом руху.

За допомогою другого закону Ньютона розв’язують основну задачу механіки: визначають закон руху тіла та залежність основних характеристик від часу.

Рис. 39.1. При зміні сили, що діє на тіло, його прискорення змінюється

МАСА ТІЛА. Ми встановили залежність прискорення тіла від сили, що діє на нього. Від яких ще характеристик воно залежить? У попередньому досліді збільшимо масу тіла, вдвічі.

Приклавши аналогічну силу F, помітимо, що прискорення, з яким рухається тіло, буде меншим, ніж коли з такою самою силою подіяти на тіло меншої маси (рис. 39.2). Чим більша маса тіла, тим меншого прискорення воно набуває під час дії на нього однієї і тієї самої сили. Тобто чим більша маса тіла, тим важче змінити його рух (швидкість), тим інертнішим буде тіло.

Рис. 39.2. Чим більша маса тіла, тим меншого прискорення воно набуває під дією однієї і тієї ж сили

Маса тіла — це кількісна характеристика його інертності (фізичної властивості чинити опір зміні швидкості руху тіла).

Отже, маса тіла є коефіцієнтом пропорційності між силою, що діє на дане тіло, та прискоренням, якого воно набуває. Цей коефіцієнт не залежить від модуля та напряму дії сили і є скалярною величиною. Оскільки напрям прискорення завжди збігається з напрямом сили, залежність між прискоренням силою та масою тіла має вигляд

ДРУГИЙ ЗАКОН НЬЮТОН. У реальних умовах на тіло, що рухається, діє одночасно кілька інших тіл, тому виникає необхідність розглядати рух тіла під дією кількох сил.

Для випадку дії двох сил результуюча сила шукається за правилом паралелограма (рис. 39.3).

Рис. 39.3. Рух тіла під дією двох сил

Додавання сил, що діють на тіло, здійснюється згідно з принципом суперпозиції або накладання сил.

Результуюча сила, що діє на певне тіло з боку інших тіл, дорівнює векторній сумі сил, з якими кожне тіло діє на це тіло.

Встановивши залежність між характеристиками руху, можна сформулювати другий закон Ньютона:

В інерціальній системі відліку прискорення тіла прямо пропорційне сумі всіх сил, що діють на тіло, і обернено пропорційне його масі

Оскільки зміна руху тіла зумовлена силою, що діє на нього другий закон Ньютона записують і в такому вигляді: в інерціальних системах відліку добуток маси тіла на його прискорення дорівнює векторній сумі сил, що діють на тіло:

З другого закону Ньютона можна встановити одиницю сили

1 Н — це сила, під дією якої тіло масою 1 кг набуває прискорення 1 м/с² у напрямку дії сили.

Другий закон Ньютона дає можливість розв’язувати важливі задачі механіки, які не лише стосуються кількісних характеристик руху (маса тіла, модуль прискорення тощо), а й пов’язані з визначенням залежності напряму руху від напряму діючої сили.

! Головне в цьому параграфі

Дія сил не спричиняє самого руху, а лише змінює його, адже сила викликає зміну швидкості тобто прискорення, а не саму швидкість.

Другий закон Ньютона, так само як і перший, виконується в інерціальних системах відліку.

Одночасна дія на тіло декількох сил може бути замінена дією однієї сили (рівнодійної). Це можливо тому, що існує принцип суперпозиції (незалежності дії сил): якщо на тіло діють одночасно декілька сил, дію кожної з них можна розглядати незалежно від дії інших.

? Запитання для самоперевірки

• 1. Сформулюйте основну задачу динаміки.
• 2. Чи залежить напрям вектора прискорення від напрямку діючої сили? Як саме?
• 3. Поясніть фізичний зміст поняття маси тіла. Якою величиною, векторною чи скалярною, є маса?
• 4. Як пов’язане прискорення тіла з його масою та величиною діючої сили?
• 5. Розкрийте особливості руху тіла під дією кількох сил. Чи залежить дія сили на тіло від дії інших сил?
• 6. Запишіть і сформулюйте другий закон Ньютона.
• 7. Чи в усіх системах відліку виконується другий закон динаміки (другий закон Ньютона)?

Вправа до § 39

1 (с). Куля масою 9 г за 2,0 • 10^-4 с пробиває дерев’яну дошку. При цьому її швидкість зменшується з 800 до 300 м/с. Знайдіть силу опору, яку чинить дошка.

3 (с). З якою силою потрібно подіяти на тіло масою 500 г, щоб надати йому прискорення 2 м/с²?

4 (с). Визначте прискорення, з яким тіло масою 1 кг падає на Землю, якщо на нього діє сила тяжіння 9,8 Н.

5 (д). Тіло масою 0,5 кг починає рухатися зі стану спокою під дією сили 35 Н. Визначте швидкість тіла через 4 секунди від початку руху.

6 (д). Після удару футболіста нерухомий м’яч масою 500 г набуває швидкості 10 м/с. Визначте силу удару, якщо він тривав 0,5 с.

7 (в). Порожньому прицепу автівка надає прискорення 0,4 м/с², а навантаженому 0,1 м/с². Якого прискорення надасть автівка обом прицепам, з’єднаним разом? Силу тяги автівки вважати незмінною.

8 (в). Під дією деякої сили візок, рухаючись зі стану спокою, пройшов шлях 40 см. Коли ж на візок поклали вантаж 200 г, то під дією такої ж сили за той самий час візок пройшов зі стану спокою шлях 20 см. Визначте масу візка.