Второй закон Ньютона – основной закон динамики. Этот закон выполняется только в инерциальных системах отсчета.
Приступая к формулировке второго закона, следует вспомнить, что в динамике вводятся две новые физические величины – масса тела m и сила а также способы их измерения. Первая из этих величин – масса – является количественной характеристикой инертных свойств тела. Она показывает, как тело реагирует на внешнее воздействие. Вторая – сила
– является количественной мерой действия одного тела на другое.
Второй закон Ньютона – это фундаментальный закон природы; он является обобщением опытных фактов, которые можно разделить на две категории:
1. Если на тела разной массы подействовать одинаковой силой, то ускорения, приобретаемые телами, оказываются обратно пропорциональны массам:
2. Если силами разной величины подействовать на одно и то же тело, то ускорения тела оказываются прямо пропорциональными приложенным силам: ; при m=const
Обобщая подобные наблюдения, Ньютон вывел основной закон динамики, который формулируется так:
Ускорение тела прямо пропорционально сумме действующих на него сил и обратно пропорционально массе тела.
Второй закон Ньютона позволяет вычислить ускорение тела, если известна его масса m и действующая на тело сила :
В Международной системе единиц (СИ) за единицу силы принимается сила, которая сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с2. Эта единица называется Ньютоном (Н). Ее принимают в СИ за эталон силы:
Если на тело одновременно действуют несколько сил (например,
и
то под силой
в формуле, выражающей второй закон Ньютона, нужно понимать равнодействующую всех сил:
Рисунок 1.8.1. Сила |
Если равнодействующая сила то тело будет оставаться в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. Таким образом, формально второй закон Ньютона включает как частный случай первый закон Ньютона, однако первый закон Ньютона имеет более глубокое физическое содержание – он постулирует существование инерциальных систем отсчета.