Второй закон Ньютона

Конспект по физике для 8 класса «Второй закон Ньютона». Как связаны между собой сила и ускорение. Как формулируется второй закон Ньютона.

Конспекты по физике    Учебник физики    Тесты по физике


Второй закон Ньютона

В случае, когда на тело не действуют силы или равнодействующая всех сил, действующих на тело, равна нулю, тело может двигаться только равномерно, т. е. без ускорения. Действие на тело других тел с некоторой силой приводит к изменению скорости тела. А если изменяется скорость, значит, возникает ускорение.

ВЗАИМОСВЯЗЬ СИЛЫ И УСКОРЕНИЯ

Как же связаны между собой сила, действующая на тело, и ускорение, которое при этом возникает?

Если тело движется, на него действуют, как правило, две силы: сила тяги и сила трения или сопротивления воздуха. Если направление равнодействующей силы совпадает с направлением силы тяги, то скорость тела увеличивается, а если с направлением силы трения, то скорость тела уменьшается.

Направление ускорения совпадает с направлением вызывающей его силы. При этом ускорение, сообщаемое данному телу, тем больше, чем больше действующая на него сила.

Изучение взаимосвязи силы и ускорения удобно проводить на дорожке с воздушной подушкой, обеспечивающей движение тележки с малым трением. Выходящий из маленьких отверстий сжатый воздух, нагнетаемый с помощью компрессора, обеспечивает положение тележки в приподнятом состоянии.

При помощи пружинного динамометра соединим тележку с перекинутой через блок нитью, на которой закреплён груз. При движении тележки пружина будет растягиваться под действием силы натяжения нити, которая зависит от силы тяжести, действующей на груз: чем больше сила тяжести, тем сильнее натяжение нити и растяжение пружины.

Опыт показывает, что при движении тележки показания динамометра не меняются, т. е. сила F, действующая на тележку, постоянна. Измеряя путь s, пройденный тележкой за определённое время t, можно вычислить её ускорение.

Результаты измерений показывают, что путь, пройденный тележкой, пропорционален квадрату промежутка времени, прошедшего от начала движения: s ~ t2. Следовательно, тележка движется равноускоренно. Ускорение найдём из формулы а = 2s/t2.

Подвешивая грузы различной массы и определяя в каждом случае силы и ускорение, можно сделать вывод: ускорение, с которым движется тело, прямо пропорционально приложенной к этому телу силе: а ~ F.

Сила тяги приводит к ускорению тела, а сила трения — к торможению. Эти две силы противоположно направлены, поэтому направление их равнодействующей совпадает с направлением большей из сил. Если же эти две силы уравновешивают друг друга, тело движется равномерно или покоится.

Конечно, опыты, в которых используется простейшее оборудование, слишком грубы для точного установления закона пропорциональности между силами и ускорениями. Однако при помощи всё более и более точных методов измерений этот закон был подтверждён.

ВЗАИМОСВЯЗЬ МАССЫ И УСКОРЕНИЯ

Сила, действуя на разные тела, придает им различные ускорения. Почему?

Описанный выше опыт можно видоизменить, если сцепить вместе две одинаковые тележки. При этом оказывается, что сила F сообщает им ускорение, вдвое меньшее того, которое она сообщала одной тележке. Использование двух связанных тележек равносильно увеличению массы тележки вдвое. Измерения показывают, что ускорения, приобретаемые телами при взаимодействии, обратно пропорциональны их массам: а ~ 1/m.

ПОНЯТИЕ МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ

При решении задач динамики часто не важно знание ни размеров тела, ни его геометрической формы. В этих случаях мы можем рассматривать тело как материальную точку, т. е. будем считать, что оно обладает массой, но не имеет геометрических размеров.

ВТОРОЙ ЗАКОН НЬЮТОНА

Обобщив выводы, получим, что ускорение тела прямо пропорционально действующей силе, приложенной к телу, и обратно пропорционально его массе: а ~ F/m

Закон, устанавливающий связь ускорения с массой тела и действующей на него силой, называют основным законом динамики или вторым законом Ньютона. Математически его записывают следующим образом:

Из этой формулы видно, что направление ускорения тела всегда совпадает с направлением вектора равнодействующей сил, действующих на тело.

Второй закон Ньютона справедлив только в инерциальных системах отсчёта.

Инертность — свойство, присущее всем телам. Из двух тел, изменяющих скорость на одно и то же значение, более инертно то, которому для этого изменения требуется большее время. Инертность характеризуется физической величиной, называемой массой тела. Более инертное тело имеет большую массу, менее инертное тело — меньшую массу.

Если на тело действует несколько сил, то под F следует понимать их равнодействующую. Важно понимать, что ускорение пропорционально действующей силе и обратно пропорционально массе тела и не зависит ни от каких других свойств тела.

Второй закон Ньютона имеет следующую формулировку: ускорение тела прямо пропорционально действующей силе, приложенной к телу, и обратно пропорционально его массе.

ЕДИНИЦЫ СИЛЫ

Из второго закона Ньютона можно найти равнодействующую сил, действующих на тело: F = ma.

За единицу силы в СИ принимают такую силу, которая сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с2.

1 Н = 1 кг • 1 м/с2.

СВОБОДНОЕ ПАДЕНИЕ ТЕЛ

Ускорение свободного падения является тем коэффициентом пропорциональности, который связывает силу тяжести и массу тела: g = Fтяж/m

Эта формула — запись второго закона Ньютона для случая, когда на тело действует только сила тяжести.

 


Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Второй закон Ньютона».

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).

Второй закон Ньютона
5 (100%) 1 vote[s]

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *