A doua lege a lui Newton este poate cea mai faimoasă dintre cele trei legi ale mecanicii clasice pe care un om de știință englez le-a postulat la mijlocul secolului al XVII-lea. Într-adevăr, atunci când rezolvăm probleme de fizică pentru mișcarea și echilibrul corpurilor, toată lumea știe ce înseamnă produsul dintre masă și accelerație. Să aruncăm o privire mai atentă la caracteristicile acestei legi în acest articol.
Locul celei de-a doua legi a lui Newton în mecanica clasică
Mecanica clasică se bazează pe trei piloni - trei legi ale lui Isaac Newton. Primul dintre ele descrie comportamentul corpului dacă forțele externe nu acționează asupra lui, al doilea descrie acest comportament atunci când apar astfel de forțe și, în final, a treia lege este legea interacțiunii corpurilor. A doua lege ocupă un loc central din motive întemeiate, deoarece leagă primul și al treilea postulat într-o teorie unică și armonioasă - mecanica clasică.
O altă caracteristică importantă a celei de-a doua legi este că oferăun instrument matematic pentru cuantificarea interacțiunii este produsul dintre masă și accelerație. Prima și a treia lege folosesc a doua lege pentru a obține informații cantitative despre procesul forțelor.
Impul de putere
În continuare, în articol, va fi prezentată formula celei de-a doua legi a lui Newton, care apare în toate manualele moderne de fizică. Cu toate acestea, inițial, însuși creatorul acestei formule a dat-o într-o formă ușor diferită.
Când a postulat a doua lege, Newton a pornit de la prima. Poate fi scris matematic în termeni de cantitate de impuls p¯. Este egal cu:
p¯=mv¯.
Mărimea mișcării este o mărime vectorială, care este legată de proprietățile inerțiale ale corpului. Acestea din urmă sunt determinate de masa m, care în formula de mai sus este coeficientul care raportează viteza v¯ și impulsul p¯. Rețineți că ultimele două caracteristici sunt mărimi vectoriale. Ele indică în aceeași direcție.
Ce se va întâmpla dacă o forță externă F¯ începe să acționeze asupra unui corp cu impuls p¯? Așa este, impulsul se va schimba cu cantitatea dp¯. Mai mult, această valoare va fi cu atât mai mare în valoare absolută, cu cât forța F¯ acționează mai mult asupra corpului. Acest fapt stabilit experimental ne permite să scriem următoarea egalitate:
F¯dt=dp¯.
Această formulă este a 2-a lege a lui Newton, prezentată de însuși savantul în lucrările sale. Din aceasta rezultă o concluzie importantă: vectorulmodificările de impuls sunt întotdeauna direcționate în aceeași direcție cu vectorul forței care a provocat această modificare. În această expresie, partea stângă se numește impulsul forței. Acest nume a condus la faptul că cantitatea de impuls în sine este adesea numită impuls.
Forță, masă și accelerație
Acum obținem formula general acceptată a legii considerate a mecanicii clasice. Pentru a face acest lucru, înlocuim valoarea dp¯ în expresia din paragraful anterior și împărțim ambele părți ale ecuației la timpul dt. Avem:
F¯dt=mdv¯=>
F¯=mdv¯/dt.
Derivata în timp a vitezei este accelerația liniară a¯. Prin urmare, ultima egalitate poate fi rescrisă ca:
F¯=ma¯.
Astfel, forța externă F¯ care acționează asupra corpului considerat duce la accelerația liniară a¯. În acest caz, vectorii acestor mărimi fizice sunt direcționați într-o singură direcție. Această egalitate poate fi citită invers: masa pe accelerație este egală cu forța care acționează asupra corpului.
Rezolvarea problemelor
Să arătăm, în exemplul unei probleme fizice, cum să folosiți legea luată în considerare.
Căzând, piatra și-a mărit viteza cu 1,62 m/s în fiecare secundă. Este necesar să se determine forța care acționează asupra pietrei dacă masa acesteia este de 0,3 kg.
Conform definiției, accelerația este rata la care se schimbă viteza. În acest caz, modulul său este:
a=v/t=1,62/1=1,62 m/s2.
Deoarece produsul masei deaccelerația ne va oferi forța dorită, apoi obținem:
F=ma=0,31,62=0,486 N.
Rețineți că toate corpurile care cad pe Lună în apropierea suprafeței sale au accelerația considerată. Aceasta înseamnă că forța pe care am găsit-o corespunde forței gravitației lunii.
