Njutnov drugi zakon je možda najpoznatiji od tri zakona klasične mehanike koje je jedan engleski naučnik postulirao sredinom 17. veka. Zaista, kada se rješavaju problemi iz fizike za kretanje i ravnotežu tijela, svi znaju šta znači proizvod mase i ubrzanja. Pogledajmo detaljnije karakteristike ovog zakona u ovom članku.
Mjesto Newtonovog drugog zakona u klasičnoj mehanici
Klasična mehanika se zasniva na tri stuba - tri zakona Isaka Njutna. Prvi od njih opisuje ponašanje tijela ako na njega ne djeluju vanjske sile, drugi opisuje ponašanje kada takve sile nastaju, a na kraju, treći zakon je zakon međudjelovanja tijela. Drugi zakon s dobrim razlogom zauzima centralno mjesto, jer povezuje prvi i treći postulat u jedinstvenu i harmoničnu teoriju - klasičnu mehaniku.
Još jedna važna karakteristika drugog zakona je da nudimatematički alat za kvantifikaciju interakcije je proizvod mase i ubrzanja. Prvi i treći zakon koriste drugi zakon za dobijanje kvantitativnih informacija o procesu sila.
Impuls snage
Dalje u članku, biće predstavljena formula drugog Newtonovog zakona, koja se pojavljuje u svim modernim udžbenicima fizike. Ipak, u početku ju je sam kreator ove formule dao u malo drugačijem obliku.
Kada je postulirao drugi zakon, Newton je krenuo od prvog. Može se matematički napisati u terminima količine momenta p¯. Jednako je:
p¯=mv¯.
Količina kretanja je vektorska veličina, koja je povezana sa inercijskim svojstvima tijela. Potonje su određene masom m, koja je u gornjoj formuli koeficijent koji povezuje brzinu v¯ i impuls p¯. Imajte na umu da su posljednje dvije karakteristike vektorske veličine. Oni pokazuju u istom smjeru.
Šta će se dogoditi ako neka vanjska sila F¯ počne djelovati na tijelo s impulsom p¯? Tako je, zamah će se promijeniti za iznos dp¯. Štaviše, ova vrijednost će biti veća u apsolutnoj vrijednosti, što duže djeluje sila F¯ na tijelo. Ova eksperimentalno utvrđena činjenica nam omogućava da zapišemo sljedeću jednakost:
F¯dt=dp¯.
Ova formula je Njutnov 2. zakon, koji je sam naučnik predstavio u svojim radovima. Iz toga slijedi važan zaključak: vektorpromjene impulsa uvijek su usmjerene u istom smjeru kao i vektor sile koja je uzrokovala ovu promjenu. U ovom izrazu, lijeva strana se naziva impuls sile. Ovaj naziv je doveo do činjenice da se sama količina zamaha često naziva zamahom.
Sila, masa i ubrzanje
Sada dobijamo opšteprihvaćenu formulu razmatranog zakona klasične mehanike. Da bismo to učinili, zamjenjujemo vrijednost dp¯ u izraz iz prethodnog paragrafa i dijelimo obje strane jednačine vremenom dt. Imamo:
F¯dt=mdv¯=>
F¯=mdv¯/dt.
Vremenski izvod brzine je linearno ubrzanje a¯. Stoga se posljednja jednakost može prepisati kao:
F¯=ma¯.
Dakle, vanjska sila F¯ koja djeluje na razmatrano tijelo dovodi do linearnog ubrzanja a¯. U ovom slučaju, vektori ovih fizičkih veličina su usmjereni u jednom smjeru. Ova jednakost se može čitati obrnuto: masa po ubrzanju jednaka je sili koja djeluje na tijelo.
Rješavanje problema
Pokažimo na primjeru fizičkog problema kako koristiti razmatrani zakon.
Padajući, kamen je povećavao brzinu za 1,62 m/s svake sekunde. Potrebno je odrediti silu koja djeluje na kamen ako je njegova masa 0,3 kg.
Prema definiciji, ubrzanje je brzina kojom se brzina mijenja. U ovom slučaju, njegov modul je:
a=v/t=1,62/1=1,62 m/s2.
Zato što je proizvod mase poubrzanje će nam dati željenu silu, tada dobijamo:
F=ma=0,31,62=0,486 N.
Imajte na umu da sva tijela koja padaju na Mjesec blizu njegove površine imaju razmatrano ubrzanje. To znači da sila koju smo pronašli odgovara sili mjesečeve gravitacije.
