Newtonov drugi zakon je morda najbolj znan od treh zakonov klasične mehanike, ki jih je sredi 17. stoletja postavil angleški znanstvenik. Dejansko pri reševanju problemov v fiziki za gibanje in ravnotežje teles vsi vedo, kaj pomeni produkt mase in pospeška. Oglejmo si podrobneje značilnosti tega zakona v tem članku.
Mesto Newtonovega drugega zakona v klasični mehaniki
Klasična mehanika temelji na treh stebrih – treh zakonih Isaaca Newtona. Prvi od njih opisuje obnašanje telesa, če nanj ne delujejo zunanje sile, drugi opisuje to vedenje, ko takšne sile nastanejo, in končno, tretji zakon je zakon medsebojnega delovanja teles. Drugi zakon zavzema osrednje mesto z dobrim razlogom, saj povezuje prvi in tretji postulat v enotno in harmonično teorijo – klasično mehaniko.
Druga pomembna značilnost drugega zakona je, da ponujamatematično orodje za kvantificiranje interakcije je produkt mase in pospeška. Prvi in tretji zakon uporabljata drugi zakon za pridobivanje kvantitativnih informacij o procesu sil.
Impulz moči
Nadalje v članku bo predstavljena formula Newtonovega drugega zakona, ki se pojavlja v vseh sodobnih učbenikih fizike. Kljub temu jo je sprva sam ustvarjalec te formule dal v nekoliko drugačni obliki.
Pri postuliranju drugega zakona je Newton začel od prvega. Lahko ga matematično zapišemo v smislu količine zagona p¯. Enako je:
p¯=mv¯.
Količina gibanja je vektorska količina, ki je povezana z inercialnimi lastnostmi telesa. Slednje določa masa m, ki je v zgornji formuli koeficient, ki povezuje hitrost v¯ in zagon p¯. Upoštevajte, da sta zadnji dve značilnosti vektorske količine. Kažejo v isto smer.
Kaj se bo zgodilo, če neka zunanja sila F¯ začne delovati na telo z zagonom p¯? Tako je, zagon se bo spremenil za količino dp¯. Poleg tega bo ta vrednost večja po absolutni vrednosti, dlje ko sila F¯ deluje na telo. To eksperimentalno ugotovljeno dejstvo nam omogoča, da zapišemo naslednjo enakost:
F¯dt=dp¯.
Ta formula je Newtonov 2. zakon, ki ga je znanstvenik sam predstavil v svojih delih. Iz tega sledi pomemben zaključek: vektorspremembe v zagonu so vedno usmerjene v isto smer kot vektor sile, ki je to spremembo povzročila. V tem izrazu se leva stran imenuje impulz sile. To ime je privedlo do dejstva, da se količina zagona sama pogosto imenuje zagon.
Sila, masa in pospešek
Zdaj dobimo splošno sprejeto formulo obravnavanega zakona klasične mehanike. V ta namen nadomestimo vrednost dp¯ v izraz iz prejšnjega odstavka in obe strani enačbe delimo s časom dt. Imamo:
F¯dt=mdv¯=>
F¯=mdv¯/dt.
Časovni izvod hitrosti je linearni pospešek a¯. Zato lahko zadnjo enakost prepišemo kot:
F¯=ma¯.
Tako zunanja sila F¯, ki deluje na obravnavano telo, vodi do linearnega pospeška a¯. V tem primeru so vektorji teh fizikalnih veličin usmerjeni v eno smer. To enakost lahko beremo v obratni smeri: masa na pospešek je enaka sili, ki deluje na telo.
reševanje težav
Pokažimo na primeru fizičnega problema, kako uporabiti obravnavani zakon.
Ko je kamen padel dol, je vsako sekundo povečal svojo hitrost za 1,62 m/s. Treba je določiti silo, ki deluje na kamen, če je njegova masa 0,3 kg.
V skladu z definicijo je pospešek hitrost spreminjanja hitrosti. V tem primeru je njegov modul:
a=v/t=1,62/1=1,62 m/s2.
Ker je zmnožek mase popospešek nam bo dal želeno silo, potem dobimo:
F=ma=0,31,62=0,486 N.
Upoštevajte, da imajo vsa telesa, ki padejo na Luno blizu njene površine, upoštevan pospešek. To pomeni, da sila, ki smo jo našli, ustreza sili lunine gravitacije.
