Учебные пособия, книги, вся теория по физике для студента, школьника и учителя. Полезные и познавательные статьи.
С нами учить физику легко!

Присоединяйся

Проголосуй

Сколько Вам лет?

10-13
14-17
18-21
22-25
больше tongue

Полезное

Успешное продвижение сайтов! Здесь Вы найдете всю информацию о профессиональных и экономически выгодных услугах по продвижению сайтов.


Рекламные материалы


Динамика

Движение тел в данной системе отсчета начинаются и прекращаются, они становятся более быстрыми или более медленными, изменяются напрявления движений. Во всех этих случаях мы имеем дело с изменением скорости, то есть появлением ускорения. Понятно, на сколько важно знать, при каких условиях возникают ускорения, а при каких тела движутся без ускорений, как определять ускорения (их абсолютные значения и направления). Без этого нельзя решать задачи механики, без этого нельзя управлять движением. На все эти вопросы дает ответ основная часть механики - динамика.
Часть механики, в которой изучаются причины появления ускорения и рассматриваются способы его вычисления, называется динамикой. Основными законами динамики являются Законы Ньютона.


Уважаемый посетитель, Вы находитесь на странице, где представлен урок Второй закон Ньютона. Для основательного усвоения урока, просим внимательно прочитать его содержимое два или три раза.

Второй закон Ньютона

 Механика » Динамика  Автор: admin
В данном уроке Вы узнаете второй закон Ньютона, а также что такое сила тяжести.
Выясним, какой величиной выражается сила, или, как говорят, какая величина служит мерой силы, действующей на тело.
На этот вопрос может ответить только опыт. Опыт должен состоять в том, чтобы одну и ту же силу приложить к различным телам и измерить их ускорения.
При этом ускорения тел могут быть разными. Но если на все эти тела действует одна и та же сила, то нужно из опыта найти такую величину, характеризующую ускоряемые тела, которая для всех тел так же была бы одной и той же. Эта величина и будет выражать действующую на тело силу.
Ускоряющим телом, которое действует на все тела с одной и той же силой, может служить растянутая или сжатая пружина. Это видно из того, что та же пружина в своем нормальном состоянии, то есть не растянутая (и несжатая), вовсе не действует на прикрепленные к ней тела какой-либо силой.

Значит, сила упругости, о которой данная пружина действует на прикрепленные к ней тела, зависит только от ее растяжения, а не от свойств прикрепленных к ней тел. Следовательно, растянутая (или сжатая) на определенную длину пружина действует на все тела с одной и той же силой.
Упомянутый выше опыт сводится к измерению ускорений различных тел, прикрепленных к пружине, растянутой на определенную длину.
Как уже указывалось в уроке "Взаимодействие тел. Ускорение при их взаимодействии", удобнее всего измерять ускорение тел, движущихся по окружности, то есть центростремительное ускорение. Поэтому мы снова воспользуемся центробежной машиной.
Поместим тело М в виде алюминиевого цилиндра с просверленным по его оси отверстием на стержень центробежной машины (рис. 1, а). Прикрепим к цилиндру конец пружины, а другой ее конец закрепим на раме машины в точке А. Приведем машину во вращение. Цилиндр М, удалившись несколько от оси вращения (на расстояние х) и растянув при этом пружину, станет двигаться по окружности (рис. 1, б) радиусом r. Центростремительное ускорение цилиндра направлено по радиусу окружности к центру. Но вдоль радиуса направлена и ось пружины. Следовательно, ускорение цилиндра М направлено вдоль оси пружины. Ясно, что это ускорение сообщает цилиндру сила упругости растянутой пружины. Ведь не будь пружины цилиндр просто соскользнул бы со стержня (если бы ему не мешал упор в точке В), как это мы видели в уроке "Об относительности движения тела при вращении системы отсчета".
Центростремительное ускорение по абсолютному значению равно, как мы знаем,
Центростремительное ускорение
где w - угловая скорость вращения машины, a r - радиус окружности, по которой движется цилиндр, то есть расстояние от него до оси вращения.
Измерив угловую скорость w и радиус r, мы найдем модуль ускорения a.
При вращении машины пружина с прикрепленным к ней телом растягивается тем больше, чем больше угловая скорость вращения. И каждому значению угловой скорости соответствует определенное растяжение пружины и, следовательно, определенное значение силы упругости.
Заменим теперь алюминиевый цилиндр точно таким же по размерам стальным цилиндром. Мы уже знаем, что его масса в три раза больше массы алюминиевого цилиндра.
Приведем машину снова во вращение и подберем такую скорость этого вращения, чтобы растяжение пружины было таким же, каким оно было при вращении цилиндра из алюминия. Тогда и сила, действующая на стальной цилиндр, будет такой же.
Опыт показывает, что в этом случае угловая скорость вращения машины будет в Корень из 3 раз меньше. Это значит, что ускорение стального цилиндра в 3 раза меньше, чем алюминиевого. Направлено это ускорение по-прежнему вдоль оси пружины (по радиусу окружности к центру). Выходит, что при увеличении массы тела втрое ускорение, сообщаемое ему одной и той же силой, сохраняет свое направление, а по абсолютному значению уменьшается в 3 раза.
Отсюда следует, что произведение массы тела на его ускорение для обоих тел одно и то же.
Можно провести этот опыт со множеством других тел самых различных масс. Он покажет, что при одном и том же растяжении пружины, то есть при одной и той же силе, произведение массы тела на его ускорение для всех тел одно и то же.
Так мы нашли величину, которая одинакова для различных тел, на которые действует одна и та же сила.
Значит, произведение массы тела на его ускорение выражает силу, действующую на тело.
Если обозначить силу, действующую на тело, через F, ускорение тела через a, а его массу через m, то можно написать:
Формула второй закон Ньютона
Но, может быть, это верно только для силы упругости растянутой пружины и к другим силам не относится? Чтобы ответить на этот вопрос, проведем еще один опыт, который позволит нам сравнить другие силы с силой упругости. Сравним, например, силу тяжести с силой упругости.
Для этого воспользуемся той же пружиной, но расположим ее вертикально, закрепив верхний конец неподвижно (рис. 2, а). К нижнему концу пружины подвесим груз известной массы m (рис. 2, б). Мы увидим, что пружина растянется, а груз будет находиться в покое (после нескольких колебаний). На груз теперь действуют одновременно две силы: сила тяжести со стороны Земли и сила упругости со стороны растянутой пружины. Не будь пружины, груз под влиянием Земли падал бы свободно вниз с ускорением g = 9,81 м/сек², направленным по вертикали вниз. Но раз ускорение груза равно нулю, это означает, что растянутая пружина сама по себе тоже сообщила бы грузу ускорение Второй закон Ньютона (направленное вертикально вверх). Значит, сила тяжести Сила тяжести и сила упругости Сила упругости, действующие на груз, равны по абсолютному значению и противоположны по направлению:Сила тяжести и сила упругости равны по абсолютному значению и противоположны по направлению. Но сила упругости, действующая на тело, как мы только что выяснили, равна произведению массы на ускорение, которое она ему сообщает, то есть
Второй закон Ньютона

Значит, сила тяжести Сила тяжести, равная Сила упругости, будет равна:
Сила тяжести формула

Так мы установили, что сила тяжести тоже равна произведению массы тела на ускорение, сообщаемое ему этой силой.
Опыты, подобные рассмотренным выше, и многие другие позволили Ньютону сформулировать один из важнейших законов механики - Второй закон Ньютона.
Сила, действующая на тело, равна произведению массы этого тела на сообщаемое этой силой ускорение.
Математически второй закон Ньютона выражается формулой
Второй закон Ньютона формула

Из формулы, выражающей второй закон Ньютона, видно, в каких единицах измеряется сила. Сила равна единице, если, действуя на тело, масса которого равна единице, она сообщит ему ускорение, равное единице.
В системе СИ за единицу силы принимается сила, которая масса в 1 кг сообщает ускорение 1 м/сек². Эту единицу называют ньютоном (сокращенно: н):
1 н = 1 кг * м/сек² = 1 кг*м/сек².
В системе СГС за единицу силы принимается сила, сообщающая массе в 1 г ускорение 1 см/сек². Эту силу называют диной (сокращенно: дин):
1 дин = 1 г-1 см/сек = 1 г*см/сек²


Примечание
Можно на опыте убедиться в том, что растянутая грузом пружина сообщает ему ускорение, равное g = 9,81 м/сек². Для этого надо поместить эту пружину с грузом в центробежную машину и привести ее во вращение. Скорость вращения надо подобрать такую, чтобы пружина растянулась на такую же длину, как и под действием подвешенного груза. Опыт показывает, что произведение Формула центростремительного ускорения, т. е. ускорение груза, действительно равно 9,81 м/сек².


Если Вам понравился урок Второй закон Ньютона, то просим непременно поделиться им с друзьями.


CY-PR.com Valid XHTML 1.0 Transitional
Copyright © 2011 Fizika.inВсе права защищены.
Копирование материалов с данного сайта разрешено, при условии наличия ссылки на ресурс "Fizika.in"