Билет № 2 Сила. Масса. Второй закон Ньютона.

От чего зависит ускорение тел? Каждый без труда за несколько секунд разгонит легкую байдарку до большой скорости, но сделать то же самое с тяжело нагруженной лодкой он будет не в состоянии. Еще пример. Стоит отпустить тетиву лука, как легкая стрела в доли секунды разовьет большую скорость. А попробуйте вместо стрелы взять кусок водопроводной трубы. Тот же лук сможет лишь едва-едва сдвинуть его с места.

Эти примеры говорят о том, что модуль ускорения тела зависит не только от оказываемого на него воздействия (т. е. от силы), но и от свойств тела.

Отсюда следует, что необходимо ввести величину, которая характеризовала бы способность того или иного тела менять свою скорость под влиянием определенной силы.

Сила — векторная физическая величина, являющаяся мерой интенсивности воздействия на данное тело других тел, а также полей. Сила как векторная величина характеризуется модулем, направлением и «точкой» приложения силы. За единицу массы в СИ принят 1 Ньютон (1Н).Линия действия силы обозначает проходящую через точку приложения силы прямую, по которой направлена сила.

Свойство тела, от которого зависит его ускорение при взаимодействии с другими телами, называется инертностью.

Количественной мерой инертности тела является масса тела. Можно ввести и другое определение массы.

Чем большей массой обладает тело, тем меньшее ускорение оно получает при взаимодействии. Прямая пропорциональность между модулями ускорения и силы (3) означает, что отношение модуля силы к модулю ускорения является постоянной величиной, не зависящей от силы:

Нагружая тележку гирями, легко заметить, что чем больше гирь на ней находится, тем медленнее она будет набирать скорость, т. е. тем меньше ее ускорение. Поэтому для нагруженной тележки отношение больше, чем для ненагруженной. Это как раз и означает, что ускорение зависит не только от силы, но и от свойств самого тела.

Величину, равную отношению модуля силы к модулю ускорения, называют массой тела. За единицу массы в СИ принят килограмм (1 кг). С достаточной точностью за 1 кг можно принять массу 1 л чистой воды при 15°С. Есть два вида массы: Инертная и Гравитационная.

Инертная масса характеризует инертность тел и фигурирует в одной из формулировок второго закона Ньютона.

Гравитационная масса определяет, с какой силой тело взаимодействует с внешними гравитационными полями и какое гравитационное поле создаёт само это тело.

Природу массы пока не понимает никто. Никто не может объяснить, почему элементарные частицы имеют те или иные массы. Но приведенное определение массы позволяет ее измерить, а по известной массе точнейшим образом рассчитывать движения тел. А это и есть основная задача механики.

Введя понятие массы, сформулируем окончательно второй закон Ньютона:

Ускорение точечного тела (материальной точки) прямо пропорционально сумме сил, действующих на тело, и обратно пропорционально массе тела:

Закон Ньютона однозначно указывает, что сила является причиной ускорения тела, а не наоборот. Так же подчеркнем, что первый закон не является следствием второго. Формально, если сумма сил, действующих на тело равна нулю, то ускорение тела равно нулю, то есть тело движется равномерно и прямолинейно. Но в первом законе содержится утверждение о существовании инерциальных систем отсчета. Второй закон Ньютона справедлив именно для этих систем.

Второй закон Ньютона выражает один из самых фундаментальных законов природы, которому с удивительной точностью подчиняются движения как громадных небесных тел, так и мельчайших песчинок, гонимых ветром. С помощью этого закона можно рассчитывать движение поршня в цилиндре автомобиля и сложнейшие траектории космических кораблей. Уверенность в справедливости второго закона Ньютона основывается не на результатах отдельных опытов, которые позволяют подойти к формулировке этого закона, а на том, что все вытекающие из него следствия, проверяемые как специальными опытами, так и всей человеческой практикой, оказываются правильными.

Массу тела можно измерить следующими способами:

1. Используя второй закон Ньютона, измерив независимо силу и ускорение тела:

2. Сравнивая масс тел с помощью весов.

2.1. На равноплечих весах.

2.2. На пружинных весах.

3. По взаимодействию тела с эталоном массы.

4. Измерив объем тела, массу тела можно рассчитать через плотность тела.