Второй закон Ньютона. Масса. Сила. Неинерциальные системы отсчета

Второй закон Ньютона — основной закон динамики поступательного движения, да и всей физики. Он выполняется в инерциальных системах.

Второй закон Ньютона: ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), прямо пропорционально векторной сумме приложенных сил и обратно пропорционально массе тела:

В системе СИ коэффициент пропорциональности равен 1. Закон можно записать в более привычной форме

Это уравнение можно переписать в виде

или

где введена векторная величина

называемая импульсом. Формулировка (2.4) второго закона Ньютона является наиболее общей. В частности, в отличие от формулировки (2.4) она справедлива не только в классической, но и в релятивистской механике (при более общем определении импульса).

Масса первоначально определялась как количество вещества в физическом теле. Сегодня массу измеряют двумя способами. В соответствии с уравнением (2.4) масса численно равна силе, обеспечивающей единичное ускорение. Такая масса называется инертной. Второй способ измерения массы основан на законе всемирного тяготения, связывающем силу гравитационного притяжения F материальных точек с их массами тл и т2

Здесь R — расстояние между точками; у — гравитационная постоянная. Такая масса называется гравитационной. Сегодня нет оснований считать, что инертная и гравитационная массы как-то различаются.

Первый и второй законы Ньютона многим кажутся очевидными, но не всем и не всегда. И действительно, в доньютоновой механике Аристотеля ошибочно утверждалось, что причиной всякого движения является сила. Такое заблуждение обычно связано с недооценкой роли сил трения, повсеместно препятствующих движению. Опытным путем установили, что сила трения скольжения обычно пропорциональна силе N нормального давления, с которой одно тело действует на другое:

где р — коэффициент трения, зависящий от свойств соприкасающихся поверхностей.

В природе существует немало и других сил разного происхождения. В целом же можно дать определение, что сила — это векторная величина, являющаяся мерой интенсивности воздействия на тело со стороны других тел, в результате которого тело приобретает ускорение или меняет форму и размеры.

Единица массы в системе СИ — килограмм (кг), силы — ньютон (II): 1 Н = = 1 кг-м/с2.

Второй закон Ньютона позволяет понять, что происходит с телом в не- инерциальной системе отсчета — системе, относительно которой любая изолированная от внешних воздействий материальная точка не сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Простейший пример неинерциальной системы — система, движущаяся с ускорением аи относительно инерциальной системы. Примерами такой системы являются ускоряющиеся лифт, автомобиль, самолет... Если в общем случае в какой-то момент времени ускорение неинерциальной системы равно Зи, то при отсутствии сил ускорение тела в инерциальной системе равно нулю, а ускорение тела в неинерциальной системе, очевидно, равно н. И при наличии силы это ускорение будет одной из составляющих полного ускорения а во втором законе Ньютона для неинерциальной системы:

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >