Strona główna
Zadania
Zakładki
Druga zasada dynamiki Newtona
Which three quantities are connected by Newton's second law?
Pierwsza zasada dynamiki Newtona mówi nam, że potrzebna jest siła, aby zmienić prędkość lub kierunek. Ile jednak trzeba tej siły? Druga zasada dynamiki Newtona pomoże odpowiedzieć na to pytanie. Porównajmy dwie sytuacje. Michał i Filip popychają deskorolki, każdy z nich jedną.
Wprawienie ciała w ruch wymaga większego wysiłku, gdy jego masa jest większa, w porównaniu do ciała, którego masa jest mniejsza. Więcej wysiłku wymaga też spowolnienie ciała, które ma większą masę, niż takiego, którego masa jest mniejsza. Nie ma znaczenia czy zwiększamy, czy zmniejszamy szybkość: zmieniamy prędkość ciała, a w fizyce wszystkie zmiany prędkości nazywamy przyspieszeniem. Dlatego spowolnienie też jest przyspieszeniem. Powoli widać tu schemat: im większą masę ma dane ciało, tym więcej trzeba siły, aby nadać mu przyspieszenie.
Deskorolka Flipa ma obciążenie dwa razy większe, niż deskorolka Michała. Jeśli Filip chce rozpędzić swoją deskorolkę tak, jak Michał, musi ją pchać z dwa razy większą siłą. Ta zasada obowiązuje zarówno przy zwiększaniu prędkości... jak i przy jej zmniejszaniu. Łączą się tu trzy elementy: przyspieszenie, siła i masa. Większa siła nadaje większe przyspieszenie.
A im większa jest masa, tym większej trzeba siły, aby nadać przyspieszenie. Możemy wyrazić to tak: przyspieszenie jest równe sile podzielonej przez masę. Spójrzcie na ułamek po prawej stronie. Przyspieszenie można zwiększyć na dwa sposoby: można zwiększyć siłę lub zmniejszyć masę. Możemy to też zapisać inaczej, aby po lewej stronie była tylko siła.
Siła równa się masa razy przyspieszenie. F równa się m razy a... To jest właśnie druga zasada dynamiki Newtona. Druga zasada dynamiki Newtona mówi nam, że jeśli popchniemy coś ze zdwojoną siłą, przyspieszenie będzie dwa razy większe. Spójrzcie na to: Siła F oddziałuje na masę m.
Masa m zmienia swoją prędkość z przyspieszeniem a. Następnie podwoimy wartość siły do dwóch F. Teraz przyspieszenie masy ma wartość dwóch a. Im większa siła, tym większe przyspieszenie, o ile masa pozostaje taka sama. Dwa F równa się m razy dwa a.
A tutaj? Spróbujmy podwoić także masę do dwóch m. Zgodnie z drugą zasadą dynamiki Newtona musimy pchać przedmiot dwa razy mocniej, aby miał to samo przyspieszenie, jeśli jego masa jest dwa razy większa. Dwa F równa się dwa m razy a! Teraz zatrzymajcie film tutaj i sprawdźcie, czy rozumiecie te dwa przykłady.
Druga zasada dynamiki Newtona uzupełnia pierwszą zasadę. Według pierwszej zasady dynamiki siła jest konieczna do zmiany prędkości lub kierunku. Natomiast druga zasada dynamiki Newtona mówi, że gdy na dane ciało działa siła, będzie ono wciąż przyspieszało. Jeśli pozbędziemy się tarcia i oporu powietrza, łatwiej będzie nam to zobaczyć. Przenieśmy Filipa w kosmos i dajmy mu plecak odrzutowy.
Gdy rakieta działa i dostarcza siłę, prędkość rośnie. Gdy Filip wyłączy rakietę i przestanie dostarczać siłę, będzie nadal poruszał się z taką samą prędkością i w tym samym kierunku. Jeśli jednak rakieta działa i zapewnia siłę, przyspieszenie utrzymuje się. F równa się m razy a.