Втори принцип на динамиката

Исак Нютон

През 1684 година Исак Нютон публикува „De Motu Corporum“, която съдържа в начална форма Законите за движение.

Принципите на механиката са доразвити във „Philosophiae Naturalis Principia Mathematica“, публикувана през 1687 година.

В този труд Нютон формулира трите фундаментални Закона за движение, които са в основата на класическата механика и се използват без промени  и до днес:

Втори принцип на динамиката (Втори закон на Нютон)

Взаимодействието между телата е причина те да променят скоростта си – приложената сила е причина за ускорението на телата.

Ако на праволинейно движещо се тяло действа постоянна сила F по посока на движението, тялото се движи равноускорително, а ако посоката на силата F е противоположна, движението е равнозакъснително.

Наблюдения на Нютон:

– Ако на движещо се тяло действа постоянна сила, то променя скоростта си и получава постоянно ускорение, което винаги съвпада с посоката на силата.

– Ускорението на тяло с маса m е правопропорционално на силата, която му въздейства.

– Под действие на еднакви сили телата с по-голяма маса получават по-малко ускорение. Ускорението е обратно пропорциоинално на масата.

Ученият обобщава резултатите от тези наблюдения и получава зависимостта a = F/m, която изразява втория принцип на механиката:

Ускорението, с което се движи едно тяло е правопропорционално на големината на приложената върху тялото сила и обратнопропорционално на масата на тялото.

Вторият принцип на механиката може да се представи и чрез формулата: F = ma

Силата, която действа на едно тяло, е равна на произведението от масата му и ускорението, което то получава под действие на тази сила.

Под действието на равнодействащата сила, тялото се движи по същия начин, както при едновременното действие на приложените към него сили. Съгласно втория принцип на механиката равнодействащата сила F е равна на произведението от масата на тялото и ускорението, получено в резултат на действието на всички сили върху тялото:  F = ma

Векторното уравнение на закона има по-общ характер. То изразява както връзката между големината на равнодействащата сила и ускорението, така и между техните посоки.

Тъй като m>0, от уравнението следва, че векторите F и a винаги имат еднакви посоки.

Ако F=0 следва, че ускорението също е 0, тоест тяло, на което не действат сили, извършва праволинейно равномерно движение или се намира в покой.

Сили на инерцията

Законите на Нютон са верни само в инерциални отправни системи. Уравненията на движение в неинерциална отправна система се отличават по вид от втория закон на Нютон. Но ако опростим нещата и добавим дадена фиктивна „сила на инерцията“, уравненията придобиват отново вид, подобен на втория закон на Нютон.

Трябва да се подчертае, че „силата на инерция“ е само удобна параметризация, характеризираща начина, по който се различават законите за движение в инерциални и неинерциални отправни системи.

Пример

Ако приложим една и съща сила върху две колички – пълна и празна, по-бързо ще се движи празната количка. Ако приложим по-голяма сила, количките ще се движат по-бързо.

Приложения

Вторият принцип на Нютон е универсален закон на всички видове движения при скорости V<c (основен закон на динамиката).

Той се прилага както при изучаване на движението на звездите и планетите, така и при изучаване на движението на атомите и молекулите на газовете, движението на транспортните средства, ракетите, вятъра, морската вода и други.

Източници 

1. Wikipedia (последно достъпен на 10.03.2022)
2. Максимов М., Учебник по Физика и Астрономия, 11 клас, Klett
3. http://ivcheto92.freehosting.bg/fizika/new_page_1.html (последно достъпен на 10.03.2022)