Второй закон Ньютона

Причиной изменения скорости движения тела в инерциальной системе отсчета является его взаимодействие с другими телами. Для количественного описания изменения движения тел при их взаимодействии необходимо ввести две новые величины: массу и силу.

Масса – это количественная характеристика меры инертности тел. При одинаковом воздействии разные тела по разному изменяют скорость своего движения. Так же, прикладывая разные воздействия к одному и тому же телу, мы будем получать разные ускорения. Для того чтобы остановить катящуюся тележку, необходимо приложить некоторое усилие. Однако всем понятно, что если эту тележку загрузить кирпичом, то требуемое усилие окажется намного больше.

Если взаимодействуют два тела, то каждое из них в результате взаимодействия приобретает ускорение. Причем, как показывает опыт, отношение ускорений тел при разных взаимодействиях оказывается одинаковым: . Под массой тел принимается величина такая, что отношение масс тел оказывается обратным отношению ускорений:

В системе СИ масса тел измеряется в килограммах [кг]. Килограмм – основная единица системы СИ. Масса любого тела может быть экспериментально измерена путем ее сравнения с массой эталона 1 кг. Это сравнение может быть выполнено либо путем взаимодействия тел, либо путем взвешивания. Масса – величина скалярная. Причем масса величина аддитивная, то есть, если взять и соединить два тела с массами m₁ и m₂, то получится тело, масса которого равна m₁ + m₂.

Сила является мерой взаимодействия тел. Под действием сил тела приобретают ускорения. Сила - величина векторная. Силы измеряются путем их сравнения с некоторым эталоном силы, которым может служить эталонная пружина, растянутая на определенную величину. Однако на практике для измерения сил используются отградуированные пружины, называемые динамометрами. Единицей измерения силы в системе СИ является ньютон [Н].

Второй закон Ньютона является основным законом механики. Этот закон выполняется только в инерциальных системах отсчета и является обобщением огромного количества экспериментальных фактов. Опыт показывает, что ускорение, приобретаемое телом в результате действия на него некоторой силы, прямо пропорционально действующей силе и обратно пропорционально массе тела. Единицы силы и массы подобраны таким образом, что коэффициент пропорциональности оказывается равным единице. Поэтому количественно второй закон Ньютона записывается следующим образом:

Второй закон Ньютона – векторный закон. Это означает, что вектор ускорения тела всегда совпадает по направлению с вектором действующей на него силы. Если на тело действуют несколько сил, то ускорение тела определяется векторной суммой всех действующих сил, которая называется равнодействующей:

Второй закон Ньютона – векторный закон и на практике его обычно используют в виде проекции на оси координат. Так, например, в проекции на ось Х второй закон Ньютона обычно записывается так:

Произведение массы тела на проекцию его ускорения на ось Х равно алгебраической сумме проекций всех действующих на него сил на ось Х.