Newtonov drugi zakon je možda najpoznatiji od tri zakona klasične mehanike koje je engleski znanstvenik pretpostavio sredinom 17. stoljeća. Doista, kada se rješavaju problemi iz fizike za kretanje i ravnotežu tijela, svi znaju što znači umnožak mase i ubrzanja. Pogledajmo pobliže značajke ovog zakona u ovom članku.
Mjesto Newtonovog drugog zakona u klasičnoj mehanici
Klasična mehanika temelji se na tri stupa - tri zakona Isaaca Newtona. Prvi od njih opisuje ponašanje tijela ako na njega ne djeluju vanjske sile, drugi opisuje to ponašanje kada takve sile nastaju, a na kraju, treći zakon je zakon međudjelovanja tijela. Drugi zakon s dobrim razlogom zauzima središnje mjesto, jer povezuje prvi i treći postulat u jedinstvenu i skladnu teoriju - klasičnu mehaniku.
Još jedna važna značajka drugog zakona je da nudimatematički alat za kvantificiranje interakcije je proizvod mase i ubrzanja. Prvi i treći zakon koriste drugi zakon za dobivanje kvantitativnih informacija o procesu sila.
Impuls snage
Dalje u članku bit će predstavljena formula Newtonovog drugog zakona, koja se pojavljuje u svim modernim udžbenicima fizike. Ipak, u početku ju je sam kreator ove formule dao u malo drugačijem obliku.
Kada je postavio drugi zakon, Newton je krenuo od prvog. Može se matematički zapisati u smislu količine zamaha p¯. Jednako je:
p¯=mv¯.
Količina gibanja je vektorska veličina, koja je povezana s inercijskim svojstvima tijela. Potonje su određene masom m, što je u gornjoj formuli koeficijent koji povezuje brzinu v¯ i zamah p¯. Imajte na umu da su posljednje dvije karakteristike vektorske veličine. Oni pokazuju u istom smjeru.
Što će se dogoditi ako neka vanjska sila F¯ počne djelovati na tijelo s impulsom p¯? Tako je, zamah će se promijeniti za iznos dp¯. Štoviše, ta će vrijednost biti veća u apsolutnoj vrijednosti, što duže djeluje sila F¯ na tijelo. Ova eksperimentalno utvrđena činjenica omogućuje nam da zapišemo sljedeću jednakost:
F¯dt=dp¯.
Ova formula je Newtonov 2. zakon, koji je sam znanstvenik predstavio u svojim djelima. Iz toga slijedi važan zaključak: vektorpromjene količine gibanja uvijek su usmjerene u istom smjeru kao i vektor sile koja je uzrokovala tu promjenu. U ovom izrazu lijeva strana se naziva impuls sile. Ovaj naziv je doveo do činjenice da se sama količina zamaha često naziva zamahom.
Sila, masa i ubrzanje
Sada dobivamo općeprihvaćenu formulu razmatranog zakona klasične mehanike. Da bismo to učinili, zamjenjujemo vrijednost dp¯ u izraz iz prethodnog odlomka i dijelimo obje strane jednadžbe s vremenom dt. Imamo:
F¯dt=mdv¯=>
F¯=mdv¯/dt.
Vremenska derivacija brzine je linearna akceleracija a¯. Stoga se posljednja jednakost može prepisati kao:
F¯=ma¯.
Dakle, vanjska sila F¯ koja djeluje na razmatrano tijelo dovodi do linearne akceleracije a¯. U tom su slučaju vektori ovih fizikalnih veličina usmjereni u jednom smjeru. Ova se jednakost može čitati obrnuto: masa po ubrzanju jednaka je sili koja djeluje na tijelo.
Rješavanje problema
Pokažimo na primjeru fizičkog problema kako koristiti razmatrani zakon.
Padajući, kamen je svake sekunde povećavao svoju brzinu za 1,62 m/s. Potrebno je odrediti silu koja djeluje na kamen ako je njegova masa 0,3 kg.
Prema definiciji, ubrzanje je brzina kojom se mijenja brzina. U ovom slučaju, njegov modul je:
a=v/t=1,62/1=1,62 m/s2.
Zato što je umnožak mase poubrzanje će nam dati željenu silu, tada ćemo dobiti:
F=ma=0,31,62=0,486 N.
Primjetite da sva tijela koja padaju na Mjesec blizu njegove površine imaju razmatrano ubrzanje. To znači da sila koju smo pronašli odgovara sili Mjesečeve gravitacije.
