Seconda legge di Newton

La seconda legge di Newton afferma che l'accelerazione di un oggetto dipende dalla forza risultante che agisce su di esso e dalla sua massa. Nelle situazioni a massa costante usate nella maggior parte dei problemi introduttivi di fisica, la relazione è:

Questo significa che l'accelerazione aumenta quando aumenta la forza risultante e diminuisce quando aumenta la massa. L'accelerazione ha la stessa direzione della forza risultante.

Usa il simulatore per verificare $F_{net} = ma$

Modifica la forza o la massa una alla volta e osserva come si aggiorna l'accelerazione. A massa fissa, l'accelerazione varia direttamente con la forza. A forza fissa, l'accelerazione varia inversamente con la massa.

Quando la seconda legge di Newton diventa $F_{net} = ma$

La formulazione più generale della seconda legge di Newton afferma che la forza risultante è uguale alla variazione nel tempo della quantità di moto:

Per una massa costante $m$, la quantità di moto è $\vec{p} = m\vec{v}$, quindi questa relazione si riduce a

Questa forma a massa costante è la versione che la maggior parte degli studenti impara per prima, ed è anche quella modellata da questo widget. Se la massa cambia, non dovresti assumere che $F_{net} = ma$ descriva da solo tutta la situazione.

Esempio svolto: 12 N su un carrello di 4 kg

Supponiamo che un carrello abbia massa $4\ \mathrm{kg}$ e che la forza risultante su di esso sia $12\ \mathrm{N}$ verso destra. Con massa costante,

Quindi il carrello accelera a $3\ \mathrm{m/s^2}$ verso destra. Se lo stesso carrello fosse soggetto solo a $6\ \mathrm{N}$, l'accelerazione scenderebbe a $1.5\ \mathrm{m/s^2}$. Se la forza restasse $12\ \mathrm{N}$ ma la massa aumentasse a $8\ \mathrm{kg}$, anche l'accelerazione sarebbe $1.5\ \mathrm{m/s^2}$. Questa è l'idea chiave: la forza fa aumentare l'accelerazione, mentre la massa si oppone a questo cambiamento.

Cosa osservare mentre sposti i cursori

Non limitarti a cercare un numero più grande o più piccolo. Cerca di cogliere la relazione stessa.

• La forza modifica direttamente l'accelerazione.
• La massa modifica inversamente l'accelerazione.
• Forza risultante nulla significa accelerazione nulla, anche se l'oggetto è già in movimento.

Quest'ultimo punto è importante. La seconda legge di Newton collega la forza all'accelerazione, non la forza alla velocità.

Prova un caso simile con forza e massa

Prova una tua versione mantenendo fissa una variabile. Per prima cosa raddoppia la forza mantenendo costante la massa. Poi reimposta e raddoppia la massa mantenendo costante la forza. Se riesci a prevedere la nuova accelerazione prima di controllare il widget, stai usando la legge invece di memorizzarla.