Druga zasada dynamiki Newtona

Druga zasada dynamiki Newtona mówi, że przyspieszenie ciała zależy od siły wypadkowej działającej na to ciało oraz od jego masy. W sytuacjach ze stałą masą, używanych w większości zadań z fizyki na poziomie podstawowym, zależność ma postać:

Oznacza to, że przyspieszenie rośnie, gdy rośnie siła wypadkowa, i maleje, gdy rośnie masa. Przyspieszenie ma ten sam kierunek co siła wypadkowa.

Użyj symulatora, aby sprawdzić $F_{net} = ma$

Zmieniaj siłę lub masę po jednej wielkości naraz i obserwuj, jak aktualizuje się przyspieszenie. Przy stałej masie przyspieszenie zmienia się wprost proporcjonalnie do siły. Przy stałej sile przyspieszenie zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do masy.

Kiedy druga zasada dynamiki Newtona przyjmuje postać $F_{net} = ma$

Najbardziej ogólne sformułowanie drugiej zasady dynamiki Newtona mówi, że siła wypadkowa jest równa szybkości zmian pędu:

Dla stałej masy $m$ pęd wynosi $\vec{p} = m\vec{v}$, więc otrzymujemy

Ta postać dla stałej masy jest wersją, której większość uczniów uczy się najpierw, i to właśnie ją przedstawia ten widget. Jeśli masa się zmienia, nie należy zakładać, że samo $F_{net} = ma$ opisuje całą sytuację.

Przykład obliczeniowy: 12 N działające na wózek o masie 4 kg

Załóżmy, że wózek ma masę $4\ \mathrm{kg}$, a działa na niego siła wypadkowa $12\ \mathrm{N}$ skierowana w prawo. Przy stałej masie

Zatem wózek porusza się z przyspieszeniem $3\ \mathrm{m/s^2}$ w prawo. Gdyby na ten sam wózek działała tylko siła $6\ \mathrm{N}$, przyspieszenie spadłoby do $1.5\ \mathrm{m/s^2}$. Gdyby siła pozostała równa $12\ \mathrm{N}$, ale masa wzrosła do $8\ \mathrm{kg}$, przyspieszenie również wyniosłoby $1.5\ \mathrm{m/s^2}$. To jest kluczowa idea: siła zwiększa przyspieszenie, a masa przeciwstawia się tej zmianie.

Na co zwrócić uwagę podczas przesuwania suwaków

Nie patrz tylko na to, czy liczba jest większa czy mniejsza. Zwróć uwagę na samą zależność.

• Siła zmienia przyspieszenie wprost proporcjonalnie.
• Masa zmienia przyspieszenie odwrotnie proporcjonalnie.
• Zerowa siła wypadkowa oznacza zerowe przyspieszenie, nawet jeśli ciało już się porusza.

Ten ostatni punkt jest ważny. Druga zasada dynamiki Newtona łączy siłę z przyspieszeniem, a nie siłę z prędkością.

Wypróbuj podobny przypadek z siłą i masą

Sprawdź własny przykład, utrzymując jedną wielkość stałą. Najpierw podwój siłę, pozostawiając masę bez zmian. Następnie zresetuj ustawienia i podwój masę, pozostawiając siłę bez zmian. Jeśli potrafisz przewidzieć nowe przyspieszenie przed sprawdzeniem w widżecie, to znaczy, że korzystasz z prawa, a nie tylko uczysz się go na pamięć.