Định luật thứ hai của Newton có lẽ là định luật nổi tiếng nhất trong ba định luật của cơ học cổ điển mà một nhà khoa học người Anh đã công nhận vào giữa thế kỷ 17. Thật vậy, khi giải các bài toán vật lý về chuyển động và cân bằng của các vật thể, ai cũng biết tích của khối lượng và gia tốc nghĩa là gì. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn các đặc điểm của luật này trong bài viết này.
Vị trí của định luật II Newton trong cơ học cổ điển
Cơ học cổ điển dựa trên ba trụ cột - ba định luật của Isaac Newton. Quy tắc đầu tiên mô tả hành vi của cơ thể nếu các lực bên ngoài không tác động lên nó, quy luật thứ hai mô tả hành vi này khi các lực đó xuất hiện, và cuối cùng, định luật thứ ba là quy luật về sự tương tác của các vật thể. Định luật thứ hai chiếm một vị trí trung tâm vì lý do chính đáng, vì nó liên kết các định đề thứ nhất và thứ ba thành một lý thuyết duy nhất và hài hòa - cơ học cổ điển.
Một tính năng quan trọng khác của luật thứ hai là nó cung cấpmột công cụ toán học để định lượng tương tác là tích của khối lượng và gia tốc. Luật thứ nhất và thứ ba sử dụng luật thứ hai để thu được thông tin định lượng về quá trình của các lực.
Xung kích
Trong bài viết, công thức của định luật II Newton, xuất hiện trong tất cả các sách giáo khoa vật lý hiện đại, sẽ được trình bày. Tuy nhiên, ban đầu, chính người tạo ra công thức này đã đưa nó ở một dạng hơi khác.
Khi công nhận định luật thứ hai, Newton đã bắt đầu từ định luật thứ nhất. Nó có thể được viết bằng toán học dưới dạng lượng động lượng p¯. Nó bằng:
p¯=mv¯.
Lượng chuyển động là một đại lượng vectơ, liên quan đến tính chất quán tính của cơ thể. Giá trị sau được xác định bởi khối lượng m, trong công thức trên là hệ số liên quan giữa tốc độ v¯ và động lượng p¯. Lưu ý rằng hai đặc điểm cuối cùng là đại lượng vectơ. Chúng chỉ về cùng một hướng.
Điều gì sẽ xảy ra nếu một số ngoại lực F¯ bắt đầu tác dụng lên một vật với động lượng p¯? Đúng vậy, động lượng sẽ thay đổi theo lượng dp¯. Hơn nữa, giá trị này sẽ càng lớn về giá trị tuyệt đối, lực F¯ tác dụng lên vật thể càng lâu. Sự thật được thiết lập bằng thực nghiệm này cho phép chúng ta viết đẳng thức sau:
F¯dt=dp¯.
Công thức này là định luật thứ 2 của Newton, được chính nhà khoa học trình bày trong các công trình của mình. Một kết luận quan trọng sau đó: vectơđộng lượng thay đổi luôn hướng cùng phương với vectơ của lực gây ra sự thay đổi này. Trong biểu thức này, vế trái được gọi là xung của lực. Cái tên này đã dẫn đến thực tế rằng bản thân lượng xung lượng thường được gọi là xung lượng.
Lực, khối lượng và gia tốc
Bây giờ chúng ta có công thức được chấp nhận chung của định luật cơ học cổ điển. Để làm điều này, chúng ta thay giá trị dp¯ vào biểu thức trong đoạn trước và chia cả hai vế của phương trình cho thời gian dt. Chúng tôi có:
F¯dt=mdv¯=>
F¯=mdv¯ / dt.
Đạo hàm theo thời gian của vận tốc là gia tốc chuyển động thẳng a¯. Do đó, đẳng thức cuối cùng có thể được viết lại thành:
F¯=ma¯.
Như vậy, ngoại lực F¯ tác dụng lên vật được coi là dẫn đến gia tốc a¯. Trong trường hợp này, các vectơ của các đại lượng vật lý này hướng theo một hướng. Đẳng thức này có thể được đọc ngược lại: khối lượng mỗi gia tốc bằng lực tác dụng lên vật thể.
Giải quyết vấn đề
Hãy xem ví dụ của một bài toán vật lý cách sử dụng luật được xem xét.
Rơi xuống, mỗi giây viên đá tăng tốc độ 1,62 m / s. Cần xác định lực tác dụng lên hòn đá nếu khối lượng của nó là 0,3 kg.
Theo định nghĩa, gia tốc là tốc độ thay đổi tốc độ. Trong trường hợp này, mô đun của nó là:
a=v / t=1,62 / 1=1,62 m / s2.
Vì sản phẩm đại chúng củagia tốc sẽ cung cấp cho chúng ta lực mong muốn, sau đó chúng ta nhận được:
F=ma=0,31,62=0,486 N.
Lưu ý rằng tất cả các vật thể rơi trên Mặt Trăng gần bề mặt của nó đều có gia tốc được coi là. Điều này có nghĩa là lực mà chúng tôi tìm thấy tương ứng với lực hấp dẫn của mặt trăng.
