[an error occurred while processing this directive]
Второй закон Ньютона
Корректная формулировка второго закона
Ньютона вызывает определенные трудности не только у учащихся. Основная проблема
состоит в том, что в общеизвестном равенстве (4.1), связывающем три величины (суммарную
силу, массу и ускорение тела) только одна (ускорение) ранее определялась в кинематике.
Существует два альтернативных подхода к определению двух оставшихся, каждый из
них имеет свои достоинства и недостатки. Напряженность и потенциал поля диполя.
Решение задач по физике
В большинстве элементарных курсов первоначально
дается определение массы, как меры инертности тела. В такой формулировке определение
малопригодно для физики, поскольку не содержит в себе описания способа сопоставления
массе какого-либо количественного значения. Очевидно, этот недостаток в принципе
может быть устранен добавлением к определению описания процедуры измерения массы.
Однако, на следующем этапе становится неизбежным шаг введения понятия силы. В
рамках рассматриваемого подхода сила традиционно вводится как произведение массы
на ускорение. При этом физический смысл одного из важнейших законов природы (закона
Ньютона) в большой мере маскируется формулировкой, форма которой в большей степени
соответствует определениям.
Альтернативный путь состоит в первоначальном
определении векторы силы, вводимого в качестве количественной характеристики взаимодействия
тел, путем описания процедуры ее зрения в результате использования прибора - динамометра.
Эта процедура состоит в следующем:
Необходимо выбрать инерциальную систему
отсчета (существование такой системы гарантируется первым законом Ньютона). Фотоэффект
Курс лекций по физике
Если в такой системе отсчета тело движется с ускорением,
оно участвует во взаимодействиях.
Опыт показывает, что независимо от природы
взаимодействий их результат (ускоренное движения тела) может быть скомпенсирован
(тело может быть приведено в состояние покоя) при помощи воздействия определенным
образом деформированного тела (пружины).
Опыт показывает, что существует
единственный способ деформации тела (величина и направление), необходимый для
компенсации взаимодействий.
В качестве величины вектора силы, по определению,
может быть принята величина деформации эталонной пружины, а в качестве ее направления
- направление деформации, необходимой для компенсации взаимодействия.
После
введения понятия силы становится возможной следующая формулировка второго закона
Ньютона:
Опыт показывает, что ускорение тела, участвующего во взаимодействиях,
пропорционально приложенной к нему результирующей силы.
Математическая
запись второго закона Ньютона имеет вид (4.2), причем, в отличие от математики,
для физики важен порядок записи входящих в формулировку закона величин: выбранный
в (4.2) порядок записи подчеркивает тот факт, что тела ускоряются в результате
воздействия на них сил, а не наоборот.
В соответствии со вторым законом
Ньютона отношение модулей силы и ускорения для каждого тела оказывается вели чиной
постоянной. Это отношение называют инертной массой тела (4.3). Второй закон Ньютона
совместно с определением инертной массы приводят к хорошо известному соотношению
(4.4), согласно которому ускорение тела пропорционально приложенной к нему результирующей
силе и обратно пропорционально инертной массе тела.
Основными свойствами
инертной массы являются: ее скалярный характер, ее неотрицательность и аддитивность
(последнее означает, что масса тела равна сумме масс составляющих его частей).
В заключении представляется полезным указать на некоторые недостатки рассмотренного
подхода к формулировке второго закона Ньютона. Указанный подход трудно реализуем
с точки зрения создания эталона силы: техническая задача создания эталонной пружины
с неизменными свойствами оказывается достаточно сложной. В связи с этим в настоящее
время в физике используются эталоны длины, времени (их совокупности достаточно
для определения ускорения) и массы. В результате единица силы вводится как комбинация
перечисленных эталонных единиц, что соответствует первому варианту изложения второго
закона Ньютона.
(4.1)
"Стандартная" формулировка второго закона Ньютона.
(4.2)
Второй закон Ньютона: ускорение тела пропорционально действующей на него силе.
(4.3)
Определение инертной массы.
(4.4)
Соответствующая логике изложения формулировка второго закона.
[an error occurred while processing this directive]