Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона. Масса. Сила

Второй закон Ньютона

Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона. Масса. Сила.

Инертность тел приводит до того, что мгновенно изменить скорость тела невозможно - действие на него второго тела должно длиться определенное время. Чем инетрней тело, тем меньше изменяется его скорость за определенное время, то есть тем меньшее ускорение приобретает тело. Количественную меру инертности тела называют его массой. Чем большую инертность имеет тело, тем большая его масса. Следовательно, масса - это скалярная физическая величина, которая является мерой инертных и гравитационных свойств тел.

В современной физике достаточно точно доказана тождественность значений гравитационной и инертной масс тела (mт = mi). Поэтому их не разделяют и говорят просто о массе тела m.

Известно, что чем большая масса тела, тем меньшее ускорение приобретает это тело во время взаимодействия с другим телом. Поэтому можно допустить, что отношение модулей ускорений, получаемых телами во время взаимодействия между собой, равняется величине, обратной отношению масс этих тел.

За единицу массы 1899 года было взято 1 кг (килограмм). Это одна из основных единиц СИ. Килограмм - это масса эталона, который равняется массе международного прототипа килограмма. Эталон - это отлитое из сплава платины и иридия цилиндрическое тело с образующей, что равняется его диаметру - по 39 мм Он хранится в городе Севр поблизости Парижа (Франция), в Международном бюро мер и ваг. Во всех странах есть копии этого эталона, изготовленные с высокой точностью. В Украине эталон килограмма находится в Институте метрологии (г. Харьков).

Для обычных расчетов можно с достаточной точностью считать, что массу 1 кг имеет 1 литр (то есть 1 дм3) химически чистой воды при 15 °С.

Установления единицы массы - килограмма - позволило упорядочить изготовление грузов, то есть тел с известной массой, которые используются для измерения массы других тел. Массу грузов стали устанавливать, сверяя их с массой эталона. Масса любой гири равняется или массе эталона (то есть 1 кг), или представляет кратную или частичную величину от массы эталона.

Для измерения массы любого тела, кроме массы эталона надо знать отношение ускорений взаимодействующих тел, то есть величину . Очевидно, для измерения массы тела вовсе не обязательно вынуждать это тело двигаться и сталкивать его с эталоном массы, определяя потом ускорение тела и эталона. Существует другой, более удобный способ определения массы - взвешивание тел на весовых весах.

Пусть два тела лежат на чашах равноплечих весов и каждое из них, притягиваясь к Земле, стремится повернуть коромысло весов вокруг оси вращения. Известно, что ускорение свободного падения тел любой массы одинаково в любом месте Земли.

В повседневных измерениях вместо эталона массы используют гири. Уравновешение определенного тела на весах гирями позволяет определить массу этого тела. Объединяя несколько тел в одно, их массы добавляют. Нарушение этого правила, которое называется законом сохранения массы вещества, происходит в микромире с элементарными частицами.

Для выражения связи массы тела с его объемом введено понятие плотности. Плотностью r вещества называют величину, которая равняется отношению массы тела к его объему. В случае неоднородных тел за формулой определяют среднюю плотность тела.

Масса тела не зависит от того, в каких именно взаимодействиях с другими телами это тело участвует. Однако масса может зависеть от скорости движения тела. Эта зависимость оказывается только во время движений со скоростями, которые приближаются к скорости света. Поэтому в физике различают два качественно разных случая движения.

Рух, который происходит со скоростью, намного меньшей от скорости света с в вакууме (где с = 3-108 м/с), называют нерелятивистским. В случае нерелятивистского движения масса тела почти не зависит от его скорости, то есть можно считать, что в таком руссе m = const.

Рух, который происходит со скоростью, близкой к скорости света в вакууме, называют релятивистским.

Из специальной теории относительности Эйнштейна выплывает, что во время релятивистского движения зависимость массы от скорости существенна. Это учитывают во время конструирования ускорителей заряженных частиц и цветных телевизоров с электронно-лучевыми трубками. Второй закон Ньютона.

Известно, что изменение скорости тела, то есть появление ускорения, происходит под действием окружающих тел на это тело. Разные взаимодействия тел, известные современной физике, разделяются на четыре типа:

1. гравитационные силы и гравитационные взаимодействия, которые возникают между телами в соответствии с законом всемирного тяготения;

2. электромагнитное взаимодействие, которое происходит между телами, которые приобрели электрический заряд;

3. сильные взаимодействия. Они существуют между частицами, из которых состоят ядра атомов, а также между p -мезонами и мезонами;

4. слабые взаимодействия, какие характерные для процессов превращения некоторых элементарных частиц.

Для характеристики этих взаимодействий введено понятие силы. Сила - это физическая векторная величина, которая является мерой действия на некоторое тело других тел (или полей), которая может вызывать ускорение и деформацию тела. Сила является полностью определенной, если задан ее модуль, точка прикладывания А, линия действия ОО', направление действия, обозначенное стрелкой.

Если на тело действует только одна сила, она обязательно вызывает и ускорение, и деформацию этого тела. Если же на тело одновременно действует несколько сил, то возможна их компенсация (уравновешивание) и тело может не приобретать ускорения. Одновременное действие на тело нескольких сил эквивалентно действию одной силы (равнодействующей), которое равняется векторной сумме этих сил. Существует принцип независимости действия сил : если на тело действуют одновременно несколько сил, действую каждой из них можно рассматривать независимо от действия других.

Поскольку сила способна предоставить телу ускорения и деформировать его, то оба этих действия можно использовать для измерения силы и массы. Возникновение ускорения и деформации, например пружин, можно использовать для сравнения и измерения сил. Приборы для измерения сил называют динамометрами. Поскольку масса оказалась под знаком изменения D, то эта форма записи второго закона Ньютона является наиболее общей для определения движения ракет и других тел переменной массы, для частиц со скоростью движения, близкой к скорости света.

Произведение силы на время ее действия называют импульсом силы. Наиболее общая формулировка второго закона Ньютона : импульс силы равняется изменению импульса тела.