Второй закон Ньютона
Когда равнодействующая сила толкает тело, оно ускоряется — разгоняется, тормозит или меняет направление. Чем больше сила, тем больше ускорение; чем массивнее тело, тем меньше ускорение.
Формула
F = m · a
- F — сила (N): равнодействующий толчок или тяга, действующие на тело
- m — масса (kg): сколько вещества в теле — его сопротивление ускорению
- a — ускорение (m/s²): как быстро меняется скорость тела каждую секунду
Решённый пример
Тележка 2 kg на полу без трения толкается постоянной силой 8 N. Как быстро она разгоняется?
- m = 2 kg
- F = 8 N
- a = F / m
- a = 8 N / 2 kg
a = 4 m/s²
Проверьте себя
Тот же толчок 8 N теперь действует на более тяжёлую тележку 4 kg. Каково её ускорение?
- 4 m/s²
- Правильный ответ: 2 m/s²
- 32 m/s²
Верно! Удвоение массы уполовинивает ускорение: 8 Н ÷ 4 кг = 2 м/с².
Чтобы дать исходной тележке 2 kg вдвое большее ускорение (8 m/s²), сила должна быть…
- Правильный ответ: 16 N
- 4 N
- 8 N
Точно — ускорение пропорционально силе: F = 2 кг × 8 м/с² = 16 Н.
Где вы это видите
Тележку для покупок легко толкать, когда она пуста, и сложно толкать, когда она загружена продуктами — одна и та же сила, меньше ускорения, потому что масса увеличилась. Двигатель автомобиля кажется слабее при буксировке прицепа по той же причине: чистая сила остаётся похожей, но общая масса намного больше.
Частые ошибки
Распространённое заблуждение состоит в том, что сила нужна для того, чтобы держать что-то движущимся с постоянной скоростью — сила нужна только для изменения скорости, и объект в движении с нулевой чистой силой продолжает двигаться с одной и той же скоростью вечно. Другое — рассматривать F = ma как «сила вызывает скорость» вместо «сила вызывает ускорение» — большая сила на большую массу может всё ещё производить крошечное ускорение.
Как это связано
Это строится непосредственно на свободном падении и движении снаряда, где гравитация уже ускоряла объекты — второй закон Ньютона объясняет это ускорение как F = ma, где F — вес объекта. Это приводит к сохранению импульса, которое на самом деле второй и третий законы Ньютона применены к двум объектам, одновременно толкающим друг друга.