ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКАФизика · 9 класс · § 17
Увидеть. Изменить. Понять.

§ 17. Второй закон Ньютона — основной закон динамики

Как по схеме сил найти ускорение и почему оно не обязано совпадать со скоростью?

Объясняющая модельСхемы и примеры10 вопросов с разбором
Главный вопрос

Как по схеме сил найти ускорение и почему оно не обязано совпадать со скоростью?

Наблюдаем и объясняем

Две силы и одна результирующая

Меняй противоположные силы и массу. Красная стрелка показывает результирующую; ускорение вычисляется ниже.

Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.

10 Н
4 Н
3 кг

Горизонтальные силы; вертикальные компенсированы. Результирующая показана отдельно и не добавляется повторно к исходным силам.

01

Результирующая: сначала сложить силы

В инерциальной системе для тела постоянной массы F⃗рез = ma⃗. Здесь F⃗рез — векторная сумма всех внешних сил, приложенных к телу. Подставлять одну из сил вместо суммы можно только тогда, когда остальные отсутствуют или компенсируются.

На горизонтальной поверхности вертикальные силы могут уравновеситься, а горизонтальные — нет. Например, тяга 10 Н вправо и сопротивление 4 Н влево дают результирующую +6 Н. Для массы 3 кг ускорение равно +2 м/с².

Схема сил

Все внешние силы на одном теле

Векторная сумма

Найти F⃗рез

Ускорение

a⃗ = F⃗рез/m

Ускорение определяется результирующей сил, а не любой отдельной силой.

Тяга увеличилась. Обязательно ли выросло ускорение?

Нужно проверить сопротивление и другие силы. Ускорение связано с их суммой, а не только с тягой.

02

Направление: сила задаёт ускорение

Ускорение направлено по результирующей. Скорость может быть направлена иначе. Если тело движется вправо, а результирующая влево, оно сначала замедляется. При неизменных силах после остановки оно начнёт разгоняться влево.

При круговом движении результирующая может быть перпендикулярна скорости и менять её направление. Поэтому правило «сила всегда направлена по движению» неверно. Направление скорости описывает состояние сейчас, сила — изменение этого состояния.

Направление: сила задаёт ускорение: сравнение
Направления v⃗ и F⃗резРезультат
СовпадаютМодуль скорости растёт
ПротивоположныМодуль уменьшается до остановки
ПерпендикулярныМеняется направление скорости

Результирующая направлена по ускорению, но не обязательно по скорости.

Может ли тело двигаться в сторону, противоположную силе?

Да. Брошенный вверх мяч движется вверх, а сила тяжести и ускорение направлены вниз.

Трактор во время вспашки

Ускорение машины определяется результирующей тяги и сопротивления, а не одной силой тяги.

Kenneth Allen · CC BY-SA 2.0 · Источник. Без изменений.

Пружинный прибор для измерения силы

Показание динамометра выражается в ньютонах. Для расчёта ускорения силу делят на массу в килограммах.

Briain · Public domain · Источник. Без изменений.

03

Единицы: что означает ньютон

Сила 1 Н сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с²: 1 Н = 1 кг·м/с². При той же массе удвоение результирующей удваивает ускорение; при той же силе удвоение массы уменьшает ускорение вдвое.

В проекциях Fₓ = maₓ и Fᵧ = maᵧ. Например, при Fₓ = −8 Н и m = 2 кг aₓ = −4 м/с². Модуль ускорения 4 м/с², а минус у проекции задаёт направление.

Закон

F⃗рез = ma⃗

Проекция

aₓ = Fₓ/m

Единица

1 Н = 1 кг·м/с²

При данной силе ускорение обратно пропорционально массе.

Почему масса в знаменателе должна быть в килограммах?

Именно килограмм входит в определение ньютона. Подстановка граммов без перевода меняет численный результат в тысячу раз.

04

Алгоритм: границы применения

Выдели тело, выбери инерциальную систему, нарисуй силы, задай оси и запиши проекции закона. Затем добавь условия, например отсутствие вертикального ускорения. Для протяжённого тела сумма внешних сил определяет ускорение центра масс; вращение требует отдельного уравнения.

В модели две горизонтальные силы показаны разными стрелками, результирующая — третьей строкой. Она не является ещё одной дополнительной силой. Масса постоянна, трение задаётся внешней стрелкой, деформация и вращение не рассчитываются.

Тело и ИСО

Определить объект и систему

Силы и оси

Расставить направления и знаки

Уравнения

Записать сумму сил по каждой оси

Вектор результирующей нельзя повторно прибавлять к исходным силам.

Почему одного F = ma мало для описания вращения?

Одинаковая сумма сил может действовать в разных точках тела и создавать разные моменты. Закон для центра масс не определяет поворот целиком.

Соберём главное

Шесть выводов

01Ускорение определяется результирующей сил, а не любой отдельной силой.
02Результирующая направлена по ускорению, но не обязательно по скорости.
03При данной силе ускорение обратно пропорционально массе.
04Вектор результирующей нельзя повторно прибавлять к исходным силам.
05Второй закон в обычной форме применяют в инерциальных системах.
06Для тела нулевая результирующая согласуется с первым законом Ньютона.
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе

Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.

1. Второй закон Ньютона для постоянной массы…
2. Ускорение направлено…
3. Силы 10 Н вправо и 4 Н влево дают…
4. При результирующей 6 Н и массе 3 кг ускорение…
5. Один ньютон равен…
6. При удвоении F и неизменной m ускорение…
7. При ΣF = 0 ускорение…
8. Если сила направлена против скорости, то сначала тело…
9. Силы, входящие в уравнение одного тела, должны…
10. Для протяжённого тела сумма внешних сил определяет ускорение…

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Физика, 9 класс», § 17. Тема и содержание сверены с файлом «9 класс. Физика — § 17. основной закон динамики.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.

Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Размеры и цвета учебных схем условны; ограничения каждой модели указаны рядом.

↑

Загрузка прогресса…