2.2. Сила. Второй закон Ньютона (основной закон динамики). Принцип независимости действия сил. Сила как производная импульса по времени. Третий закон Ньютона.

В физике, чтобы описать взаимодействие, вводят понятие силы.

Под действием силы тела либо изменяют скорость (динамическое проявле­ние силы), либо форму и размеры (статическое проявление силы).

В любой момент времени сила характеризуется:

а) числовым значением;

б) направлением в пространстве;

в) точкой приложения.

Сила ( )- это векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого тело получает ускорение или изменяет свою форму и размеры.

Прямая, вдоль которой действует , - это линия действия силы.

Основным законом динамики для поступательного движения является второй закон Ньютона. Он отвечает на вопрос: "Каким будет движение материальной точки (или тела) под действием приложенных к ней сил?".

Опыт показывает, что, если на тело действовать различными по величине силами, то ускорение, приобретаемое телом будет прямо пропорционально действующей силе, т.е

при m=const, .

Ели на разные тела воздействовать с одной и той же силой то, ускорения тел будут обратно пропорциональны их массам, т.е.

при =const, .

Таким образом, обобщая опытные факты, можно записать:

. (2.2.1)

Соотношение (2.2.1) является математической записью второго закона Ньютона:

Ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), прямо пропорционально вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки (тела).

В системе СИ коэффициент пропорциональности k=1.

С учетом этого, используя выражение (2.2.1), можно записать:

.

Таким образом, мы получили более общую формулировку второго закона Ньютона:

Скорость изменения импульса материальной точки равна действующей на нее силе.

(2.2.2)

Единица силы в системе СИ - ньютон (Н): 1 Н - сила, которая единице массы сообщает ускорение равное единице. (1 Н = 1 кг м/с² .)

Большое значение в механике имеет принцип независимости действия сил:

Если на материальную точку одновременно действуют несколько сил, то любая из них сообщает ему ускорение, как будто других сил не было.

Если на материальную точку действует одновременно несколько сил, то под силой во втором законе Ньютона понимают результирующую силу.

Результирующей называют силу, равную геометрической сумме всех сил, приложенных к данной материальной точке (телу): .

Взаимодействие между материальными точками (телами) определяется третьим законом Ньютона:

Всякое действие материальных точек (тел) друг на друга носит характер взаимодействия; силы, с которыми действуют друг на друга материальные точки, всегда равны по модулю, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки:

, (2.2.3)

где - сила, действующая на первую материальную точку со стороны второй; сила, действующая на вторую материальную точку со стороны первой. Эти силы приложены к разным материальным точкам (телам), всегда действуют парами и являются силами одной природы.

При использовании законов динамики иногда допускают следующую ошибку: так как действующая сила всегда вызывает равную по модулю и противоположную по направлению силу противодействия, то следовательно, их равнодействующая должна быть равна нулю и тела вообще не могут приобрести ускорения. Однако надо помнить, что во втором законе Ньютона речь идет об ускорении, приобретаемом телом под действием приложенных к нему сил. Равенство нулю ускорения означает равенство нулю равнодействующей сил, приложенных к одному и тому же телу. Третий же закон Ньютона говорит о равенстве сил, приложенных к различным телам. На каждое из двух взаимодействующих тел действует только одна сила, которая и сообщает данному телу ускорение.

Третий закон Ньютона позволяет осуществить переход от динамики отдельной материальной точки к динамике системы материальных точек. Это следует из того, что и для системы материальных точек взаимодействие сводится к силам парного взаимодействия между материальными точками.