§ 36. ВТОРОЙ ЗАКОН НЬЮТОНА (продолжение)

Из второго закона Ньютона следует, и это важно понять, что действующие на тело силы определяют его ускорение, т. е. изменение скорости, а не саму скорость движения тела. Поэтому направление ускорения всегда совпадает с направлением действующей силы. Направление же скорости, а следовательно, и перемещения может и не совпадать с направлением действующей силы. Так, например, сила может быть все время направлена перпендикулярно скорости движения тела. В этом случае движение происходит по окружности, а ускорение, так же как и сила, направлено по радиусу, проведенному от движущегося тела к центру. Так двигалось тело под действием силы упругости в центробежной машине.

Если тело взаимодействует не с одним, а с несколькими телами, то на него действует не одна, а несколько сил, причем силы «не мешают» друг Другу сообщать телу, на которое они действуют, свое ускорение. Поэтому ускорение, которое сообщают телу все совместно действующие на него силы, будет такое же, какое сообщала бы ему одна сила, равная сумме всех этих сил. Так как сила — величина векторная, то под суммой всех сил надо понимать векторную сумму. Такая сумма называется равнодействующей всех приложенных к телу сил. И в формуле выражающей второй закон Ньютона, под нужно понимать равнодействующую всех сил, действующих на тело.

Приведем простой пример. На качелях, известных под названием «гигантские шаги», на человека действуют одновременно две силы (рис. 88): сила стороны Земли, направленная вниз, и сила стороны каната, направленная вдоль каната. Под действием двух сил «пассажир» движется по окружности вокруг столба, к которому прикреплен канат. Значит, ускорение направлено к центру окружности, а не вдоль силы или Из рисунка видно,

Рис. 88

Рис. 89

Рис. 90

что к центру окружности направлена и сила которая равна геометрической сумме сил «Пассажир», следовательно, движется так, как будто бы на него действуют не две силы: а всего одна — их равнодействующая

Векторная сумма сил, действующих на тело, может быть равна и нулю. Тогда ускорение тела тоже будет равно нулю, и тело будет либо покоиться, либо двигаться прямолинейно и равномерно. Этот случай мы и имели в виду, когда в § 28 говорили о компенсации действий нескольких чел на данное тело. В примере с подвешенным на шнуре шариком, который мы там рассматривали, компенсация состоит в том, что силы, с которыми на шарик действуют шнур и Земля, противоположны по направлению и равны по абсолютному значению поэтому их равнодействующая равна нулю (рис. 89).

На рисунке 90 показан случай, когда нулю равна равнодействующая, т. е. векторная сумма, не двух, а трех сил: действующих на тело (фонарь).

Пользуясь понятием силы, мы можем теперь дать другую формулировку первому закону Ньютона.

Существуют системы отсчета, относительно которых тело движется прямолинейно и равномерно или находится в покое, если равнодействующая всех сил, действующих на тело, равна нулю

Упражнение 21

1. Что такое сила?

2. Как направлено ускорение тела, вызванное действующей на него силой?

3. Может ли тело, на которое действуют силы, двигаться без ускорения? Находиться в покое?

4. Сформулируйте первый закон Ньютона, пользуясь понятием силы.

5. За много лет до Ньютона великий итальянский художник и ученый Леонардо да Винчи высказал следующее утверждение: «Если сила перемещает тело за данное время на определенное расстояние, то та же сила половину

(кликните для просмотра скана)

(кликните для просмотра скана)

кого тела переместит на такое же расстояние за вдвое меньшее время». Верно это утверждение или ложно?

6. Сформулируйте второй закон Ньютона.

7. Верно ли утверждение: скорость тела определяется действующей на него силой?

8. Верно ли утверждение: перемещение тела определяется действующей на него силой?

9. Верно ли утверждение: тело всегда движется туда, куда направлена действующая на него сила?

10. Тело массой кг движется с постоянным ускорением Найдите значение силы, сообщающей телу такое ускорение.

11. Если тело движется по окружности, то как направлена действующая на него сила? Может ли тело двигаться по окружности равномерно, если сумма сил, действующих на него, равна нулю?

12. Тело движется с некоторой постоянной скоростью. оно станет двигаться после того, как к нему будут приложены две одинаковые по абсолютному значению и противоположные по направлению силы?