Fizyka dla liceum/II zasada dynamiki

Z Wikibooks, biblioteki wolnych podręczników.

Spis treści

[edytuj] II zasada dynamiki

[edytuj] Wprowadzenie - siła

Do zrobienia Do zrobienia:
Rozwinąć o sile

Siła

  • siła jest miarą wzajemnego oddziaływania ciał
  • skutkiem działania siły może być odkształcenie lub przyspieszenie ciała
  • siłę można zmierzyć np. przy użyciu siłomierza
  • siła jest wektorem
  • jeśli na jakieś ciało działa kilka sił, znajdujemy wypadkową tych sił i ją rozpatrujemy. Czasem siłę będziemy rozkładać na składowe - podobnie jak z innymi wielkościami wektorowymi (np. prędkością)
  • powszechnie możemy obserwować występowanie siły ciężkości
  • aby zaistniała siła, potrzebne są dwa ciała oraz oddziaływanie między nimi


[edytuj] II zasada dynamiki

Newton spostrzegł, że do zmiany prędkości ciała niezbędne jest działanie siły. Dzieje się tak, ponieważ siła działająca na ciało nadaje mu przyspieszenie.

II zasada dynamiki - jeśli na ciało działa stała, niezrównoważona siła, to ciało poruszać się będzie ruchem jednostajnie przyspieszonym. Można określić zależność siły od masy i przyspieszenia - ilość potrzebnej siły jest proporcjonalna zarówno do masy ciała, jak i do uzyskanego przez nie przyspieszenia.

II zasada dynamiki wyraża się za pomocą wzoru:  \vec F=m \vec a,   tak więc siła F działająca na ciało o masie m nadaje mu przyspieszenie a, przy czym zależność między nimi wynika ze wzoru. Kierunki i zwroty siły oraz przyspieszenia są zgodne.

Wykonajmy obliczenia na jednostkach: mnożąc masę przez przyspieszenie, otrzymujemy \left[kg\cdot \frac{m}{s^2}\right].  Jednostka ta nazywa się niutonem, w skrócie N.


Wzór na siłę wraz z jednostką:   F = ma \quad [\mbox{N}] = [\tfrac{kg\cdot m}{s^2}]

Łatwiej zauważyć znaczenie II zasady dynamiki, jeśli wzór przekształcimy do postaci:

a = \frac{F}{m}

Możemy stąd odczytać, że jeśli na ciało działa siła, to ciało uzyska pewne przyspieszenie - co wpłynie na jego ruch oraz prędkość. Im większa będzie masa ciała, tym mniejsza będzie wartość uzyskanego przyspieszenia.

Przykład

Z jaką siłą mogą działać ludzkie mięśnie? Na przykład, jak dużej siły potrzeba, aby utrzymać w ręku szklankę wody (która jest przyciągana przez Ziemię), jeżeli ma ona masę 200g, a przyciąganie ziemskie wynosi ok. g = 10 m/s2?

Siła naszych mięśni jest potrzebna, aby zapobiec spadnięciu szklanki. Dlaczego miałaby upaść? Ponieważ działa na nią siła grawitacji. Tak więc, siła naszych mięśni równoważy przyciąganie szklanki przez 'siłę grawitacji' - nazywaną siłą ciężkości. Gdybyśmy puścili szklankę, siła ciężkości przestałaby być równoważona, nadając szklance przyspieszenie - a szklanka z przyspieszeniem zaczyna spadać.

Możemy obliczyć wartość siły ciężkości ze wzoru F=am, gdzie przyspieszeniem będzie g - przyspieszenie ziemskie.

siła ciężkości   F_c = g\cdot m = 10\cdot 0,2 = 2 \; \mbox{N}

Aby szklanka nie poruszała się, siły działające na nią muszą się równoważyć. Rolę siły równoważącej pełni siła mięśni - działa ona w przeciwnym kierunku niż siła ciężkości, z tą samą wartością 2 niutonów.

[edytuj] Zadania

Spis treści
Źródło „http://pl.wikibooks.org/wiki/Fizyka_dla_liceum/II_zasada_dynamiki”