24
Физика 8, 9, 10
Публикуемая книга заметка «Как «открыть» второй закон Ньютона?» предназначена восемиклассиком, «Газ превращается в жидкость» — девятиклассиком, «Уравнение волны» — десятиклассиком.
Материалы подготовил И. К. Белкин.
Как «открыть» второй закон Ньютона?
Ньютон в своей знаменитом труде «Математические начала натуральной физиофии» определяет силу следующими словами:
«Приложенная сила есть действие, производимое над телом, чтобы изменить его состояние покоя или равномерного прямолинейного движения».
Другими словами, сила есть причина ускорения. Второй же закон движения Ньютон формулирует так:
«Изменение движения пропорционально приложенной движения силы и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует».
Слова «изменение движения», несомненно, означает изменение скорости движения, так как именно скорость — главная количественная характеристика движения, а направление вектора скорости и есть направление движения. Таким образом, второй закон Ньютона свойства к утверждению, что ускорение (которое непредставлено связано с изменением скорости) тела пропорционально приложенной кнему силу и направлено так же, как сила.
Но слово «пропорционально» предполагает, что сила может быть выражена численно. Между тем приведенное выше словесное определение силы не позволяет сопоставить силу как коэффициент число. Остается поэтому неясным, как именно Ньютон «узнал», что ускорение и сила связаны между собой так, как это утверждается в его законе. Но ясно, что второй закон Ньютона — это такой закон, который может быть получен только из опыта. Какого опыта? К сожалению, Ньютон не счел нужным сообщить об этом в своей книге. Но нетрудно себе представить, каким должен быть такой опыта.
Прежде всего для опыта нужно воспользоваться такой силой, которая не зависит от того, к какому телу она приложена. Этому условию удовлетворяет, например, сила ургостирания (сжатой) приходы. Она пределяется только удлинием приложны, и при данном удлиниении приложна действует на любое прикрепленное к ней тело с одинаковой силой.
Если для опыта использовать силу ургостирирования, то связи между силой и ускорением можно установить двумя способами.
Способ первый. Сила ургостирирования образом растянутой (сжатой) приложены принимается равной единице (эталон силы). К приложение прикрепляется какое-нибудь тело и изменяется ускорение тела при его движении под действием силы (разумается, при движении тела удлинием приложны изменяется не должно!). Затем к этому же телу, то есть к телу той же массы, прикрепляется 2, 3, 4 и т. д. такие же и так же растянутые (сжатые) приложены и снова изменяется ускорения, сообщаемые тела силами, равными теперь двум, trem, четырем и т. д. единицам.
При всех этих изменениях масса тела остается одной и той же. Поэтому должны быть какая-то величины, связанная с силой и ускорением, то же одинаковая во всех опытах. Ее и следует приравнять массela. Такой опит показал бы, что одинаковой при любых действиях силах величины было бы относение , так что можно написать
или
Этот способ требует предварительного выбора этаона силы. Тогда изменение ускорения позволяет определить массу тела, выражать ее определенным числом.
Способ второй. Берете приложение, деформированная произвольным образом, так что возникнет какая-то сила ургостирирования, пока не изменяется. К приложению