Hukum kedua Newton mungkin yang paling terkenal dari tiga hukum mekanika klasik yang dipostulasikan oleh seorang ilmuwan Inggris pada pertengahan abad ke-17. Memang, ketika memecahkan masalah dalam fisika untuk gerakan dan keseimbangan benda, semua orang tahu apa yang dimaksud dengan produk massa dan percepatan. Mari kita lihat lebih dekat ciri-ciri undang-undang ini dalam artikel ini.
Tempat hukum kedua Newton dalam mekanika klasik
Mekanika klasik didasarkan pada tiga pilar - tiga hukum Isaac Newton. Yang pertama menggambarkan perilaku tubuh jika kekuatan eksternal tidak bekerja padanya, yang kedua menggambarkan perilaku ini ketika kekuatan tersebut muncul, dan akhirnya, hukum ketiga adalah hukum interaksi tubuh. Hukum kedua menempati tempat sentral untuk alasan yang baik, karena menghubungkan postulat pertama dan ketiga menjadi teori tunggal dan harmonis - mekanika klasik.
Fitur penting lainnya dari hukum kedua adalah ia menawarkanalat matematika untuk mengukur interaksi adalah produk massa dan percepatan. Hukum pertama dan ketiga menggunakan hukum kedua untuk memperoleh informasi kuantitatif tentang proses gaya.
Impuls kekuatan
Selanjutnya dalam artikel ini, rumus hukum kedua Newton, yang muncul di semua buku teks fisika modern, akan disajikan. Meski demikian, awalnya pencipta formula ini sendiri memberikannya dalam bentuk yang sedikit berbeda.
Saat mendalilkan hukum kedua, Newton mulai dari yang pertama. Hal ini dapat ditulis secara matematis dalam hal jumlah momentum p¯. Sama dengan:
p¯=mv¯.
Jumlah gerak adalah besaran vektor, yang berkaitan dengan sifat inersia benda. Yang terakhir ditentukan oleh massa m, yang dalam rumus di atas adalah koefisien yang menghubungkan kecepatan v¯ dan momentum p¯. Perhatikan bahwa dua karakteristik terakhir adalah besaran vektor. Mereka menunjuk ke arah yang sama.
Apa yang akan terjadi jika beberapa gaya luar F¯ mulai bekerja pada benda dengan momentum p¯? Itu benar, momentum akan berubah dengan jumlah dp¯. Apalagi nilai ini akan semakin besar nilai absolutnya, semakin lama gaya F¯ bekerja pada benda. Fakta yang ditetapkan secara eksperimental ini memungkinkan kita untuk menulis persamaan berikut:
F¯dt=dp¯.
Rumus ini adalah hukum ke-2 Newton, yang disajikan oleh ilmuwan itu sendiri dalam karyanya. Kesimpulan penting berikut darinya: vektorperubahan momentum selalu searah dengan vektor gaya yang menyebabkan perubahan tersebut. Dalam ekspresi ini, sisi kiri disebut impuls gaya. Nama ini telah menyebabkan fakta bahwa jumlah momentum itu sendiri sering disebut momentum.
Gaya, massa, dan percepatan
Sekarang kita mendapatkan rumus yang diterima secara umum dari hukum mekanika klasik yang dipertimbangkan. Untuk melakukannya, kita substitusikan nilai dp¯ ke dalam ekspresi di paragraf sebelumnya dan bagi kedua ruas persamaan dengan waktu dt. Kami memiliki:
F¯dt=mdv¯=>
F¯=mdv¯/dt.
Turunan waktu dari kecepatan adalah percepatan linier a¯. Oleh karena itu, persamaan terakhir dapat ditulis ulang sebagai:
F¯=ma¯.
Jadi, gaya luar F¯ yang bekerja pada benda yang dipertimbangkan mengarah ke percepatan linier a¯. Dalam hal ini, vektor-vektor besaran fisika ini diarahkan dalam satu arah. Persamaan ini dapat dibaca secara terbalik: massa per percepatan sama dengan gaya yang bekerja pada benda.
Pemecahan Masalah
Mari kita tunjukkan pada contoh masalah fisik bagaimana menggunakan hukum yang dipertimbangkan.
Jatuh, batu meningkatkan kecepatannya sebesar 1,62 m/s setiap detik. Diperlukan untuk menentukan gaya yang bekerja pada batu jika massanya 0,3 kg.
Menurut definisi, percepatan adalah laju perubahan kecepatan. Dalam hal ini, modulusnya adalah:
a=v/t=1,62/1=1,62 m/s2.
Karena hasil kali massa denganpercepatan akan memberi kita gaya yang diinginkan, maka kita mendapatkan:
F=ma=0,31,62=0,486 N.
Perhatikan bahwa semua benda yang jatuh di Bulan dekat permukaannya memiliki percepatan yang dipertimbangkan. Ini berarti gaya yang kami temukan sesuai dengan gaya gravitasi bulan.
