Эрик Роджерс - Физика для любознательных. Том 1. Материя. Движение. Сила

Поэтому, применяя соотношение F= M∙ aк грузу и подставляя то же самое ускорение 1,96 м/сек 2, получаем

19,6 — Т = (2 кг) (1,96 м/сек 2), Т = 19,6–3,92 = 15,68 ньютон,

т. е. точно тот же результат, что и раньше.

Фиг. 183. Выделенный груз.

Таким образом, из 19,6 ньютон земного притяжения, действующего на груз, 3,92 ньютон идут на ускорение движения самого груза, а 15,68 ньютон передаются нитью и сообщают ускорение тележке.

Если тот факт, что натяжение нити не равно весу груза, вызывает недоумение, проделайте следующий мысленный эксперимент:

1) Положите груз 2 кг на ладонь. Какую силу вы ощущаете, держа груз неподвижно?

2) Опускайте руку с ускорением, направленным вниз и чуть большим g (фиг. 184). Какую силу вы ощущаете? С какой силой вы действуете на груз? Какое воздействие оказывает на груз приложенная к нему сила притяжения Земли?

Фиг. 184. Как почувствовать малую долю веса.

3) Опускайте руку с ускорением, направленным вниз и близким к 1/ 2 g .

Какое воздействие теперь оказывает на груз приложенная к нему сила земного притяжения? Какую силу вы ощущаете теперь? (Это, разумеется, повторение приведенного выше рассмотрения в более простой форме, но если начать с предельного случая ускорения g , то легче понять результат рассуждений.)

4) Повторите первое и второе рассуждения для случая, когда в руке держат веревку, к которой подвешен груз 2 кг.

Задача 11. Потеря натяжения

а) Грузы массой, 2 и 1 кг подвешена к концам бечевки, перекинутой через легкий блок, в котором отсутствует трение (фиг. 185). Если задержать блок и одновременно прижать к нему бечевку, чтобы не было никакого движения, то натяжение бечевки слева будет 9,8 ньютон (или 1 кГ), а справа 19,6 ньютон. Если отпустить бечевку и блок, то грузи начнут двигаться с ускорением.

Фиг. 185.

1) Каким образом совершает ускоренное движение правый груз массой 2 кг?

Будет ли натяжение бечевки, к которой он подвешен, таким же, как и раньше? Большим, меньшим? Почему?

2) Будет ли натяжение бечевки, к которой подвешен груз массой 1 кг, таким же, как раньше? Большим, меньшим? Почему?

3) Предположим, что трение в блоке отсутствует и масса блока равна нулю.

Как вы, думаете, какое соотношение должно в этом случае существовать между натяжениями бечевки по обеим сторонам блока, если предоставить системе возможность свободно двигаться?

б) Вычислите ускорение и натяжение нити в схеме, изображенной на фиг. 186. Трением можно пренебречь.

Фиг. 186.

в) Вычислите ускорение и натяжение нити в схеме, изображенной на фиг. 187. Трением можно пренебречь.

Фиг. 187.

Ньютоновы законы движения

Представления, которые мы здесь развивали, сформулированы Ньютоном в его законах движения. В современной редакции они выглядят следующим образом:

ПЕРВЫЙ ЗАКОН.

Всякое тело, будучи предоставлено самому себе (при отсутствии внешних сил), сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения .

ВТОРОЙ ЗАКОН.

Действующая на тело внешняя сила равна произведению массы тела на его ускорение . (Позже мы увидим, что первоначальный вариант Ньютона, в котором второй закон формулируется через количество движения, лучше.)

ТРЕТИЙ ЗАКОН.

Действие равно противодействию . (Это утверждение будет рассмотрено в гл. 8 .)

Даже после демонстрационных опытов и всех этих рассуждений формулировки первого и второго законов Ньютона могут показаться странными и нереальными. Дело в том, что опущено слово «результирующая». Под внешней силой следует понимать результирующую силу. Первый и второй законы Ньютона приобретают истинный смысл, если в них ввести слово «результирующая». Тогда эти законы формулируются следующим образом:

Если на тело не действует никакая результирующая сила, оно сохраняет свое состояние движения, и