Теоретические сведения. При движении тела любая его точка описывает в пространстве линию, называемую траекторией

 

При движении тела любая его точка описывает в пространстве линию, называемую траекторией. Если траектории всех точек тела представляют прямую, то движение называется прямолинейным. Если модуль (величина) скорости тела с течением времени увеличивается или уменьшается, то движение называется, соответственно, ускоренным или замедленным. Всякое ускорение есть результат действия силы на движущееся тело со стороны других тел.

Основной закон динамики поступательного движения (второй закон Ньютона для случая неизменной массы) в векторном виде выражается следующим соотношением

,

где – ускорение, приобретаемое телом под действием силы; – масса движущегося тела; – вектор результирующей всех внешних сил, действующих на тело. Вектор результирующей силы определяется как геометрическая сумма векторов отдельных внешних сил, действующих на тело:

.

Законы Ньютона экспериментально достаточно точно проверить нельзя, так как трудно учесть действие всех сил. Однако следствия, вытекающие из этих законов, проверить можно. Установив проверкой правильность следствия, можно утверждать справедливость законов Ньютона.

Если величины результирующих сил, действующих на одно и то же тело различны, то ускорения, приобретаемые телами под действием этих сил, также будут разными. Вследствие этого отношения величин равнодействующей силы к вызываемым их ускорениям соответственно равны

. (1)

Данное выражение является следствием II закона Ньютона.

Выполнение соотношение (1) можно экспериментально проверить.

Рассмотрим движение двух грузов, подвешенных на нити, которая перекинута через неподвижный блок (рис. 1).

Совместим начало системы координат с осью блока и направим ось вертикально вниз. Обозначим массы грузов m, а массы левого и правого перегрузов – соответственно через m ₁ и m ₂. Предположим, что блок и нить невесомы, нить нерастяжима, сила трения мала.

 

Рис. 1

Пусть в первом случае масса перегруза m 1 находится на левой стороне машины Атвуда, а масса перегруза m 2 – на правой. Тогда равнодействующая сила, обусловливающая движение грузов и перегрузов, при этом будет равна разности сил тяжести правого и левого перегрузов . Если убрать перегруз m 1 с левой стороны и переложить его на перегруз справа, то замкнутость системы не нарушится (масса движущейся системы не меняется), но ускорение движения системы увеличится. Равнодействующая сила в этом случае будет равна сумме сил тяжести правого и левого перегрузов .

Тогда отношение сил определяет выражение

. (2)

Так как равнодействующие силы и в обоих случаях отличны от нуля, движение системы равноускоренное. Учтем, что в каждом из этих случаев система грузов проходит равные пути и имеет каждый раз нулевую начальную скорость. Используя формулу пути равноускоренного движения с нулевой начальной скоростью

,

получим, что отношение ускорений равно обратному отношению квадратов соответствующих времен:

. (3)

Таким образом, сравнением величин отношения сил () и отношения ускорений (), возможно экспериментально исследовать справедливость выполнения следствия (1), полученного из закона Ньютона.