Другий закон Ньютона. Сила

Другий закон Ньютона встановлює зв'язок між взаємодією тіл і зміною їхнього поступального руху. Для кількісної характеристики взаємодій у механіку введено поняття сили. При вільному русі матеріальної точки в інерціальній системі відліку її імпульс залишається сталим. Якщо ж матеріальна точка взаємодіє з навколишніми тілами, то її імпульс змінюється з часом. Узагальнення численних дослідних фактів підтверджує, що зміна швидкості або імпульсу тіла тим більша, чим інтенсивніша його взаємодія з навколишніми тілами. Тому, вважаючи тіло матеріальною точкою, логічно за кількісну міру взаємодії матеріальної точки з навколишніми тілами прийняти зміну її імпульсу за одиницю часу, точніше похідну від вектора імпульсу за часом. Цю похідну називають силою, яка діє на дану матеріальну точку.

Таке означення сили характеризує тільки один бік взаємодії матеріальної точки з навколишніми тілами, а саме "поведінку" матеріальної точки під дією навколишніх тіл, яка проявляється в зміні імпульсу точки. З другого боку, вивчаючи цю взаємодію, силу можна виразити через величини, які характеризують механічний стан матеріальної точки (координати і швидкість) і механічний стан та властивості навколишніх тіл. Зокрема, вивченням фізичних явищ, які лежать в основі взаємодії між матеріальними точками, встановлено, що сили взаємодії між ними залежать від відстаней між матеріальними точками та від їхніх властивостей. В інших випадках сила взаємодії залежить від властивостей тіла і його швидкості відносно навколишніх тіл. Функціональну залежність сили від стану матеріальної точки і стану та властивостей навколишніх тіл називають законом взаємодії з навколишніми тілами.

В інерціальній системі відліку похідна від імпульсу p матеріальної точки за часом описується рівнянням (2.7) або для повільних рухів, при яких масу можна вважати сталою (не залежною від швидкості), (2.8) (2.9)

Тут через позначено силу, яка діє на матеріальну точку масою т, як функцію стану точки і стану та властивостей навколишніх тіл.

В інерціальній системі відліку похідна від імпульсу матеріальної точки за часом дорівнює силі, що діє на цю точку. Це положення називається другим законом Ньютона (основним законом динаміки), а відповідні йому рівняння (2.7) – (2.9) – рівняннями руху матеріальної точки (поступального руху тіла).