החוק השני: כוח, מסה ותאוצה.

שלב 1 מתוך 6

כוח ותאוצה

החוק השני של ניוטון קושר את הכוח השקול על גוף, המסה שלו והתאוצה שלו:

$F = m a$⁠

ולכן $a = \dfrac{F}{m}$⁠: אותו כוח נותן לגוף קל תאוצה גדולה ולגוף כבד תאוצה קטנה. המסה היא מדד להתמדה: כמה קשה לשנות לגוף את המהירות. התאוצה היא בכיוון של הכוח השקול.

על המסילה אין חיכוך, ולכן הכוח השקול הוא הדחיפה של המאוורר. חשבו את התאוצה של העגלה, ואז בחרו פועל תחת הצגת הכוחות: החץ הירוק מראה את הכוח השקול ואת התאוצה שהוא נותן.

שלב 2 מתוך 6

פי שניים מסה

עכשיו המאוורר דוחף 0.8 N עגלה של 1 kg, והתאוצה היא 0.8 m/s². נעמיס על העגלה עוד 1 kg, והמאוורר ימשיך לדחוף באותו כוח. נבאו את התאוצה החדשה.

שלב 3 מתוך 6

הניוטון

החוק השני הוא גם ההגדרה של היחידה של כוח. ניוטון אחד הוא הכוח שנותן לגוף של 1 kg תאוצה של 1 m/s²:

$1\ \mathrm{N} = 1\ \mathrm{kg \cdot m/s^2}$$1\ \mathrm{N} =$$1\ \mathrm{kg \cdot m/s^2}$⁠

בדקו את היחידות של $F = m a$⁠: קילוגרם כפול מטר לשנייה בריבוע. אלה ניוטונים, כמו שצריך.

העגלה עמוסה עכשיו, והמסה שלה 2 kg. שנו את דחיפת המאוורר כך שהתאוצה תהיה בדיוק 0.25 m/s².

שלב 4 מתוך 6

כמה כוחות יחד

בחוק השני $F$⁠ הוא הכוח השקול: החיבור של כל הכוחות, עם הכיוונים שלהם. כשכוחות פועלים לאורך קו אחד, בוחרים כיוון חיובי, כאן קדימה, ומחברים עם סימנים, כמו העתקים על קו.

עכשיו הגלגלים של העגלה קצת קשים, והמסילה מעכבת אותה בחיכוך של 0.2 N אחורה. המאוורר דוחף 1 N קדימה, והמסה 2 kg. חשבו את התאוצה, ואז בדקו בהצגת הכוחות.

שלב 5 מתוך 6

מהירות אחרי שלוש שניות

כשהכוח השקול קבוע, גם התאוצה קבועה, וכל מה שלמדנו על תאוצה קבועה עובד: ממנוחה, $v = a t$⁠ ו־$x = \tfrac12 a t^2$⁠. כך החוק השני מחבר בין הכוחות לבין התנועה: מהכוחות מוצאים את התאוצה, ומהתאוצה את המהירות ואת המקום בכל רגע.

אותה עגלה, אותה דחיפה ואותו חיכוך. מה המהירות שלה שלוש שניות אחרי שהיא יוצאת לדרך, רגע לפני הקצה של המסילה?

שלב 6 מתוך 6

לסיכום

• החוק השני של ניוטון: $F = m a$⁠, כש־$F$⁠ הוא הכוח השקול. התאוצה היא בכיוון שלו.
• אותו כוח על פי שניים מסה נותן חצי תאוצה; פי שניים כוח על אותה מסה נותן פי שניים תאוצה.
• 1 N = 1 kg·m/s²: הכוח שנותן לקילוגרם תאוצה של 1 m/s².
• כוחות על קו אחד מחברים עם סימנים: כוח נגד הכיוון החיובי נכנס עם מינוס. מהכוח השקול מוצאים את התאוצה, וממנה את המהירות ואת המקום.