この記事では、力学の基本原理とも呼ばれるニュートンの第 2 法則が何を確立するのかを説明します。ニュートンの第 2 法則の公式といくつかの例がわかります。そして最後に、ニュートンの第 2 法則を段階的に解決した演習を行うことができます。
ニュートンの第二法則とは何ですか?
力学の基本原理とも呼ばれるニュートンの第 2 法則の記述では、次のように述べられています。
物体の加速度は、その物体に加えられる力に正比例します。さらに、加えられた力の作用線で体の速度の変化が発生します。
つまり、物体またはシステムに加えられる正味の力が大きいほど、より大きな加速度が得られ、したがってより速く動きます。
この仮定は論理的です。なぜなら、私たちがボールを非常に強く投げると、ボールに大きな加速度が伝わり、それがボールの速度が速くなる理由だからです。一方、同じボールを投げても、力が非常に小さい場合、ボールは加速度が非常に小さいため、実質的に動きません。
明らかに、ニュートンの第 2 法則は、最初に定式化した物理学者アイザック ニュートンにちなんで名付けられました。
合計で 3 つのニュートンの法則があることに注意してください。
- ニュートンの第一法則または慣性原理。
- ニュートンの第二法則または力学の基本原理。
- ニュートンの第三法則または作用反作用原理。
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ニュートンの第二法則の公式
ニュートンの第 2 法則の公式は、物体に加えられる力は、その物体が獲得する加速度に直接比例すると述べています。体の質量であり、加速度を加えられた力に関連付ける比例定数です。
したがって、ニュートンの第 2 法則の代数表現は次のようになります。
金：
-
物体またはシステムに作用する総力です。国際システムにおける力の測定単位はニュートン (N) です。
-
は物体またはシステムの質量で、国際システムでの測定単位はキログラム (kg) です。
-
身体またはシステムによって取得される加速度であり、国際システムではメートル/平方秒 (m/s 2 ) で測定されます。
ニュートンの第 2 法則の方程式が満たされるためには、国際システム内のすべての数値が表現されなければならないことに留意してください。
通常、物理学におけるニュートンの第 2 法則の問題を解くには、上記の公式が使用されます。ただし、この式は、時間の経過に伴う運動量 (または線形運動量) の変化として数学的に表現することもできます。
前の式が理解できなくても、導関数について知る必要があり、通常は上級数学のクラスで教えられるため、心配する必要はありません。重要なことは、ニュートンの第 2 法則 (または力学の基本原理) の概念をしっかりと理解し、最初の公式を覚えておくことです。
ニュートンの第二法則の例
力学の基本原理または力学の基本法則としても知られるニュートンの第 2 法則の定義がわかったので、その意味をよりよく理解するためにこの規則のいくつかの例を見てみましょう。
- 静止している物体を動かすために加えなければならない力は、その質量に依存します。質量が大きいほど、加速度を物体に伝えるためにより多くの力を加える必要があります。たとえば、ソファを動かすには、本を動かすよりもはるかに大きな力を加える必要があります (どちらも同じ加速度で)。
- ニュートンの第 2 法則のもう 1 つの例は、物体はそれに加えられる力に応じて多かれ少なかれ移動するということです。ボールを打つとき、指でボールを動かそうとするよりも、ボールを打ったほうが加速度が大きくなります。
ニュートンの第 2 法則の演習を解いた
演習 1
25 kg の物体に 145 N の力が加わった場合、この物体はどのような加速度を得ますか?
この問題を解決するには、次のニュートンの第 2 法則の公式を使用する必要があります。
次の式から加速度を解きます。
力と質量は国際単位系で表されるため、データを式に代入して加速度を計算するだけです。
演習 2
体重 11 kg の体が静止状態からスタートすると、4 秒で 9 m/s の速度を獲得しました。どのくらいの力が加えられますか?
この場合、物体の線形加速度はわかりませんが、初速度、最終速度、経過時間はわかります。したがって、加速度は次のように計算できます。
このようにして、力学の基本原理からの公式を使用して、加えられる力の大きさを求めることができます。
演習 3
機械を使って40kgの本体に700Nの力をかけて動かします。物体と地面との摩擦力の値が450N一定の場合、物体に力が加わったときの加速度はいくらになるでしょうか。
摩擦力は物体の動きに反するため、最初に物体にかかる正味の力を計算する必要があります。
次に、ニュートンの第 2 法則の数式を使用します。
加速度を解きます。
そして、力と質量の値を式に代入して、物体の加速度を求めます。
