Законы Ньютона

Три закона, на которых стоит вся классическая механика.

Второй закон Ньютона: ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей силе и обратно пропорционально массе тела.

Кинематика описывает движение, но не объясняет его причины. Динамика отвечает на вопрос «почему тело движется именно так». Фундамент динамики — три закона, сформулированные Исааком Ньютоном.

Первый закон (инерции)

Существуют системы отсчёта, в которых тело сохраняет покой или равномерное прямолинейное движение, если на него не действуют силы (или они скомпенсированы). Это объясняет, почему пассажира бросает вперёд при резком торможении: тело «хочет» сохранить скорость.

Второй закон

Главная формула механики:

$$ \vec{F} = m \vec{a} $$

Если на тело действует несколько сил, в формулу подставляют их равнодействующую (векторную сумму). Единица силы — ньютон: $1\,Н = 1\,кг \cdot м/с^2$.

Третий закон

Силы возникают парами: если тело A действует на тело B с силой $\vec{F}$, то тело B действует на A с силой $-\vec{F}$ — равной по модулю и противоположной по направлению.

Как решать задачи

Задача: «На тело массой 4 кг действуют две силы вдоль одной прямой: 30 Н вправо и 10 Н влево. Найдите ускорение».

m = 4.0
F = 30.0 - 10.0  # равнодействующая
a = F / m
print("Равнодействующая:", F, "Н")
print("Ускорение:", a, "м/с^2")

Вывод:

Равнодействующая: 20.0 Н
Ускорение: 5.0 м/с^2

Частые ошибки

Подставлять одну из сил вместо равнодействующей.
Считать, что силы из третьего закона компенсируют друг друга — они приложены к разным телам.
Забывать, что $F = ma$ — векторное равенство, направление ускорения совпадает с равнодействующей.

Итоги

Без силы тело движется равномерно (1-й закон).
$F = ma$ — связь силы, массы и ускорения (2-й закон).
Силы возникают парами и приложены к разным телам (3-й закон).