החוק השני של ניוטון

חוק התנועה השני של ניוטון F = ma

חוק התנועה הראשון של ניוטון אומר לנו שגוף לא ישנה את תנועתו אלא אם יפעל עליו כוח. אבל מה קורה כשמפעילים כוח? כאן נכנס החוק השני של ניוטון!

כוח, מסה ותאוצה

החוק השני של ניוטון קובע שהכוח הפועל על גוף שווה למסה של הגוף כפול תאוצתו,כ כ F = ma.

כוח

כוח הוא פשוט דחיפה או משיכה. לדוגמה, כאשר אתם בועטים בכדור, אתם מפעילים עליו כוח. ככל שאתם בועטים חזק יותר בכדור, אתם מפעילים עליו יותר כוח.

מסה

מסה היא כמות החומר שממנו מורכב גוף. לנוצה יש מסה קטנה, בעוד שלכדור באולינג יש מסה גדולה.

תאוצה

תאוצה היא הקצב שבו משתנה המהירות של גוף (מהירותו וכיוונו). אם אתם נוהגים במכונית ואתם לוחצים דוושת הדלק, אתם תגרמו למכונית להאיץ. מהירות המכונית עולה, ולכן מהירותה משתנה.

הקשר בין כוח, מסה ותאוצה

אז איך שלושת המושגים האלה משתלבים זה בזה? החוק השני של ניוטון אומר לנו שהכוח הפועל על גוף שווה למסה של הגוף כפול התאוצה שלו (F=ma). זה אומר שאם נפעיל כוח על גוף, הוא יאיץ רק אם יש לו מסה שאינה אפס. ככל שהמסה של הגוף גדולה יותר, כך נצטרך להפעיל יותר כוח כדי לגרום לו להאיץ.

לדוגמה, נדמיין שאנו מנסים לדחוף סלע גדול. לסלע יש מסה רבה, כך שיהיה קשה לגרום לו להתחיל לזוז. נצטרך להפעיל כוח רב כדי לגרום לו להתחיל להתגלגל. מצד שני, אם ננסה לדחוף חלוק נחל קטן, יהיה הרבה יותר קל להזיז אותו כי יש לו פחות מסה.

האצה מושפעת גם מכמות הכוח המופעלת. ככל שנפעיל יותר כוח על גוף, כך תגדל התאוצה שלו. לדוגמה, אם נדחוף מכונית צעצוע עם כמות קטנה של כוח, היא תנוע לאט. אבל אם נדחוף אותה בכוח רב, היא תנוע הרבה יותר מהר.

תרגיל לדוגמה מקורס פיזיקה לכיתה ח’

מסקנה

לסיכום, החוק השני של ניוטון אומר לנו שהכוח הפועל על גוף שווה למסה של הגוף כפול התאוצה שלו. משמעות הדבר היא שככל שהמסה של גוף גדולה יותר, יש צורך בכוח רב יותר כדי לגרום לו להאיץ. וככל שיופעל יותר כוח על גוף, התאוצה שלו תהיה גדולה יותר.

אז בפעם הבאה שאתם משחקים בכדור, או רוכבים על אופניים, זכרו את החוק השני של ניוטון וכיצד הוא עוזר לנו להבין את הדרך שבה דברים נעים בעולם שסביבנו!

דוגמאות

דוגמה 1: דמיינו שאתם דוחפים מכונית צעצוע בעוצמה שונה. מה יקרה לתאוצה של המכונית אם תדחפו אותה חזק יותר?

פתרון: לפי חוק התנועה השני של ניוטון, התאוצה של גוף עומדת ביחס ישר לכוח הפועל עליו. לכן, אם תדחפו את המכונית חזק יותר, התאוצה תגדל גם כן.

דוגמה 3: בייסבול וכדור טניס נשמטים מאותו גובה. מי מהם יפגע ראשון בקרקע?

פתרון: גם בייסבול וגם כדור טניס יפגעו בקרקע בו זמנית. לפי החוק השני של ניוטון, תאוצת הגוף עקב כוח הכבידה תלויה רק בעוצמת שדה הכבידה ולא במסה שלו.

דוגמה 4: דמיינו שאתם רוכבים על האופניים במעלה גבעה. האם המהירות שלכם עולה או יורדת אם אתם מפעילים יותר כוח על הדוושות?

פתרון: אם תפעילו יותר כוח על הדוושות, התאוצה תגדל, ולכן, גם המהירות שלכם תגדל. הסיבה לכך היא שהכוח שאתם מפעילים עומד ביחס ישר להאצת האופניים.

דוגמה 5: אתה מחזיק ספר בידך. האם יש כוח שפועל על הספר?

פתרון: כן, יש כוח שפועל על הספר – כוח הכבידה. לפי החוק השני של ניוטון, כוח הכבידה על הספר שווה למסה שלו כפול עוצמת שדה הכבידה.

דוגמה 6: כדור כדורגל וכדור באולינג נדחפים שניהם באותה כמות כוח. למי מהם תהיה תאוצה גבוהה יותר?

פתרון: לכדור הכדורגל תהיה תאוצה גבוהה יותר מכיוון שיש לו פחות מסה מכדור הבאולינג. לפי החוק השני של ניוטון, התאוצה עומדת ביחס הפוך למסה. אז לעצם הפחות מסיבי תהיה תאוצה גדולה יותר.

עובדות על החוק השני של ניוטון

1. מסה ומשקל הם מושגים שונים. מסה היא מדד לכמות החומר בגוף, בעוד משקל הוא מדד לכוח הכבידה הפועל על הגוף.

2. כוח הכבידה בין שני גופים קטן ככל שהמרחק ביניהם גדל. זה מתואר על ידי חוק הכבידה האוניברסלית של ניוטון.

3. החוק השני של ניוטון קובע שהכוח (F) הפועל על גוף שווה למסה שלו (m) כפול התאוצה שלו (a).
זה אומר שאם אתם דוחפים חפץ כבד באותו כוח כמו חפץ קל יותר, החפץ הכבד יותר יזוז לאט יותר כי יש לו יותר מסה.

4. נפילה חופשית ליד פני כדור הארץ היא דוגמה לחוק השני של ניוטון בפעולה. עצמים נופלים באותה תאוצה (g=9.8m/s2) ללא קשר למסה שלהם.

5. ניתן להשתמש במשוואת התנועה (F=ma) כדי לחשב כיצד מרגיש נוסע במעלית כאשר הוא נע למעלה או למטה. הכוח הנורמלי (N) שחש הנוסע משתנה עם התאוצה.

6. החוק השני של ניוטון חל על עצמים הן בכדור הארץ והן בחלל. זהו עיקרון בסיסי של הפיזיקה שעוזר לנו להבין איך דברים נעים ומקיימים אינטראקציה זה עם זה.