1687 年、アイザック ニュートン卿は自著 (Mathematical Principles of Natural Philosophy) で運動の法則に関する研究を発表し、力が加えられたときにさまざまな質量の物体がどのように動くかを詳しく説明しました。運動の第一法則は、ニュートンの運動の第二法則に関連しています。力の数値定義を提供します。力の源と効果、および物体の動きの変化を数学的に記述します。物体の力、質量、加速度を扱うニュートンの運動の第 2 法則の方程式を理解する前に、運動の 3 つの法則を見てみましょう。
運動の 3 つの基本法則
<オール>ニュートンの第 1 法則は、「外力が作用しない限り、物体は静止状態、つまり等速運動にとどまる」と述べています。その結果、疑問が生じます。外力を加えたときに体に何が起こるのでしょうか?この質問に対する答えは、ニュートンの運動の第 2 法則にあります。
ニュートンの運動の第 2 法則に基づくと、物体に作用する力は運動量の変化率に相当します。
一定の質量「m」と物体の加速度「a」を持つ物体に対して、力は F =ma によって提供されます。
前の式によると、力が 2 倍になれば加速度も 2 倍になり、質量が 2 倍になれば加速度は半分になります。
加速度と速度
物体に力が加えられると、ニュートンの運動の第 2 法則により、物体は加えられた力に等しい速度の変化率で加速することが示されます。静止しているアイテムに力が加えられると、物体は加速し、加えられた力の方向に移動します。
加えられた力の方向は、すでに動いているアイテムの状態を判断する上で重要です。物体の方向に外力が加わると、物体の加速度が上昇します。オブジェクトの動きと反対方向に外力が加えられると、オブジェクトの加速度は減少し、最終的に停止します。
力と加速度は、大きさと方向の両方のベクトル値です。同時に、多くの力が物体に作用する可能性があります。
その結果、∑F =ma、ここで =∑ は物体に作用するすべての力 (正味の力) のベクトル和です。
ニュートンの運動の第 2 法則の適用
以下は、ニュートンの運動の第 2 法則が実際に働いている例です:
サッカー ボールを蹴る
特定の方向にボールを蹴ると、ボールに力が加わります。この力は、ボールが動いている方向にあります。加えられた力が大きければ、ボールはより長い距離を移動し、加えられた力が小さければ、ボールはより短い距離を移動します.
カートを運ぶ
空のカートを押すのは、満杯のカートを押すよりも簡単です。これは、かなりの質量を持つオブジェクトを移動するには大きな力が必要になるためです。
運動の第 2 法則の例
質量の異なる 2 人が一緒に歩くと、質量の重い人は質量の小さい人よりもゆっくりと歩きます。これは、軽量の個人がより多くの加速を生み出すためです。以下は、ニュートンの運動の第 2 法則の例です。
- 満杯のカートは質量が大きいため、空のカートを押したり引いたりする方が、積載したカートを押したり引きずったりするよりも簡単です。
- 車と自転車を運転するために同じ量の力が加えられた場合、自転車は質量が少ないため、より速く加速します。
- 地面にぶつかるボールが地面に下向きの力を加えると、地球はボールに同じ上向きの力を加えることで反応し、ボールが跳ね返ります。
- 動いているボールを止めるには大きな力が必要です。
結論
ニュートンの第 2 法則は、物体の運動量の変化率は、物体に加えられた外力に正比例すると述べています。さらに、体の運動量は、力が加えられた方向にあります。オブジェクトに作用する正味の力とオブジェクトの質量の 2 つの変数によって、オブジェクトの加速度が決まります。物体の加速度は、物体にかかる正味の力に比例し、物体の質量に反比例します。これは、物体に作用する力が増加すると、物体の加速度も増加することを意味します。同様に、物体の質量が大きくなると、加速度が低下します。
