История развития физики, страница 7 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 1. Научный метод познания. Параграф 1. Физика и уровни познания природы. Вопросы - страница 7.

Условие.

Из истории развития физики

В книге «Математические начала натуральной философии» (1687) английский физик Исаак Ньютон (1642–1727) разъясняет смысл понятия силы, которое соответствует современному научному толкованию. Учёный пишет: «Приложенная сила есть действие, производимое на тело для изменения его состояния покоя или равномерного прямолинейного движения». Далее Ньютон подчёркивает: «Сила проявляется единственно только в действии и по прекращению действия в теле не остаётся».

а) В каком законе Ньютона используется понятие силы?

б) Что характеризует физическая величина — сила? Как направлен вектор силы?

Решение.

а) Понятие силы используется во всех трёх законах Ньютона, так как оно является центральным для всей классической механики, основанной на этих законах.

• Первый закон Ньютона (закон инерции) вводит понятие силы как причины изменения состояния движения тела. В приведённом в задаче отрывке из книги Ньютона как раз и даётся формулировка, близкая к первому закону: «Приложенная сила есть действие, производимое на тело для изменения его состояния покоя или равномерного прямолинейного движения».

• Второй закон Ньютона даёт количественное определение силы. Он устанавливает, что ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к телу сил и обратно пропорционально его массе. Математически это выражается формулой: $ \vec{F} = m\vec{a} $. Этот закон является основным законом динамики и позволяет рассчитать силу.

• Третий закон Ньютона описывает характер взаимодействия тел. Он гласит, что силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению ($ \vec{F}_{12} = -\vec{F}_{21} $). Этот закон подчёркивает, что силы всегда возникают парами в результате взаимодействия.

Таким образом, хотя понятие силы фигурирует во всех трёх законах, именно второй закон даёт ей математическое определение и связывает с другими физическими величинами.
Ответ: Понятие силы используется во всех трёх законах Ньютона, но количественно определяется во втором законе Ньютона.

б) Сила — это векторная физическая величина, которая является мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей. Это воздействие является причиной изменения скорости тела (то есть сообщает телу ускорение) или вызывает его деформацию. Таким образом, сила характеризует интенсивность и направление взаимодействия тел.

Как любая векторная величина, сила характеризуется модулем (числовым значением) и направлением. Вектор силы направлен в ту же сторону, в которую направлен вектор ускорения, сообщаемого этой силой телу. Это следует непосредственно из второго закона Ньютона ($ \vec{F} = m\vec{a} $), где масса $ m $ является скалярной положительной величиной, поэтому векторы силы $ \vec{F} $ и ускорения $ \vec{a} $ всегда сонаправлены.
Ответ: Сила характеризует меру механического воздействия на тело, являющуюся причиной изменения его скорости или его деформации. Вектор силы направлен в сторону ускорения, которое приобретает тело под действием этой силы.