Номер 5, страница 87 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Механика. 3. Динамика материальной точки. Параграф 19. Второй закон Ньютона. Вопросы - номер 5, страница 87.

Условие.

5. Сформулируйте второй закон Ньютона. Каковы границы применимости этого закона?

Решение.

Сформулируйте второй закон Ньютона
Второй закон Ньютона (основной закон динамики) устанавливает связь между силой, действующей на тело, массой этого тела и его ускорением. Формулировка закона: ускорение, приобретаемое материальной точкой, прямо пропорционально вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки.
В векторной форме закон записывается как:
$\vec{a} = \frac{\vec{F}}{m}$
или в более привычном виде:
$\vec{F} = m\vec{a}$
Здесь $\vec{F}$ — это равнодействующая всех сил, приложенных к телу, $m$ — масса тела, $\vec{a}$ — ускорение тела.
Существует и более общая формулировка второго закона Ньютона через понятие импульса тела ($\vec{p} = m\vec{v}$): скорость изменения импульса тела равна равнодействующей всех сил, действующих на него.
$\vec{F} = \frac{d\vec{p}}{dt}$
Эта формулировка является более универсальной, так как она применима и к случаям, когда масса тела изменяется со временем (например, в ракетной технике).

Каковы границы применимости этого закона?
Второй закон Ньютона является фундаментальным законом классической механики, но его применимость ограничена определенными условиями. Он перестает быть точным в следующих случаях:
1. Движение с релятивистскими скоростями. Когда скорость тела ($v$) приближается к скорости света в вакууме ($c$), необходимо использовать законы специальной теории относительности. В этом случае масса тела становится зависимой от скорости, и связь между силой и ускорением усложняется.
2. Микромир. На уровне атомов и элементарных частиц (электронов, фотонов и т.д.) действуют законы квантовой механики. Движение этих объектов носит вероятностный характер и не описывается детерминистическими законами Ньютона.
3. Сильные гравитационные поля. Вблизи массивных объектов, создающих сильные гравитационные поля (например, черные дыры, нейтронные звезды), классическая механика уступает место общей теории относительности Эйнштейна, которая описывает гравитацию как искривление пространства-времени.
4. Неинерциальные системы отсчета. Второй закон Ньютона в своей стандартной форме ($\vec{F} = m\vec{a}$) справедлив только в инерциальных системах отсчета (тех, что покоятся или движутся равномерно и прямолинейно). Для его применения в неинерциальных (ускоренных) системах отсчета необходимо вводить фиктивные силы, или силы инерции (например, центробежную силу).

Ответ: Второй закон Ньютона утверждает, что ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей силе, приложенной к телу, и обратно пропорционально его массе ($\vec{F} = m\vec{a}$). Закон применим для макроскопических тел, движущихся со скоростями, много меньшими скорости света, в инерциальных системах отсчета и в условиях не слишком сильных гравитационных полей.