Zasady dynamiki Newtona – wyjaśnienie, wzory i przykłady

Zasady dynamiki Newtona opisują, jak siły wpływają na ruch ciał. Pierwsza mówi, że bez siły wypadkowej ciało stoi albo jedzie ze stałą prędkością. Druga mówi, że siła wypadkowa nadaje ciału przyspieszenie: $F = m \cdot a$. Trzecia mówi, że ciała zawsze działają na siebie parami sił: gdy Ty pchasz ścianę, ściana pcha Ciebie.

Pierwsza zasada dynamiki: bezwładność

Jeśli na ciało nie działają żadne siły albo siły się równoważą (siła wypadkowa jest równa 0), to ciało pozostaje w spoczynku albo porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.

To znaczy, że do utrzymania ruchu ze stałą prędkością nie potrzeba siły. Siła jest potrzebna tylko do zmiany ruchu: do ruszenia, zahamowania albo skrętu. Tę cechę ciał nazywamy bezwładnością.

Przykłady z życia:

• Autobus gwałtownie hamuje, a pasażerowie przechylają się do przodu. Ich ciała „chcą” dalej jechać z tą samą prędkością.
• Szybko wyciągnięty obrus zostawia naczynia na stole.
• Pasy bezpieczeństwa zatrzymują ciało, które przy zderzeniu poruszałoby się dalej do przodu.

Druga zasada dynamiki: F = m · a

Jeśli na ciało działa niezrównoważona siła (siła wypadkowa różna od 0), to ciało porusza się z przyspieszeniem. Przyspieszenie jest tym większe, im większa siła, i tym mniejsze, im większa masa ciała. Kierunek i zwrot przyspieszenia są takie same jak siły wypadkowej.

$$a = \frac{F}{m} \qquad F = m \cdot a$$

• $F$ to siła wypadkowa w niutonach (N),
• $m$ to masa w kilogramach (kg),
• $a$ to przyspieszenie w metrach na sekundę do kwadratu (m/s²).

Trzecia zasada dynamiki: akcja i reakcja

Jeśli ciało A działa na ciało B siłą, to ciało B działa na ciało A siłą o tej samej wartości i tym samym kierunku, ale o przeciwnym zwrocie.

Te 2 siły działają na różne ciała, dlatego nigdy się nie równoważą.

Przykłady z życia:

• Pływak odpycha się nogami od ściany basenu, a ściana odpycha pływaka.
• Wystrzał z karabinu: kula leci do przodu, a karabin cofa się do tyłu (odrzut).
• Rakieta wyrzuca gazy w dół, a gazy pchają rakietę w górę.
• Idziesz, bo stopą odpychasz podłoże do tyłu, a podłoże pcha Cię do przodu.

Zadania krok po kroku

Zadanie 1

Na wózek o masie 2 kg działa siła 6 N. Pomijamy opory ruchu. Oblicz przyspieszenie wózka.

1. Dane: $F = 6\ \text{N}$, $m = 2\ \text{kg}$. Szukane: $a$.
2. Wzór: $a = \frac{F}{m}$.
3. Obliczenia: $a = \frac{6\ \text{N}}{2\ \text{kg}} = 3\ \frac{\text{m}}{\text{s}^2}$.

Odpowiedź: wózek porusza się z przyspieszeniem 3 m/s².

Zadanie 2

Sanki o masie 3 kg ciągniesz siłą 10 N. Siła tarcia wynosi 4 N. Oblicz przyspieszenie sanek.

1. Siły działają w przeciwne strony, więc najpierw liczysz siłę wypadkową: $F_w = 10\ \text{N} - 4\ \text{N} = 6\ \text{N}$.
2. Do wzoru wstawiasz siłę wypadkową, a nie siłę ciągnięcia: $a = \frac{6\ \text{N}}{3\ \text{kg}} = 2\ \frac{\text{m}}{\text{s}^2}$.

Odpowiedź: sanki poruszają się z przyspieszeniem 2 m/s².

Najczęstsze błędy

1. „Żeby coś jechało, musi działać siła”. Nieprawda. Ciało może jechać ze stałą prędkością, gdy siła wypadkowa jest równa 0. Siła jest potrzebna do zmiany prędkości.
2. „Akcja i reakcja się równoważą”. Nie mogą, bo działają na różne ciała. Równoważyć się mogą tylko siły działające na to samo ciało.
3. Jedna siła zamiast wypadkowej. We wzorze $F = m \cdot a$ zawsze jest siła wypadkowa, tak jak w zadaniu 2.
4. Masa w gramach. Przed obliczeniami zamień gramy na kilogramy: 500 g = 0,5 kg.

Ściąga: 3 zasady w tabeli

Jak dalej uczyć się fizyki w klasie 7 i 8

Dynamika łączy się z kolejnymi działami: pracą, mocą i energią. W kursie „Fizyka klasa 7-8 na sprawdziany i kartkówki” każdy dział ma lekcje wideo i zadania, które przygotowują do sprawdzianów w szkole.

Zobacz kurs fizyki dla klas 7 i 8