Мәселені сандық тұрғыдан зерттеу үшін шеңбер бойымен қозғалған дененің алатын үдеуін анықтауға болатындығын пайдаланамыз (сурет)

Мәселені сандық тұрғыдан зерттеу үшін шеңбер бойымен қозғалған дененің алатын үдеуін анықтауға болатындығын пайдаланамыз (сурет).

Бұл тәжірибені физика кабинетіндегі центрден тепкіш машинамен дискіні айналдыру арқылы көрсетеміз. Дискінің үстіне масштабты білте тақтайша орналастырылған және оның бетімен серіппе арқылы айналу осінің тұсына бекітліген каток еркін қозғалады. Массалары белгілі екі каток дайындау керек. Катоктарды кезекпен серіппеге жалғастырып дискіні айналдырғанда, серіппені бірдей ұзындыққа ұзару үшін дискінің бір өлшем уақыт ішінде неше айналым

жасауы керек екендігін өлшеп аламыз. Мұндай жағдайда катоктардың алатын центрге тартқыш үдеулерін мынадай формулалармен өрнектеуге болады:

, ,

мұндағы -катоктың айналу осінен қашықтығы. Бұл қашықтықты сызғышпен өлшеп алып, және үдеулерін оңай есептеп табамыз.

Олай болса, дене массасы мен үдеу модулінің көбейтіндісі қарастырылған денелер үшін бірдей:

Сонымен, бірдей күш әсер еткенде барлық денелер үшін шамасы бірдей болып шықты, оны күш әсерінің өлшемі ретінде қабылдауға болады:

Тәжірибеден күш пен үдеудің бағыттары бірдей екендігі өзінен өзі анық, сондықтан, теңдікті векторлық түрде былай жаза аламыз:

Алынған бұл формула Ньютонның екенші заңы болып табылады. Экспреименттен алынған бұл қорытындыны мына түрде айтуға болады: белгілі күш әр түрлі денелерге әсер етіп үдеу бергенде, барлық денелер үшін көбейтіндісі бірдей.

Сонымен Ньютонның екінші заңы күш ұғымының сапалық анықтамасын толықтырады және оның сандық өлшемін тұрақтандыру үшін қолданылады: күш – берілген денеге басқа дененің әсерін сипаттайтын, бағыты дененің алатын үдеуімен бағыттас векторлық шама; ол дененің массасы мен алатын үдеуінің көбейтіндісіне тең. Үдеудің әсер етуші күшке пропорционалдығы енді Ньютонның екінші заңынан шығатын салдар ғана болып қалады.

Ньютонның үшінші заңы

Ньютонның екінші заңында біз белгілі денеге басқа дененің әсерін қарастырдық та, ал сол белгілі дененің екінші басқа денеге жасайтын әсері жөнінде әңгіме қозғағамыз жоқ. Ньютонның үшінші заңында өзара әсерлесетін екі дене де қарастырылады.

Масса ұғымын енгізу үшін екі арбашаның өзара әсерлесуін зерттеп, мынадай қатынасты жазған болатынбыз:

.

Түрлендірсек: . Арбашалардың өзара әсерлесу нәтижесінде алатын үдеулерінің бағыттарының қарама-қарсы екендігін ескеріп, мынадай теңдік жаза аламыз: .

Ньютонның екінші заңы бойынша , , мұндағы мен -бірінші және екінші арбашаларға әсер жасайтын күштер. Олай болса: . Бұдан біз бірінші дене екінші денеге күшпен әсер етсе, екінші дене де бірінші денеге күшпен әсер жасайтындығын, ол күштердің модульдерінің теі екендігін және бағыттарының қарама-қарсы болатындығын көріп отырмыз. Бұл табиғи заң, ол былай айтылады: әсерлесу кезінде денелер бір-біріне бір түзудің бойымен бағытталған, модулі жағынан өзара тең және бағыттары қарама-қарсы болатын күштермен әсер жасайды.

Осы заң Ньютонның үшінші заңы деп аталады. Заңның түсіндірілуі бойынша табиғатта тек әсер ғана емес, онымен бірге қарсы әсер бірге пайда болатындығына оқушылардың назарын аудару керек. Сол себепті Ньютонның үшінші заңы әртүрлі айтылады: «Екі дененің бір-біріне әсерінің модульдері тең, бағыттары қарам-қарсы», «әсер қарсы әсерге тең», т.с.с. Әсерлесетін екі дененің қайсысын «әсер жасаушы», қайсысын «қарсы әсер жасаушы» деп есептеудің бара-бар екендігі түсіндіріледі.

Осы арада тәжірибелер көрсетуге болады. Ньютонның үшінші заңын түсіндіретін тәжірибелер көп-ақ, бірнешеуін ғана келтірейік:

1)екі табақша динамосетрді жалғастырып, қолмен екі жағынан тартып, олардың бірдей күш көрсететіндігін демонстрациялауға болады; тақтаға екі оқушы шығарып та тәжірибені жалғастырамыз, екі жаққа екеуі тартқанда да немесе біреуі тартса да динамометрдің көрсетуі бірдей болатындығын түсіндіреміз.

2)өте аз үйкеліспен қозғалатын екі платформаға екі оқушыны шығарып, бір-бірін жіппен тартқызамыз, жіпті екеуі тартқанд да немесе жеке-жеке тартқанда да платформалардың бірдей қозғалатындығын көреміз.

3)табақша динамометрлер және магниттер көмегімен көрсетілетін тәжірибе өте көрнекі және нанымды (сурет). Бір динамометрдің жоғарғы алаңшасына бір магнитті орналастырып, екінші динамометрге екінші магнитті суретте көрсетілгендей етіп ілеміз. Магниттердің полюстері қарама-қарсы орналасуы тиіс. Магниттер өзара тең және бағыттары қарама-қарсы күштермен әсерлеседі. Оқушыларға әсер күші мен қарсы әсер күші бір мезгілде пайда болып, бір мезгілде жоғалатындығын, біреуі өзгерсе екіншісінің де сонша өзгеретіндігін айтып түсіндіру қажет. Бұрынғы көрсетілген тәжірибелер мен келтірілген мысалдарға сүйене отырып, әсер және қарсы әсер күштерінің табиғатының бірдей болатындығына ерекше тоқталып өткен жөн. Ешқашан табиғатта, мысалы, әсер күші ауырлық күші болып, ал қарсы әсер күшінің серпімділік күші күші болуы мүмкін емес. Егер бірінші дене екінші денеге серпімділік күшімен әсер етсе, онда екінші дене де бірінші денеге серпімділік күшімен қарсы әсер етеді.

Бұл айтылған қорытындылардың Ньютонның үшінші заңынан туындайтындығын ескерту керек.

Тағы бір ескеретін жайт - өзара әсерлесу кезінде пайда болатын күштер бір денеге емес, әртүрлі денеге түседі, сондықтан олар бірін-бірі теңгере алмайды. Тек бір денеге әсер жасаушы күштер ғана бір-бірін теңгеруі мүмкін.

Ньютонның үшінші заңын түсіруге арқан тарту, арба немесе шанаға жегілген ат қозғалысы, трактор мен тепловоз қозғалысы сияқты дәстүрлі болып кеткен мысалдарды талдау үлкен көмегін тигізеді.

Өзін өзі бақылау сұрақтары:

1. Кәсіптік мектепте механика бөлімін оқыту әдістемесі жайында баянда.

Жоспар: