Вага, сила
Якщо кінематика займається вивченням того, як саме рухаються тіла, то динаміка підходить до поняття руху більш глибоко – вона вивчають, чому вони рухаються саме так. Тут з’являється поняття сили. Що таке сила в динаміці? Дана фізична величина, що чисельно відображає рівень дії одного тіла на інше. Вимірюється вона в ньютонах.
Найбільше фізичного сенсу цієї величини відображається в чотирьох головних законах, які носять назви «Три закони Ньютона» і «Закон всесвітнього тяжіння«.
Перший закон Ньютона говорить, що якщо сума всіх сил дорівнює нулю, то тіло рухається рівномірно. Не варто плутати «сума всіх сил дорівнює нулю» і «на тіло не діють ніякі сили».
Знаменитий другий закон Ньютона встановлює зв’язок між динамічною величиною сили, імпульсу і прискорення:
,
.
При постійній масі:
F = ma.
Зокрема, якщо прискорення являє собою прискорення вільного падіння g, то сила перетворюється на вагу:
Р = mg
Тут ми зупинимося на хвилину і постараємося за допомогою цих двох законів Ньютона засвоїти кілька важливих понять.
Перший закон Ньютона говорить, що лежить на поверхні тіло хоча і перебуває в стані спокою (щодо землі), тим не менше, на неї діють дві сили. Вага:
Р = mg
І нормаль (сила реакції опори). Сума цих сил дорівнює нулю. Формула першого закону Ньютона може виглядати таким чином:
Якщо 
.
Вага є величиною відносної з точки зору планет, на яких знаходяться тіла. Наприклад, часто можна почути помилкове висловлювання: «маса тіла на Місяці менше, ніж на Землі». Це не так. Маси на всіх планетах однакові, а от вага різний, оскільки розрізняється прискорення вільного падіння. Саме тому космонавти на Місяці з такою легкістю підстрибували – їх вага на Місяці був значно нижче, ніж на Землі, адже Місяць їх притягувала до себе не так сильно, як Земля.
Третій закон Ньютона говорить, що сила дії дорівнює силі протидії. Іншими словами, чим сильніше ми тиснемо на тіло, тим сильніше воно тисне на нас. Цей закон відображає рівність сили тяжіння і нормалі.
.
,
де Fi — сила інерції.
Якщо є система тіл, то швидкість центру мас системи дорівнює:
.
Три закони Ньютона
Закон всесвітнього тяжіння, який ще називають четвертим законом Ньютона, говорить:
,
де G – гравітаційна постійна, m1, m2 – маси притягивающихся тел.
Якщо в лівій частині цієї рівності вказати вагу, то отримуємо формулу для прискорення вільного падіння тіл на будь-якій планеті:
.
Також, із закону всесвітнього тяжіння виводиться поняття першої космічної швидкості, тобто швидкості, при якій тіло залишає гравітаційне поле. Саме до цієї швидкості (на Землі вона дорівнює 7,9 км/с) розганяють ракети, які необхідно вивести на орбіту.
Перша космічна швидкість:
.
Повернемося до поняття ваги.
Якщо тіло знаходиться в стані спокою, то вага дорівнює:
Р = mg
Якщо тіло рухається в системі відліку, яка рухається вгору з прискоренням а, то вага дорівнює:
Р = m(g+a)
Якщо тіло рухається в системі відліку, яка рухається вгору з прискоренням а, то вага дорівнює:
Р = m(g-a)
Ця формула наочно показує, що в падаючому ліфті, де а = g, вага тіла дорівнює нулю, тобто тіло випробує невагомість.
Якщо тіло рухається по опуклій траєкторії, то прискорення, що діє на нього, – відцентрове, а значить вага:
Р=m(g-v2/r).
Якщо тіло рухається по вигнутій траєкторії, то прискорення чинне на нього — теж відцентрове і спрямована від центру, а значить вага:
Р=m(g+v2/r).
Формула сили тертя:
,
де 
— коефіцієнт тертя, N — нормаль (реакція опори).
Таким чином, ми познайомилися з кількома видами сил – вага (сила тяжіння), сила тертя, відцентрова сила, сила всесвітнього тяжіння (яка є по суті тим же вагою, тільки в більш загальній формі).
Розглянемо ще одну силу, яка має місце у разі деформацій. Вона називається силою пружності. Закон Гука для малих деформацій (стиснень або розтягнень) говорить, що сила, діюча на тіло, довжину якого деформували на х, дорівнює:
Fпр = –kx.
З цього закону випливає ряд наслідків, наприклад модуль Юнга, який виступає коефіцієнтом пропорційності у зв’язку між нормальним напругою і відносним зміною довжини:
.
Відцентрова сила
