1. Co dzieje się z ciałem, na które nie działają żadne siły?
Na to pytanie odpowiada pierwsza zasada dynamiki. Na jej sformułowanie trochę poczekaj. Najpierw zastanówmy się chwilę. Wyobraź sobie, że popychasz sanki po betonowym chodniku. I co? Jasne, że bardzo szybko się zatrzymają. Dlaczego? Bo chodnik jest chropowaty. Tarcie spowoduje, że sanki się zatrzymają. A teraz pchnij sanki stojące na lodzie. Efekt jest inny – sanki jadą daleko. A co by było, gdyby to był idealnie gładki lód, niestawiający żadnego oporu? Sanki jechałyby bez zmiany prędkości i gdyby lodowisko ciągnęło się w nieskończoność, ruch sanek też byłby nieskończony. Sanki nie zwalniałyby, ani nie zmieniały kierunku ruchu. To właśnie mówi pierwsza zasada dynamiki:
Zapamiętaj!
Pierwsza zasada dynamiki
Jeśli na ciało nie działa żadna siła (lub działające siły równoważą się – o czym później) ciało spoczywa lub porusza się ruchem jednostajnym (ze stałą prędkością) i prostoliniowym.
Wydaje się oczywiste, że ciało spoczywa, gdy nie działają na nie siły, ale ten ruch jednostajny wydaje się wszystkim podejrzany… Jednak nasze doświadczenie myślowe z sankami wskazuje na to, że jest to możliwe, jeśli naprawdę na ciało nie działają żadne siły, w tym też ta, której tak trudno się pozbyć – siła tarcia.
2. Na czym polega bezwładność ciał?
Aby poruszyć ciało, musisz użyć siły. Na tym polega bezwładność. Bez użycia siły nie da się zmienić szybkości ani kierunku ruchu ciała. Inaczej mówiąc:
Ciało zachowuje stan swego spoczynku lub ruchu jednostajnego prostoliniowego, dopóki jakaś siła nie zmusi go do zmiany tego stanu.
Mówi o tym pierwsza zasada dynamiki nazywana czasami zasadą bezwładności.
3. Co jest miarą bezwładności?
Miarą bezwładności jest masa. Znaczy to tyle, że ciało o większej masie jest bardziej „bezwładne” – trudniej je poruszyć, zatrzymać lub zmienić kierunek jego ruchu.
Podstawową jednostką masy, jak dobrze wiesz, jest kilogram. Symbolicznie zapiszemy to tak:
[m] = 1 kg
4. Co to znaczy, że siły się równoważą?
Oznacza to, że siły te znoszą się nawzajem. Pod wpływem równoważących się sił ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się jednostajnie i prostoliniowo – tak samo ciało reaguje, gdy żadne siły nie działają. Oczywiście brak sił i siły równoważące się to nie to samo.
Uwaga! Nawet gdy siły się równoważą, mogą ciało odkształcić, brak sił nie może tego zrobić.
Jakie warunki muszą być spełnione, by dwie siły się równoważyły?
- Przede wszystkim muszą być przyłożone do tego samego ciała.
- Leżeć na jednej prostej.
- Poza tym muszą być przeciwnie skierowane i mieć jednakowe wartości.
5. Jak będzie poruszać się ciało poddane działaniu niezrównoważonej siły?
Mówi o tym druga zasada dynamiki:
Zapamiętaj!
Druga zasada dynamiki
Ciało, na które działa niezrównoważona siła, porusza się z przyspieszeniem proporcjonalnym do działającej siły i odwrotnie proporcjonalnym do masy ciała.
Możemy zapisać to prawo w postaci wzoru:
– wektor przyspieszenia
– wektor siły wypadkowej (czyli wektorowej sumy wszystkich sił działających na ciało)
m – masa ciała, na które działa siła
Wnioski
- Po pierwsze:
Przyspieszenie ma zawsze taki sam kierunek jak siła. Bierze się to stąd, że przyspieszenie powstaje z podzielenia wektora siły przez dodatnią liczbę, jaką jest masa. Takie działanie nie powoduje zmiany ani kierunku, ani zwrotu wektora.
- Po drugie:
Aby otrzymać poprawną wartość przyspieszenia, z jakim porusza się ciało, musimy uwzględnić wszystkie siły, jakie działają na ciało. Nie jest to łatwe. Pomaga w tym trzecia zasada dynamiki.
- Po trzecie:
Jeśli na ciało o stałej masie działa stała siła, to i przyspieszenie tego ciała jest stałe. Oznacza to w szczególności, że ciało, na które działa stała siła, będzie poruszać się ruchem jednostajnie przyspieszonym lub jednostajnie opóźnionym.
Drugą zasadę dynamiki można zapisać też nieco inaczej:
Jest to oczywiście przekształcony wzór
Możemy z niego wywnioskować, jaka jest jednostka siły. Jest ona iloczynem jednostki masy i jednostki przyspieszenia. Zapiszmy to.
Na cześć Izaaka Newtona jednostkę tę nazwano niutonem. Oznaczamy ją 1 N.
Zadanie
Na ciało o masie 3 kg działa wypadkowa siła 12 N. Z jakim przyspieszeniem będzie poruszać się to ciało?
Rozwiązanie
Wystarczy skorzystać ze wzoru
6. Jak szuka się siły wypadkowej?
Siła jest wektorem – oprócz wartości ma także kierunek i zwrot. Siła wypadkowa to wektorowa suma wszystkich sił, jakie działają na ciało. By znaleźć siłę wypadkową, należy więc dodać wektorowo siły działające na ciało. Poprzestańmy na dwóch siłach, by sprawy zbytnio nie zagmatwać. Na początek zajmijmy się dwoma prostymi przypadkami:
I. Siły są zgodnie skierowane.
Wartość siły wypadkowej w tym przypadku jest równa po prostu sumie wartości sił 
i 
.
II. Siły są skierowane przeciwnie.
W takim wypadku wartość siły wypadkowej obliczamy, odejmując od wartości większej siły wartość siły mniejszej. Siła wypadkowa skierowana jest tak jak siła większa.
III. Siły są skierowane pod dowolnym kątem.
Siłę wypadkową konstruujemy, posługując się regułą równoległoboku. Sposób postępowania jest taki:
- sprowadzamy wektory sił do wspólnego początku;
- konstruujemy równoległobok, którego sąsiednimi bokami są wektory danych sił;
- przekątna równoległoboku, która zaczyna się we wspólnym początku sił jest właśnie szukaną wypadkową.
Zobaczmy to na rysunku.
7. Jak sformułować trzecią zasadę dynamiki?
Siły zawsze występują parami. Zrób proste, choć nieco bolesne doświadczenie. Uderz pięścią w stół (nie za mocno, szkoda stołu!). Z punktu widzenia fizyki podziałałeś na stół siłą. Poczułeś na własnej skórze, że stół odwzajemnił Ci się tym samym: podziałał na Twą rękę siłą. I tak jest zawsze. Zawsze działaniu towarzyszy takie samo przeciwdziałanie. Powiedzmy to inaczej i dokładniej:
Zapamiętaj!
Druga zasada dynamiki
Jeśli ciało A działa na ciało B siłą, to ciało B działa na ciało A siłą o takiej samej wartości i kierunku, lecz przeciwnie skierowaną.
To jest właśnie trzecia zasada dynamiki. Spójrz na rysunek ilustrujący tę zasadę.
.
Takiego zadania możesz spodziewać się na egzaminie
Rysunek przedstawia zależność drogi od czasu dla ruchu pewnego ciała o masie m = 2 kg. Jaka siła wypadkowa działa na to ciało?
A) 4 N
B) 2 N
C) 0 N
D) Nie sposób tego stwierdzić
Rozwiązanie
Wykres przedstawia zależność drogi od czasu dla ruchu tego ciała. Jaki to ruch? Jest to ruch, w którym droga jest proporcjonalna do czasu, bo wykres jest prostoliniowy i przechodzi przez początek układu współrzędnych. Wiesz już, że jeśli droga jest proporcjonalna do czasu, to mamy do czynienia z ruchem jednostajnym, czyli zachodzącym ze stałą szybkością.
Jakie jest przyspieszenie, jeśli szybkość jest stała?
Oczywiście równe zeru. Ciało przecież nie przyspiesza, skoro nie zmienia się jego szybkość. Druga zasada dynamiki mówi, że wypadkowa siła to iloczyn masy i przyspieszenia. Ale skoro przyspieszenie jest równe zeru, to i wypadkowa siła jest zerowa. Zatem prawdziwa jest odpowiedź C.