Большинство задачек в учебниках физики шаблонные и решаются буквально в одно действие. Если даже и не в одно действие, то всё равно линейно. Интереса такие задачки не вызывают и подумать там не над чем.
Если слегка усложнить задание, то становится уже повеселее. Давайте рассмотрим одну из таких задач на второй закон Ньютона. Неожиданно для себя я обнаружил, что задачи подобного типа вызывают множество затруднений. Ведь по мнению шаблонного школьного курса закон Ньютона там будет неприменим. Что же делать?
Задачка сама была предложена на одной из школьных олимпиад. В точности задачку мы повторять не будем. Опишем ситуацию, которая рассматривается в задаче. Итак, представим себе такую картину из жизни:
По трассе едет автомобиль и в какой-то момент он достигает постоянной скорости. Разогнался на 100 км/ч и держит эту скорость. Необходимо узнать силу, которую необходимо приложить, чтобы толкать автомобиль с такой скоростью.
Понятно, что если рассматривать автомобиль не как механизм из агрегатов, взаимодействующих между собой, а как единое тело или даже материальную точку, то решение напрашивается само. В жизни задачка будет куда более сложной, но физика в школе всё сильно упрощает.
Сразу же на ум приходит второй закон Ньютона и мы вспоминаем, что равнодействующая сил равна произведению массы на ускорение. Хочется найти ускорение. И вот тут происходит коллапс! Ведь ускорение есть скорость изменения скорости или разность скорости в данной момент и начальной скорости, разделенной на время изменения. В данном случае ускорение равно нулю, ведь скорость-то постоянная. Нехитрые вычисления приводят к тому, что и сила равна нулю. Но разве это возможно? Тогда материальное тело перестанет двигаться.
Мы уже указали, что на самом-то деле движение куда более сложное, чем кажется. Даже если автомобиль движется с постоянной скоростью, то это не значит, что двигатель не работает, автомобиль не сдувает ветром, а сила трения вдруг пропала. Поэтому, реальная динамика будет сильно отличаться от рассматриваемой. Применить в жизни подход из задачки будет неверным решением и пониманием модели движения. Ну а в такой "идеальной" задаче всё сводится к тому, что она должна решаться немного иначе.
Вспомним, что во втором законе фигурирует фраза количество движения. Cкорость тела является результатом взаимодействия двух сил: силы действия и инерции (или силы сопротивления), а не только действия силы на массу. Масса в нашей локации считается постоянной, а сила инерции меняется. Ведь сопротивлений множество. Если вычесть одно из другого, то будет изменение скорости. Следовательно, когда у нас нет изменения скорости (в идеальном случае из задачки) сила инерции не меняется. Не меняется тогда и сила действия. Тело продолжает движение по инерции в отсутствии внешних действующих факторов.
Следовательно, для правильного решения такой задачки, когда нас интересует "сила автомобиля" нам нужно решать не в лоб всё это, а рассматривать фрагмент пути, когда автомобиль набирал скорость и имел ускорение. Пока скорость изменялось, он накапливал силу, а сейчас движется по инерции и сила равна той силе, которая была получена при разгоне. Упрощая решение можно сказать, что автомобиль набирал скорость с 0 км/ч до, скажем, 100 км/ч за 3 минуты.
В целом-то, формулировать условие задачи таким образом некорректно. Поэтому, и подсознательно появляется масса заковырок.