Второй закон движения сэра Исаака Ньютона гласит, что сила, прилагаемая движущимся объектом, равна его масса, умноженная на ускорение в том направлении, откуда он толкается, выражается формулой F = ma. Поскольку сила пропорциональна массе и ускорению, удвоение массы или ускорения при оставлении другого постоянного значения удвоит силу удара; сила удара увеличивается, когда объект постоянного веса подвергается большему ускорению. Вы можете изучить несколько различных экспериментов, демонстрирующих этот принцип.
Соберите камень и скомканный лист бумаги. Поскольку ускорение свободного падения постоянно, все объекты падают с одинаковой скоростью независимо от их массы. Проверьте этот закон, бросив оба предмета одновременно и наблюдая, как они падают с одинаковой скоростью. Теперь поместите под камень миску, наполненную сахарной пудрой или мукой, и опустите ее с фиксированной высоты в порошок. Отложите миску в сторону, стараясь не потревожить в ней порошок. Бросьте бумажный шарик с той же высоты в миску с таким же количеством того же порошка. Сравните кратеры в порошке, образовавшиеся при каждом ударе. Поскольку ускорение было постоянным, разница в размерах между кратером, образованным камнем, и кратером. сделанное в статье, показывает, что увеличение массы напрямую увеличивает силу удара в мука.
Вкрутите петлю в мяч для софтбола, а другую - в перемычку дверной коробки. Подвесьте мяч для софтбола к дверной коробке на веревке, перевязанной через проушины, так, чтобы он висел на несколько сантиметров над полом. Отметьте место прямо под положением для софтбола. Переместите свисающий софтбол и поместите другой софтбол в отмеченное место. Оттяните свисающий софтбол назад так, чтобы он находился в трех футах от земли, и отпустите его, чтобы он качнулся и ударил мячом по полу. Измерьте расстояние, которое проходит мяч для софтбола по полу. Повторите эксперимент, заменив мяч для софтбола пластиковым мячом Wiffle на полу и измерьте, как далеко он катится после удара. Этот эксперимент показывает, что, когда сила остается постоянной, ускорение больше у объектов с меньшей массой.
Постройте простой пандус высотой 18 дюймов и длиной около 24 дюймов из куска тонкой фанеры и кирпичей. Поместите игрушечную машинку наверху пандуса. Отпустите его и измерьте, как далеко он катится. Приклейте к машине две металлические шайбы, снимите ее с аппарели и измерьте, как далеко она катится. Повторите эксперимент с пятью шайбами, приклеенными к верхней части автомобиля. Этот эксперимент показывает, что по мере увеличения массы с постоянным ускорением силы тяжести сила, толкающая автомобиль по полу, увеличивается, заставляя более тяжелые автомобили двигаться дальше.
Возьмите детскую повозку, легкую хлопковую веревку или нитку и двух или трех маленьких добровольцев. Обвяжите веревку вокруг ручки тележки и оставьте 2 или 3 фута веревки, свисающей с ручки, чтобы тянуть. Начните с пустой повозки. На плоской, ровной поверхности, такой как тротуар, и с места натягивайте веревку, пока не достигнете комфортной скорости ходьбы. Обратите внимание на усилие, которое требуется, чтобы тянуть тележку. Затем попросите одного из ваших добровольцев сесть в повозку и еще раз потяните за веревку, пока не наберете скорость ходьбы. Обратите внимание на усилие, необходимое для того, чтобы тянуть повозку. Струна может выдержать лишь небольшое усилие, прежде чем она порвется; чем больше всадников в вашей повозке, тем больше силы вам нужно, чтобы тянуть ее, пока вы не пройдете точку разрыва веревки. В этом эксперименте ваше ускорение каждый раз примерно одинаково, хотя вам нужно тянуть с большей силой из-за дополнительной массы каждого нового пассажира. Сколько пассажиров вы сможете потянуть, прежде чем веревка порвется?