Исследуя связь между силой и ускорением, ученики привязывают один конец нити к неподвижной тележке, а другой – к грузу, после чего отпускают груз. Скорость тележки, движущейся вправо, постепенно увеличивается. Затем возвращают тележку в прежнее положение, добавляют на нее грузы и повторяют эксперимент.

В случаях, когда равнодействующая сила равна нулю, движение тела определяется первым законом Ньютона. Когда на тело действуют неуравновешенные силы, оно, если находится в покое, начинает движение, а если движется – его скорость увеличивается или уменьшается. Изменение скорости выражается величиной ускорения. Следовательно, когда равнодействующая сила отличается от нуля, тело движется с ускорением.

Эксперименты показали, что между равнодействующей силой, действующей на тело, его ускорением и массой существует связь.

На груз действует сила тяжести. Эта сила является причиной появления в нити силы натяжения. Сила натяжения, воздействуя на тележку, приводит её в движение. В результате определяется, как изменяется скорость тележки за равные промежутки времени, и строится график зависимости скорости от времени.

Можно изменить силу, действующую на тело, сохраняя при этом его массу постоянной, и вычислить ускорение. Также можно изменять массу тела, сохраняя силу постоянной. Опыт показывает, что ускорение тела прямо пропорционально действующей на него силе. Если масса тела остается постоянной, а равнодействующая сила увеличивается, или если сила постоянна, но масса уменьшается, скорость тела изменяется быстрее. Это означает, что ускорение тела возрастает.

Если тело движется под действием неуравновешиваемых сил, то связь между его ускорением, массой и равнодействующей силой, действующей на него, выражается вторым законом Ньютона.

Ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей силе, действующей на него, и обратно пропорционально его массе.

Ускорение всегда направлено в ту же сторону, что и равнодействующая сила. В решении задачи равнодействующая сила вычисляется и приравнивается к произведению массы на ускорение. Поэтому второй закон Ньютона часто записывается как F = ma.