В инерциональной системе отсчета сила ( f ) сообщает телу массой ( m ) ускорение ( a ). Согласно второму закону Ньютона, сила ( f ) равна произведению массы ( m ) на ускорение ( a ):
[ f = ma ]
Теперь, представим, что масса тела уменьшается вдвое, то есть новая масса ( m' ) будет:
[ m' = \frac{m}{2} ]
Кроме того, требуется, чтобы ускорение увеличилось в 4 раза. То есть новое ускорение ( a' ) будет:
[ a' = 4a ]
Новая сила ( f' ) должна быть такой, чтобы при новой массе ( m' ) и новом ускорении ( a' ) выполнялось условие второго закона Ньютона:
[ f' = m' \cdot a' ]
Подставим новые значения массы и ускорения:
[ f' = \left(\frac{m}{2}\right) \cdot 4a ]
Упростим это выражение:
[ f' = 2ma ]
Теперь вспомним, что начальная сила ( f ) равна ( ma ). То есть,
[ f = ma ]
Таким образом, новая сила ( f' ) соотносится с исходной силой ( f ) следующим образом:
[ f' = 2f ]
Следовательно, чтобы при уменьшении массы тела вдвое его ускорение стало в 4 раза больше, необходимо увеличить силу в 2 раза.