Studiet av naturfenomen på basis av ett experiment är endast möjligt om alla stadier observeras: observation, hypotes, experiment, teori. Observation kommer att avslöja och jämföra fakta, hypotesen gör det möjligt att ge dem en detaljerad vetenskaplig förklaring som kräver experimentell bekräftelse. Observation av kroppars rörelser ledde till en intressant slutsats: en förändring i en kropps hastighet är endast möjlig under påverkan av en annan kropp.
Till exempel, om du snabbt springer upp för trappan, då behöver du bara ta tag i räcket (ändra rörelseriktningen) eller stanna (ändra hastighetsvärdet) för att inte kollidera med motsatt vägg.
Observationer av liknande fenomen ledde till skapandet av en gren av fysiken som studerar orsakerna till förändringar i kroppars hastighet eller deras deformation.
Dynamics Basics
Dynamics uppmanas att svara på sakramentfrågan om varför den fysiska kroppen rör sig på ett eller annat sätt eller är i vila.
Tänk på vilotillståndet. Baserat på konceptet om rörelsens relativitet kan vi dra slutsatsen: det finns inga och kan inte vara absolut orörliga kroppar. Någraett föremål, som är orörligt med avseende på en referenskropp, rör sig i förhållande till en annan. Till exempel är en bok som ligger på ett bord orörlig i förhållande till bordet, men om vi betraktar dess position i förhållande till en förbipasserande person drar vi en naturlig slutsats: boken rör sig.
Därför betraktas kropparnas rörelselagar i tröghetsreferensramar. Vad är det?
Tröghetsreferensram kallas, där kroppen är i vila eller utför enhetlig och rätlinjig rörelse, förutsatt att det inte finns någon påverkan av andra föremål eller föremål på den.
I exemplet ovan kan referensramen som är associerad med tabellen kallas tröghet. En person som rör sig jämnt och i en rak linje kan fungera som en referensram för ISO. Om dess rörelse accelereras är det omöjligt att associera en tröghet CO med den.
Faktum är att ett sådant system kan korreleras med kroppar som är stelt fixerade på jordens yta. Planeten själv kan dock inte fungera som referenskropp för IFR, eftersom den roterar enhetligt runt sin egen axel. Kroppar på ytan har centripetalacceleration.
Vad är momentum?
Fenomenet tröghet är direkt relaterat till ISO. Kom ihåg vad som händer om en bil i rörelse stannar abrupt? Passagerare är i fara när de fortsätter sin resa. Den kan stoppas av ett säte framför eller säkerhetsbälten. Denna process förklaras av passagerarens tröghet. Stämmer det?
Tröghet är ett fenomen som förutsätter bevarandetkroppens konstanta hastighet i frånvaro av påverkan från andra kroppar på den. Passageraren är påverkad av bälten eller säten. Fenomenet tröghet observeras inte här.
Förklaringen ligger i kroppens egendom, och enligt den är det omöjligt att omedelbart ändra ett föremåls hastighet. Detta är tröghet. Till exempel gör kvicksilvrets tröghet i en termometer det möjligt att sänka stången om vi skakar termometern.
Mätt på tröghet kallas kroppens massa. När man interagerar ändras hastigheten snabbare för kroppar med mindre massa. Kollisionen av en bil med en betongvägg för den senare fortskrider nästan spårlöst. Bilen genomgår oftast irreversibla förändringar: hastighetsförändringar, betydande deformation uppstår. Det visar sig att trögheten hos en betongvägg avsevärt överstiger trögheten hos en bil.
Är det möjligt att möta fenomenet tröghet i naturen? Tillståndet under vilket kroppen är utan sammankoppling med andra kroppar är djupa rymden, där rymdfarkosten rör sig med motorerna avstängda. Men även i det här fallet är gravitationsmomentet närvarande.
Basiskvantiteter
Att studera dynamik på experimentnivå innebär att experimentera med mätningar av fysiska storheter. Mest intressant:
- acceleration som ett mått på förändringshastigheten i kroppar; beteckna den med bokstaven a, mät i m/s2;
- massa som ett mått på tröghet; märkt med bokstaven m, mätt i kg;
- kraft som ett mått på kropparnas ömsesidiga verkan; oftast betecknad med bokstaven F, mätt i N (newton).
Släktskapet mellan dessa kvantiteterframställda i tre mönster, härledda av den största engelska fysikern. Newtons lagar är utformade för att förklara komplexiteten i växelverkan mellan olika kroppar. Samt de processer som hanterar dem. Det är begreppen "acceleration", "kraft", "massa" som Newtons lagar kopplar samman med matematiska samband. Låt oss försöka ta reda på vad det betyder.
Aktionen av endast en kraft är ett exceptionellt fenomen. Till exempel påverkas en konstgjord satellit som kretsar runt jorden bara av gravitationen.
Resultant
Verkandet av flera krafter kan ersättas av en kraft.
Den geometriska summan av krafter som verkar på en kropp kallas resultanten.
Vi talar om en geometrisk summa, eftersom kraft är en vektormängd, som inte bara beror på appliceringspunkten utan också på verkansriktningen.
Om du till exempel behöver flytta på en ganska stor garderob kan du bjuda in vänner. Tillsammans når vi önskat resultat. Men du kan bara bjuda in en mycket stark person. Hans ansträngning är lika med alla vänners handling. Kraften som appliceras av hjälten kan kallas resultanten.
Newtons rörelselagar är formulerade utifrån begreppet "resultant".
Law of inertia
Börja studera Newtons lagar med det vanligaste fenomenet. Den första lagen kallas vanligtvis tröghetslagen, eftersom den fastställer orsakerna till enhetlig rätlinjig rörelse eller vilotillståndet för kroppar.
Kroppen rör sig jämnt och rätlinjigt ellervilar om ingen kraft verkar på den, eller om denna åtgärd kompenseras.
Det kan hävdas att resultanten i detta fall är lika med noll. I detta tillstånd befinner sig till exempel en bil som rör sig med konstant hastighet på en rak del av vägen. Attraktionskraftens verkan kompenseras av stödets reaktionskraft, och motorns dragkraft är i absolut värde lika med kraften hos motståndet mot rörelse.
Ljuskronan vilar på taket, eftersom tyngdkraften kompenseras av spänningen i dess armaturer.
Endast de krafter som appliceras på en kropp kan kompenseras.
Newtons andra lag
Låt oss gå vidare. Orsakerna som orsakar en förändring i kropparnas hastighet övervägs av Newtons andra lag. Vad pratar han om?
Resultanten av de krafter som verkar på en kropp definieras som produkten av kroppens massa och den acceleration som förvärvas under krafternas inverkan.
2 Newtons lag (formel: F=ma) etablerar tyvärr inte kausala samband mellan kinematik och dynamiks grundläggande begrepp. Han kan inte fastställa exakt vad som får kropparna att accelerera.
Låt oss formulera det annorlunda: accelerationen som kroppen tar emot är direkt proportionell mot de resulterande krafterna och omvänt proportionell mot kroppens massa.
Därmed kan det fastställas att hastighetsändringen endast sker beroende på kraften som appliceras på den och kroppens massa.
2 Newtons lag, vars formel kan vara följande: a=F/m, anses vara fundamental i vektorform, eftersom den gör det möjligtupprätta kopplingar mellan fysikgrenar. Här är a kroppens accelerationsvektor, F är resultanten av krafter, m är kroppens massa.
Bilens accelererade rörelse är möjlig om motorernas dragkraft överstiger kraften i motståndet mot rörelse. När dragkraften ökar, ökar accelerationen också. Lastbilar är utrustade med motorer med hög effekt, eftersom deras massa är mycket högre än massan på en personbil.
Eldbollar designade för höghastighetsracing är lättade på ett sådant sätt att de minsta nödvändiga delarna fästs på dem, och motoreffekten ökas till de gränser som är möjliga. En av de viktigaste egenskaperna hos sportbilar är accelerationstiden till 100 km/h. Ju kortare detta tidsintervall, desto bättre hastighetsegenskaper har bilen.
Lagen om interaktion
Newtons lagar, baserade på naturens krafter, säger att varje interaktion åtföljs av uppkomsten av ett par krafter. Om bollen hänger på en tråd, så upplever den sin handling. I det här fallet sträcks tråden också under bollens verkan.
Formuleringen av den tredje regelbundenheten kompletterar Newtons lagar. Kort sagt låter det så här: handling är lika med reaktion. Vad betyder detta?
Krafterna med vilka kropparna verkar på varandra är lika stora, motsatta i riktning och riktade längs linjen som förbinder kropparnas centra. Intressant nog kan de inte kallas kompenserade, eftersom de verkar på olika kroppar.
Upprätthållande av lagar
Det berömda problemet med "häst och vagn" kan vara förvirrande. Hästen spänd till nämnda vagn flyttar denfrån plats. I enlighet med Newtons tredje lag verkar dessa två föremål på varandra med lika krafter, men i praktiken kan en häst flytta en vagn, som inte passar in i mönstrets grunder.
Lösningen hittas om vi tar hänsyn till att detta system av organ inte är stängt. Vägen har sin effekt på båda kropparna. Den statiska friktionskraften som verkar på hästens hovar överstiger vagnens hjuls rullande friktionskraft. När allt kommer omkring börjar rörelseögonblicket med ett försök att flytta vagnen. Om positionen ändras, kommer hästen under inga omständigheter att flytta den från sin plats. Hans hovar kommer att glida på vägen och det blir ingen rörelse.
I barndomen, när man åkte med varandra, kunde alla stöta på ett sådant exempel. Om två eller tre barn sitter på släden räcker uppenbarligen inte ett barns ansträngningar för att flytta dem.
Kroppens fall på jordens yta, förklarat av Aristoteles ("Varje kropp vet sin plats") kan motbevisas på grundval av ovanstående. Ett föremål rör sig mot jorden under påverkan av samma kraft som jorden rör sig mot den. Genom att jämföra deras parametrar (jordens massa är mycket större än kroppens massa), i enlighet med Newtons andra lag, hävdar vi att ett objekts acceleration är lika många gånger större än jordens acceleration. Vi observerar en förändring i kroppens hastighet, jorden rör sig inte från sin bana.
Tillämpningsgränser
Modern fysik förnekar inte Newtons lagar, utan fastställer bara gränserna för deras tillämplighet. Fram till början av 1900-talet tvivlade fysikerna inte på att dessa lagar förklarade alla naturfenomen.
1, 2, 3 lagNewton avslöjar till fullo orsakerna till beteendet hos makroskopiska kroppar. Förflyttning av föremål med försumbar hastighet beskrivs fullständigt av dessa postulat.
Försök att förklara utifrån deras rörelser hos kroppar med hastigheter nära ljusets hastighet är dömt att misslyckas. En fullständig förändring av egenskaperna hos rum och tid vid dessa hastigheter tillåter inte användningen av newtonsk dynamik. Dessutom ändrar lagarna sin form i icke-inertial FR. För deras tillämpning introduceras begreppet tröghetskraft.
Newtons lagar kan förklara astronomiska kroppars rörelser, reglerna för deras placering och interaktion. Lagen om universell gravitation införs för detta ändamål. Det är omöjligt att se resultatet av attraktionen av små kroppar, eftersom kraften är ringa.
Ömsesidig attraktion
Det finns en legend enligt vilken Mr. Newton, som satt i trädgården och såg äpplens fall, hade en briljant idé: att förklara rörelsen av föremål nära jordens yta och rörelsen av rymdkroppar på grundval av ömsesidig attraktion. Det är inte så långt ifrån sanningen. Observationer och noggranna beräkningar gällde inte bara äpplens fall utan också månens rörelse. Lagarna för denna rörelse leder till slutsatsen att attraktionskraften ökar med ökande massor av samverkande kroppar och minskar med ökande avstånd mellan dem.
Baserat på Newtons andra och tredje lag formuleras lagen om universell gravitation enligt följande: alla kroppar i universum attraheras av varandra med en kraft riktad längs linjen som förbinder kropparnas centra, proportionell mot massor av kroppar ochomvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan kropparnas mittpunkter.
Matematisk notation: F=GMm/r2, där F är attraktionskraften, M, m är massorna av de samverkande kropparna, r är avståndet mellan dem. Proportionalitetskoefficienten (G=6,62 x 10-11 Nm2/kg2) kallas gravitationskonstant.
Fysisk betydelse: denna konstant är lika med attraktionskraften mellan två kroppar med massor av 1 kg på ett avstånd av 1 m. Det är tydligt att för kroppar med små massor är kraften så obetydlig att den kan vara försummad. För planeter, stjärnor, galaxer är attraktionskraften så enorm att den helt bestämmer deras rörelse.
Det är Newtons tyngdlag som säger att för att skjuta upp raketer behöver du bränsle som kan skapa en sådan jetkraft för att övervinna jordens inflytande. Hastigheten som krävs för detta är den första utrymningshastigheten, som är 8 km/s.
Modern raketteknik gör det möjligt att skjuta upp obemannade stationer som artificiella satelliter för solen till andra planeter att utforska. Hastigheten som utvecklas av en sådan anordning är den andra rymdhastigheten, lika med 11 km/s.
Algorithm för tillämpning av lagar
Att lösa dynamikproblem är föremål för en viss sekvens av åtgärder:
- Analysera uppgiften, identifiera data, typ av rörelse.
- Rita en ritning som visar alla krafter som verkar på kroppen och accelerationsriktningen (om någon). Välj koordinatsystem.
- Skriv första eller andra lagen, beroende på tillgänglighetkroppsacceleration, i vektorform. Ta hänsyn till alla krafter (resulterande kraft, Newtons lagar: den första, om kroppens hastighet inte ändras, den andra, om det finns acceleration).
- Skriv om ekvationen i projektioner på de valda koordinataxlarna.
- Om det resulterande ekvationssystemet inte är tillräckligt, skriv ner andra: definitioner av krafter, kinematikekvationer, etc.
- Lös ekvationssystemet för det önskade värdet.
- Utför en dimensionskontroll för att avgöra om den resulterande formeln är korrekt.
- Beräkna.
Vanligtvis är dessa steg tillräckliga för alla standarduppgifter.
