Rörelsen av olika kroppar i rymden i fysiken studeras av en speciell sektion - mekanik. Det senare är i sin tur uppdelat i kinematik och dynamik. I den här artikeln kommer vi att överväga mekanikens lagar i fysiken, med fokus på dynamiken i kroppars translationella och roterande rörelser.
Historisk bakgrund
Hur och varför kroppar rör sig har varit av intresse för filosofer och vetenskapsmän sedan urminnes tider. Så Aristoteles trodde att föremål rör sig i rymden bara för att det finns någon yttre påverkan på dem. Om denna effekt stoppas kommer kroppen omedelbart att stanna. Många forntida grekiska filosofer trodde att det naturliga tillståndet för alla kroppar är vila.
Med tillkomsten av New Age började många forskare studera rörelselagarna inom mekaniken. Det bör noteras sådana namn som Huygens, Hooke och Galileo. Den senare utvecklade ett vetenskapligt förhållningssätt till studiet av naturfenomen och upptäckte faktiskt mekanikens första lag, som dock inte bär hans efternamn.
År 1687 publicerades en vetenskaplig publikation, författad avEngelsmannen Isaac Newton. I sitt vetenskapliga arbete formulerade han tydligt de grundläggande rörelselagarna för kroppar i rymden, vilka tillsammans med lagen om universell gravitation utgjorde grunden inte bara för mekaniken, utan för all modern klassisk fysik.
Om Newtons lagar
De kallas också för den klassiska mekanikens lagar, i motsats till relativistisk, vars postulat lades fram i början av 1900-talet av Albert Einstein. I den första finns det bara tre huvudlagar som hela fysikens gren är baserad på. De heter så här:
- Law of inertia.
- Lagen om förhållandet mellan kraft och acceleration.
- Lagen om handling och reaktion.
Varför är dessa tre lagar de viktigaste? Det är enkelt, vilken mekanikformel som helst kan härledas från dem, men ingen teoretisk princip leder till någon av dem. Dessa lagar följer uteslutande av åtskilliga observationer och experiment. Deras giltighet bekräftas av tillförlitligheten hos de förutsägelser som erhållits med hjälp av dem för att lösa olika problem i praktiken.
tröghetslag
Newtons första lag inom mekanik säger att varje kropp i avsaknad av yttre påverkan på den kommer att bibehålla ett tillstånd av vila eller rätlinjig rörelse i vilken tröghetsreferensram som helst.
För att förstå denna lag måste man förstå rapporteringssystemet. Det kallas tröghet endast om det uppfyller den angivna lagen. Med andra ord, i tröghetssystemet finns det ingendet finns fiktiva krafter som skulle kännas av observatörer. Till exempel kan ett system som rör sig likformigt och i en rak linje betraktas som tröghet. Å andra sidan är ett system som roterar likformigt runt en axel icke-trögt på grund av närvaron av fiktiv centrifugalkraft i det.
Tröghetens lag fastställer anledningen till att rörelsens natur förändras. Detta skäl är närvaron av en yttre kraft. Observera att flera krafter kan verka på kroppen. I det här fallet måste de läggas till enligt vektorregeln, om den resulterande kraften är lika med noll, kommer kroppen att fortsätta sin enhetliga rörelse. Det är också viktigt att förstå att inom klassisk mekanik finns det ingen skillnad mellan en kropps enhetliga rörelse och dess vilotillstånd.
Newtons andra lag
Han säger att anledningen till att ändra karaktären på kroppens rörelse i rymden är närvaron av en extern kraft som inte är noll som appliceras på den. Faktum är att denna lag är en fortsättning på den tidigare. Dess matematiska notation är följande:
F¯=ma¯.
Här är kvantiteten a¯ accelerationen som beskriver hastighetsvektorns förändringshastighet, m är kroppens tröghetsmassa. Eftersom m alltid är större än noll pekar kraft- och accelerationsvektorerna i samma riktning.
Den övervägda lagen är tillämplig på ett stort antal fenomen inom mekanik, till exempel för beskrivningen av processen med fritt fall, rörelse med acceleration av en bil, glidning av en stång längs ett lutande plan, svängning av en pendel,spänning av fjäderfjäll och så vidare. Det är säkert att säga att det är dynamikens huvudlag.
Momentum and Momentum
Om du vänder dig direkt till Newtons vetenskapliga arbete kan du se att vetenskapsmannen själv formulerade mekanikens andra lag något annorlunda:
Fdt=dp, där p=mv.
Värdet p kallas momentum. Många kallar det felaktigt kroppens impuls. Mängden rörelse är en tröghetsenergikaraktär som är lika med produkten av kroppens massa och dess hastighet.
Ändra rörelsemängden med något värde dp kan endast göras av en yttre kraft F som verkar på kroppen under tidsintervallet dt. Produkten av en kraft och varaktigheten av dess verkan kallas kraftens impuls eller helt enkelt impulsen.
När två kroppar kolliderar verkar en kollisionskraft mellan dem, vilket ändrar rörelsemängden för varje kropp, men eftersom denna kraft är intern i förhållande till systemet av två kroppar som studeras, leder den inte till en förändring i systemets totala fart. Detta faktum kallas lagen om bevarande av momentum.
Snurra med acceleration
Om mekanikens lag formulerad av Newton tillämpas på rotationsrörelsen, kommer följande uttryck att erhållas:
M=Iα.
Här M - vinkelmoment - detta är ett värde som visar kraftens förmåga att göra en sväng i systemet. Kraftmomentet beräknas som produkten av vektorkraften och radievektorn riktad från axeln tillansökningspunkt. Kvantiteten I är tröghetsmomentet. Liksom kraftmomentet beror det på parametrarna för det roterande systemet, i synnerhet på den geometriska fördelningen av kroppsmassan i förhållande till axeln. Slutligen är värdet α vinkelaccelerationen, vilket gör att du kan bestämma hur många radianer per sekund som vinkelhastigheten ändras.
Om du noggrant tittar på den skrivna ekvationen och drar en analogi mellan dess värden och indikatorer från den andra Newtonska lagen, så får vi deras fullständiga identitet.
Lagen om handling och reaktion
Det återstår för oss att överväga mekanikens tredje lag. Om de två första, på ett eller annat sätt, formulerades av Newtons föregångare, och vetenskapsmannen själv bara gav dem en harmonisk matematisk form, så är den tredje lagen den store engelsmannens ursprungliga idé. Så, det står: om två kroppar kommer i kraftkontakt, är krafterna som verkar mellan dem lika stora och motsatta i riktning. Mer kortfattat kan vi säga att varje åtgärd orsakar en reaktion.
F12¯=-F21¯.
Here F12¯ och F21¯ - agerar från sidan av den första kroppen till den andra och från sidan av den andra till 1:a styrka, respektive.
Det finns många exempel som bekräftar denna lag. Till exempel, under ett hopp, stöts en person bort från jordens yta, den senare trycker upp honom. Detsamma gäller för att gå en rullator och trycka av en simmars bassängvägg. Ett annat exempel, om du trycker din hand på bordet, då känns motsatsen.bordets effekt på handen, vilket kallas stödets reaktionskraft.
När man löser problem med tillämpningen av Newtons tredje lag, bör man inte glömma att aktionskraften och reaktionskraften appliceras på olika kroppar, därför ger de dem olika accelerationer.
