Gibanje različnih teles v prostoru v fiziki proučuje posebna sekcija - mehanika. Slednji pa je razdeljen na kinematiko in dinamiko. V tem članku bomo obravnavali zakone mehanike v fiziki, s poudarkom na dinamiki translacijskega in rotacijskega gibanja teles.
Zgodovinsko ozadje
Kako in zakaj se telesa premikajo, je zanimalo filozofe in znanstvenike že od antičnih časov. Aristotel je torej verjel, da se predmeti gibljejo v prostoru samo zato, ker nanje obstaja nek zunanji vpliv. Če se ta učinek ustavi, se bo telo takoj ustavilo. Številni starogrški filozofi so verjeli, da je naravno stanje vseh teles počitek.
S prihodom Nove dobe so številni znanstveniki začeli preučevati zakone gibanja v mehaniki. Treba je omeniti imena, kot so Huygens, Hooke in Galileo. Slednji je razvil znanstveni pristop k preučevanju naravnih pojavov in pravzaprav odkril prvi zakon mehanike, ki pa ne nosi njegovega priimka.
Leta 1687 je izšla znanstvena publikacija, avtorjaAnglež Isaac Newton. V svojem znanstvenem delu je jasno oblikoval osnovne zakone gibanja teles v prostoru, ki so skupaj z zakonom univerzalne gravitacije tvorili osnovo ne le mehanike, ampak vse sodobne klasične fizike.
O Newtonovih zakonih
Imenujejo jih tudi zakoni klasične mehanike, v nasprotju z relativističnimi, katerih postulate je v začetku 20. stoletja postavil Albert Einstein. V prvem so le trije glavni zakoni, na podlagi katerih temelji celotna veja fizike. Imenujejo se takole:
- Zakon vztrajnosti.
- Zakon razmerja med silo in pospeškom.
- Zakon akcije in reakcije.
Zakaj so ti trije zakoni glavni? Preprosto je, iz njih je mogoče izpeljati katero koli formulo mehanike, vendar noben teoretični princip ne vodi do nobene od njih. Ti zakoni izhajajo izključno iz številnih opazovanj in eksperimentov. Njihovo veljavnost potrjuje zanesljivost z njimi pridobljenih napovedi pri reševanju različnih problemov v praksi.
Zakon vztrajnosti
Newtonov prvi zakon v mehaniki pravi, da bo vsako telo v odsotnosti zunanjega vpliva nanj ohranilo stanje mirovanja ali premočrtnega gibanja v katerem koli inercialnem referenčnem sistemu.
Če želite razumeti ta zakon, morate razumeti sistem poročanja. Imenujemo ga inercialno le, če izpolnjuje navedeni zakon. Z drugimi besedami, v inercijskem sistemu niobstajajo fiktivne sile, ki bi jih občutili opazovalci. Na primer, sistem, ki se giblje enakomerno in v ravni črti, lahko štejemo za inercialnega. Po drugi strani pa je sistem, ki se enakomerno vrti okoli osi, neinercien zaradi prisotnosti fiktivne centrifugalne sile v njem.
Zakon vztrajnosti določa razlog, zakaj se narava gibanja spremeni. Ta razlog je prisotnost zunanje sile. Upoštevajte, da lahko na telo deluje več sil. V tem primeru jih je treba dodati po pravilu vektorjev, če je nastala sila enaka nič, bo telo nadaljevalo svoje enakomerno gibanje. Pomembno je tudi razumeti, da v klasični mehaniki ni razlike med enakomernim gibanjem telesa in njegovim stanjem mirovanja.
Newtonov drugi zakon
Pravi, da je razlog za spremembo narave gibanja telesa v prostoru prisotnost zunanje sile, ki ni nič, ki deluje nanj. Pravzaprav je ta zakon nadaljevanje prejšnjega. Njegov matematični zapis je naslednji:
F¯=ma¯.
Tukaj je količina a¯ pospešek, ki opisuje hitrost spremembe vektorja hitrosti, m je vztrajnostna masa telesa. Ker je m vedno večji od nič, vektorja sile in pospeška kažeta v isto smer.
Upoštevani zakon se uporablja za ogromno število pojavov v mehaniki, na primer za opis procesa prostega padca, gibanja s pospeškom avtomobila, drsenje palice po nagnjeni ravnini, nihanje nihala,napetost vzmetnih tehtnic in tako naprej. Lahko rečemo, da je glavni zakon dinamike.
Momentum and Momentum
Če se obrnete neposredno na Newtonovo znanstveno delo, lahko vidite, da je znanstvenik sam oblikoval drugi zakon mehanike nekoliko drugače:
Fdt=dp, kjer je p=mv.
Vrednost p se imenuje zagon. Mnogi ga napačno imenujejo impulz telesa. Količina gibanja je inercialno-energetska lastnost, enaka zmnožku telesne mase in njegove hitrosti.
Spreminjanje zagona za neko vrednost dp lahko izvede samo zunanja sila F, ki deluje na telo v časovnem intervalu dt. Produkt sile in trajanja njenega delovanja se imenuje impulz sile ali preprosto impulz.
Pri trku dveh teles med njima deluje sila trka, ki spremeni zagon vsakega telesa, vendar, ker je ta sila notranja glede na sistem dveh preučevanih teles, ne vodi do spremembe v skupnem zagonu sistema. To dejstvo se imenuje zakon o ohranitvi zagona.
Zavrtite s pospeševanjem
Če za rotacijsko gibanje uporabimo zakon mehanike, ki ga je oblikoval Newton, dobimo naslednji izraz:
M=Iα.
Tukaj M - kotni moment - to je vrednost, ki kaže sposobnost sile, da naredi zavoj v sistemu. Trenutek sile se izračuna kot zmnožek vektorske sile in vektorja polmera, usmerjenega od osi protiaplikacijsko točko. Količina I je vztrajnostni moment. Tako kot moment sile je odvisen od parametrov vrtljivega sistema, zlasti od geometrijske porazdelitve telesne mase glede na os. Končno je vrednost α kotni pospešek, ki vam omogoča, da določite, za koliko radianov na sekundo se spremeni kotna hitrost.
Če natančno pogledate napisano enačbo in potegnete analogijo med njenimi vrednostmi in kazalniki iz drugega Newtonovega zakona, potem bomo dobili njihovo popolno identiteto.
Zakon akcije in reakcije
Ostane nam še, da razmislimo o tretjem zakonu mehanike. Če so prva dva, tako ali drugače, oblikovali Newtonovi predhodniki, sam znanstvenik pa jima je dal le harmonično matematično obliko, potem je tretji zakon izvirna zamisel velikega Angleža. Torej, pravi: če se dve telesi dotakneta, so sile, ki delujejo med njima, enake po velikosti in nasprotne smeri. Na kratko lahko rečemo, da vsako dejanje povzroči reakcijo.
F12¯=-F21¯.
Tukaj F12¯ in F21¯ - delujejo s strani 1. telesa na 2. in s strani 2. do 1. jakosti.
Obstaja veliko primerov, ki potrjujejo ta zakon. Na primer, med skokom se človek odbije od površine zemlje, slednja ga potisne navzgor. Enako velja za hojo s sprehajalcem in odrivanje s stene bazena za plavalce. Drug primer, če pritisnete z roko na mizo, se čuti nasprotno.učinek mize na roko, ki se imenuje reakcijska sila podpore.
Pri reševanju nalog o uporabi Newtonovega tretjega zakona ne smemo pozabiti, da se akcijska sila in reakcijska sila uporabljata na različna telesa, zato jim dajeta različne pospeške.
