Studium av naturfenomener på grunnlag av et eksperiment er bare mulig hvis alle stadier er observert: observasjon, hypotese, eksperiment, teori. Observasjon vil avdekke og sammenligne fakta, hypotesen gjør det mulig å gi dem en detaljert vitenskapelig forklaring som krever eksperimentell bekreftelse. Observasjon av kroppens bevegelser førte til en interessant konklusjon: En endring i en kropps hastighet er bare mulig under påvirkning av en annen kropp.
Hvis du for eksempel raskt løper opp trappene, trenger du i svingen bare å ta tak i rekkverket (endre bevegelsesretningen), eller stoppe (endre hastighetsverdien) for ikke å kollidere med motsatt vegg.
Observasjoner av lignende fenomener førte til opprettelsen av en gren av fysikken som studerer årsakene til endringer i kroppens hastighet eller deres deformasjon.
Dynamics Basics
Dynamikk blir bedt om å svare på sakramentspørsmålet om hvorfor den fysiske kroppen beveger seg på en eller annen måte eller er i ro.
Vurder hviletilstanden. Basert på konseptet om bevegelses relativitet, kan vi konkludere: det finnes ingen og kan ikke være absolutt ubevegelige kropper. Noenet objekt, som er ubevegelig i forhold til ett referanselegeme, beveger seg i forhold til et annet. For eksempel er en bok som ligger på et bord urørlig i forhold til bordet, men hvis vi vurderer dens posisjon i forhold til en forbipasserende person, trekker vi en naturlig konklusjon: boken beveger seg.
Derfor vurderes legemers bevegelseslover i treghetsreferanserammer. Hva er det?
Trehetsreferanseramme kalles, der kroppen er i ro eller utfører ensartet og rettlinjet bevegelse, forutsatt at det ikke er noen påvirkning av andre objekter eller objekter på den.
I eksemplet ovenfor kan referanserammen knyttet til tabellen kalles treghet. En person som beveger seg jevnt og i en rett linje kan tjene som en referanseramme for ISO. Hvis bevegelsen akselereres, er det umulig å assosiere en treghet CO med den.
Faktisk kan et slikt system korreleres med kropper som er stivt festet på jordens overflate. Planeten i seg selv kan imidlertid ikke tjene som referanselegeme for IFR, da den roterer jevnt rundt sin egen akse. Kroppene på overflaten har sentripetal akselerasjon.
Hva er momentum?
Fenomenet treghet er direkte relatert til ISO. Husker du hva som skjer hvis en bil i bevegelse stopper brått? Passasjerer er i fare mens de fortsetter på reisen. Den kan stoppes av et sete foran eller sikkerhetsbelter. Denne prosessen forklares av tregheten til passasjeren. Stemmer det?
Treghet er et fenomen som forutsetter bevaringenkonstant hastighet på kroppen i fravær av påvirkning fra andre kropper på den. Passasjeren er påvirket av belter eller seter. Fenomenet treghet er ikke observert her.
Forklaringen ligger i kroppens eiendom, og ifølge den er det umulig å endre hastigheten til en gjenstand umiddelbart. Dette er treghet. For eksempel gjør inertheten til kvikksølv i et termometer det mulig å senke stangen hvis vi rister termometeret.
Mål på treghet kalles kroppens masse. Ved samhandling endres hastigheten raskere for kropper med mindre masse. Kollisjonen av en bil med en betongvegg for sistnevnte forløper nesten sporløst. Bilen gjennomgår oftest irreversible endringer: hastighetsendringer, betydelig deformasjon oppstår. Det viser seg at tregheten til en betongvegg betydelig overstiger tregheten til en bil.
Er det mulig å møte treghet i naturen? Tilstanden hvor kroppen er uten forbindelse med andre kropper er dype rom, der romfartøyet beveger seg med motorene slått av. Men selv i dette tilfellet er gravitasjonsmomentet tilstede.
Grunnleggende mengder
Å studere dynamikk på eksperimentelt nivå innebærer å eksperimentere med målinger av fysiske mengder. Mest interessant:
- akselerasjon som et mål på endringshastigheten i kroppens hastighet; angi den med bokstaven a, mål i m/s2;
- masse som et mål på treghet; merket med bokstaven m, målt i kg;
- kraft som et mål på gjensidig handling av kropper; oftest betegnet med bokstaven F, målt i N (newton).
Forholdet mellom disse mengdenesatt opp i tre mønstre, utledet av den største engelske fysikeren. Newtons lover er utformet for å forklare kompleksiteten i samspillet mellom ulike kropper. Samt prosessene som styrer dem. Det er begrepene «akselerasjon», «kraft», «masse» Newtons lover forbinder med matematiske sammenhenger. La oss prøve å finne ut hva det betyr.
Handlingen av bare én kraft er et eksepsjonelt fenomen. En kunstig satellitt som går i bane rundt jorden påvirkes for eksempel bare av tyngdekraften.
Resultant
Handlingen av flere styrker kan erstattes av én kraft.
Den geometriske summen av krefter som virker på et legeme kalles resultanten.
Vi snakker om en geometrisk sum, siden kraft er en vektormengde, som ikke bare avhenger av påføringspunktet, men også av virkningsretningen.
Hvis du for eksempel trenger å flytte på en ganske stor garderobe, kan du invitere venner. Sammen oppnår vi ønsket resultat. Men du kan bare invitere en veldig sterk person. Hans innsats er lik handlingen til alle venner. Kraften som brukes av helten kan kalles resultanten.
Newtons bevegelseslover er formulert på grunnlag av begrepet "resultant".
Law of inertia
Begynn å studere Newtons lover med det vanligste fenomenet. Den første loven kalles vanligvis treghetsloven, siden den fastslår årsakene til jevn rettlinjet bevegelse eller hviletilstanden til kroppen.
Kroppen beveger seg jevnt og rettlinjet ellerhviler hvis ingen kraft virker på den, eller denne handlingen blir kompensert.
Det kan hevdes at resultanten i dette tilfellet er lik null. I denne tilstanden er for eksempel en bil som beveger seg med konstant hastighet på en rett del av veien. Virkningen av tiltrekningskraften kompenseres av reaksjonskraften til støtten, og skyvekraften til motoren er lik i absolutt verdi som kraften til motstand mot bevegelse.
Lysekronen hviler på taket, ettersom tyngdekraften kompenseres av spenningen i armaturene.
Bare de kreftene som påføres én kropp kan kompenseres.
Newtons andre lov
La oss gå videre. Årsakene som forårsaker en endring i kroppens hastighet vurderes av Newtons andre lov. Hva snakker han om?
Resultanten av kreftene som virker på et legeme er definert som produktet av kroppens masse og akselerasjonen oppnådd under påvirkning av kreftene.
2 Newtons lov (formel: F=ma) etablerer dessverre ikke årsakssammenhenger mellom de grunnleggende begrepene kinematikk og dynamikk. Han kan ikke finne nøyaktig hva som får kroppene til å akselerere.
La oss formulere det annerledes: akselerasjonen mottatt av kroppen er direkte proporsjonal med de resulterende kreftene og omvendt proporsjonal med kroppens masse.
Dermed kan det fastslås at endringen i hastighet bare skjer avhengig av kraften som påføres den og kroppens masse.
2 Newtons lov, hvis formel kan være som følger: a=F/m, regnes som grunnleggende i vektorform, siden den gjør det muligetablere forbindelser mellom grener av fysikk. Her er a kroppens akselerasjonsvektor, F er resultanten av krefter, m er kroppens masse.
Den akselererte bevegelsen til bilen er mulig hvis trekkraften til motorene overstiger kraften til motstand mot bevegelse. Når skyvekraften øker, øker også akselerasjonen. Lastebiler er utstyrt med motorer med høy effekt, fordi massen deres er mye høyere enn massen til en personbil.
Brannkuler designet for høyhastighetsracing er lettet på en slik måte at minimum nødvendige deler festes til dem, og motorkraften økes til de grensene som er mulig. En av de viktigste egenskapene til sportsbiler er akselerasjonstiden til 100 km/t. Jo kortere dette tidsintervallet er, desto bedre hastighetsegenskaper har bilen.
The law of interaction
Newtons lover, basert på naturkreftene, sier at enhver interaksjon er ledsaget av tilsynekomsten av et par krefter. Hvis ballen henger på en tråd, så opplever den sin handling. I dette tilfellet strekkes tråden også under påvirkning av ballen.
Formuleringen av den tredje regulariteten fullfører Newtons lover. Kort fort alt høres det slik ut: handling er lik reaksjon. Hva betyr dette?
Krftene som legemene virker på hverandre med, er like store, motsatte i retning og rettet langs linjen som forbinder legenes senter. Interessant nok kan de ikke kalles kompensert, fordi de virker på forskjellige organer.
Håndhevelse av lover
Det berømte "Hest and Cart"-problemet kan være forvirrende. Hesten festet til nevnte vogn flytter denfra sted. I samsvar med Newtons tredje lov virker disse to objektene på hverandre med like krefter, men i praksis kan en hest flytte en vogn, som ikke passer inn i mønsterets fundament.
Løsningen finnes hvis vi tar i betraktning at dette organsystemet ikke er lukket. Veien har sin effekt på begge kroppene. Den statiske friksjonskraften som virker på hestens hover overstiger rullefriksjonskraften til vognhjulene. Tross alt begynner bevegelsesøyeblikket med et forsøk på å flytte vognen. Hvis posisjonen endres, vil hesten under ingen omstendigheter flytte den fra sin plass. Hovene hans vil skli på veien og det blir ingen bevegelse.
I barndommen, å ake hverandre, kunne alle komme over et slikt eksempel. Hvis to eller tre barn sitter på sleden, er innsatsen til ett barn tydeligvis ikke nok til å flytte dem.
Kroppenes fall på jordens overflate, forklart av Aristoteles ("Every body knows its place") kan tilbakevises på grunnlag av ovenstående. Et objekt beveger seg mot jorden under påvirkning av den samme kraften som jorden beveger seg mot den. Ved å sammenligne parametrene deres (massen til jorden er mye større enn massen til kroppen), i samsvar med Newtons andre lov, hevder vi at akselerasjonen til et objekt er like mange ganger større enn jordens akselerasjon. Vi observerer en endring i kroppens hastighet, Jorden beveger seg ikke fra sin bane.
Anvendelsesgrenser
Moderne fysikk benekter ikke Newtons lover, men setter bare grensene for deres anvendelighet. Fram til begynnelsen av 1900-tallet var fysikere ikke i tvil om at disse lovene forklarte alle naturfenomener.
1, 2, 3 lovNewton avslører fullt ut årsakene til oppførselen til makroskopiske kropper. Bevegelsen av gjenstander med ubetydelig hastighet er fullstendig beskrevet av disse postulatene.
Forsøk på å forklare på grunnlag av deres bevegelser til kropper med hastigheter nær lysets hastighet er dømt til å mislykkes. En fullstendig endring i egenskapene til rom og tid ved disse hastighetene tillater ikke bruk av newtonsk dynamikk. I tillegg endrer lovene sin form i ikke-tregne FR-er. For deres anvendelse introduseres begrepet treghetskraft.
Newtons lover kan forklare bevegelsen til astronomiske kropper, reglene for deres plassering og interaksjon. Loven om universell gravitasjon er introdusert for dette formålet. Det er umulig å se resultatet av tiltrekningen av små kropper, fordi kraften er liten.
Gjensidig attraksjon
Det er en legende ifølge at Mr. Newton, som satt i hagen og så på eplenes fall, hadde en strålende idé: å forklare bevegelsen til objekter nær jordoverflaten og bevegelsen til romkropper på grunnlag av gjensidig tiltrekning. Det er ikke så langt fra sannheten. Observasjoner og nøyaktige beregninger gjaldt ikke bare eplers fall, men også månens bevegelse. Lovene i denne bevegelsen fører til konklusjonen at tiltrekningskraften øker med økende masser av samvirkende kropper og avtar med økende avstand mellom dem.
Basert på Newtons andre og tredje lov, er loven om universell gravitasjon formulert som følger: alle legemer i universet tiltrekkes av hverandre med en kraft rettet langs linjen som forbinder legenes sentre, proporsjonal med massene av kroppene ogomvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom sentrene til kroppene.
Matematisk notasjon: F=GMm/r2, der F er tiltrekningskraften, M, m er massene til de samvirkende legemene, r er avstanden mellom dem. Proporsjonalitetskoeffisienten (G=6,62 x 10-11 Nm2/kg2) kalles gravitasjonskonstant.
Fysisk betydning: denne konstanten er lik tiltrekningskraften mellom to kropper med masser på 1 kg i en avstand på 1 m. Det er klart at for kropper med små masser er kraften så ubetydelig at den kan være forsømt. For planeter, stjerner, galakser er tiltrekningskraften så stor at den helt bestemmer bevegelsen deres.
Det er Newtons tyngdelov som sier at for å skyte opp raketter trenger du drivstoff som kan skape en slik jetkraft for å overvinne jordens påvirkning. Hastigheten som kreves for dette er den første rømningshastigheten, som er 8 km/s.
Moderne rakettteknologi gjør det mulig å skyte opp ubemannede stasjoner som kunstige solsatellitter til andre planeter for å utforske. Hastigheten utviklet av en slik enhet er den andre romhastigheten, lik 11 km/s.
Algorithm for å anvende lover
Løsing av dynamikkproblemer er underlagt en viss rekkefølge av handlinger:
- Analyser oppgaven, identifiser data, type bevegelse.
- Tegn en tegning som viser alle kreftene som virker på kroppen og akselerasjonsretningen (hvis noen). Velg koordinatsystem.
- Skriv første eller andre lov, avhengig av tilgjengelighetkroppsakselerasjon, i vektorform. Ta hensyn til alle krefter (resulterende kraft, Newtons lover: den første, hvis kroppens hastighet ikke endres, den andre, hvis det er akselerasjon).
- Skriv om ligningen i projeksjoner på de valgte koordinataksene.
- Hvis det resulterende likningssystemet ikke er nok, skriv ned andre: definisjoner av krefter, kinematikkligninger, osv.
- Løs ligningssystemet for ønsket verdi.
- Utfør en dimensjonskontroll for å finne ut om den resulterende formelen er riktig.
- Beregn.
Vanligvis er disse trinnene tilstrekkelige for alle standardoppgaver.
