Bevegelsen til forskjellige kropper i rommet i fysikk studeres av en spesiell seksjon - mekanikk. Sistnevnte er på sin side delt inn i kinematikk og dynamikk. I denne artikkelen vil vi vurdere mekanikkens lover i fysikk, med fokus på dynamikken i kroppens translasjons- og rotasjonsbevegelser.
Historisk bakgrunn
Hvordan og hvorfor kropper beveger seg har vært av interesse for filosofer og vitenskapsmenn siden antikken. Så Aristoteles mente at objekter beveger seg i rommet bare fordi det er en ekstern påvirkning på dem. Hvis denne effekten stoppes, stopper kroppen umiddelbart. Mange gamle greske filosofer trodde at den naturlige tilstanden til alle kropper er hvile.
Med ankomsten av New Age begynte mange forskere å studere bevegelseslovene i mekanikk. Det bør bemerkes slike navn som Huygens, Hooke og Galileo. Sistnevnte utviklet en vitenskapelig tilnærming til studiet av naturfenomener og oppdaget faktisk mekanikkens første lov, som imidlertid ikke bærer hans etternavn.
I 1687 ble det utgitt en vitenskapelig publikasjon, forfattet avEngelskmannen Isaac Newton. I sitt vitenskapelige arbeid formulerte han klart de grunnleggende bevegelseslovene til legemer i rommet, som sammen med loven om universell gravitasjon dannet grunnlaget ikke bare for mekanikk, men for all moderne klassisk fysikk.
Om Newtons lover
De kalles også lovene for klassisk mekanikk, i motsetning til relativistisk, postulatene som ble fremsatt tidlig på 1900-tallet av Albert Einstein. I den første er det bare tre hovedlover som hele fysikkens gren er basert på. De heter slik:
- Law of inertia.
- Loven om forholdet mellom kraft og akselerasjon.
- Loven om handling og reaksjon.
Hvorfor er disse tre lovene de viktigste? Det er enkelt, enhver mekanikkformel kan utledes fra dem, men ingen teoretisk prinsipp fører til noen av dem. Disse lovene følger utelukkende fra en rekke observasjoner og eksperimenter. Deres gyldighet bekreftes av påliteligheten til spådommene som er oppnådd ved hjelp av dem for å løse ulike problemer i praksis.
treghetslov
Newtons første lov i mekanikk sier at ethvert legeme i fravær av ytre påvirkning på det vil opprettholde en tilstand av hvile eller rettlinjet bevegelse i enhver treghetsreferanseramme.
For å forstå denne loven må man forstå rapporteringssystemet. Det kalles treghet bare hvis det tilfredsstiller den angitte loven. Med andre ord, i treghetssystemet er det ingendet er fiktive krefter som vil bli følt av observatører. For eksempel kan et system som beveger seg jevnt og i en rett linje betraktes som treghet. På den annen side er et system som roterer jevnt rundt en akse ikke-treghet på grunn av tilstedeværelsen av fiktiv sentrifugalkraft i det.
Treghetsloven fastslår årsaken til at bevegelsens natur endres. Denne grunnen er tilstedeværelsen av en ekstern kraft. Merk at flere krefter kan virke på kroppen. I dette tilfellet må de legges til i henhold til vektorregelen, hvis den resulterende kraften er lik null, vil kroppen fortsette sin jevne bevegelse. Det er også viktig å forstå at i klassisk mekanikk er det ingen forskjell mellom den ensartede bevegelsen til en kropp og dens hviletilstand.
Newtons andre lov
Han sier at grunnen til å endre naturen til kroppens bevegelser i rommet er tilstedeværelsen av en ekstern kraft som ikke er null på den. Faktisk er denne loven en fortsettelse av den forrige. Dens matematiske notasjon er som følger:
F¯=ma¯.
Her er mengden a¯ akselerasjonen som beskriver endringshastigheten til hastighetsvektoren, m er treghetsmassen til kroppen. Siden m alltid er større enn null, peker kraft- og akselerasjonsvektorene i samme retning.
Den betraktede loven gjelder for et stort antall fenomener innen mekanikk, for eksempel for beskrivelsen av prosessen med fritt fall, bevegelse med akselerasjon av en bil, glidning av en stang langs et skråplan, oscillasjon av en pendel,spenning av fjærskjell og så videre. Det er trygt å si at det er dynamikkens hovedlov.
Momentum og momentum
Hvis du går direkte til Newtons vitenskapelige arbeid, kan du se at vitenskapsmannen selv formulerte mekanikkens andre lov noe annerledes:
Fdt=dp, hvor p=mv.
Verdien p kalles momentum. Mange kaller det feilaktig kroppens impuls. Mengden av bevegelse er en treghetsenergikarakteristikk lik produktet av kroppens masse og dens hastighet.
Endre bevegelsesmengden med en verdi dp kan bare gjøres av en ekstern kraft F som virker på kroppen i løpet av tidsintervallet dt. Produktet av en kraft og varigheten av dens virkning kalles kraftens impuls eller ganske enkelt impulsen.
Når to kropper kolliderer, virker en kollisjonskraft mellom dem, noe som endrer farten til hvert legeme, men siden denne kraften er intern i forhold til systemet med to kropper som studeres, fører den ikke til en endring i systemets totale momentum. Dette faktum kalles loven om bevaring av momentum.
Spinn med akselerasjon
Hvis mekanikkens lov formulert av Newton brukes på rotasjonsbevegelsen, vil følgende uttrykk bli oppnådd:
M=Iα.
Here M - vinkelmomentum - dette er en verdi som viser kraftens evne til å gjøre en sving i systemet. Kraftmomentet beregnes som produktet av vektorkraften og radiusvektoren rettet fra aksen tilsøknadspunkt. Mengden I er treghetsmomentet. I likhet med kraftmomentet, avhenger det av parametrene til det roterende systemet, spesielt av den geometriske fordelingen av kroppsmasse i forhold til aksen. Til slutt er verdien α vinkelakselerasjonen, som lar deg bestemme hvor mange radianer per sekund vinkelhastigheten endres.
Hvis du nøye ser på den skrevne ligningen og trekker en analogi mellom dens verdier og indikatorer fra den andre Newtonske loven, vil vi få deres fullstendige identitet.
Loven om handling og reaksjon
Det gjenstår for oss å vurdere mekanikkens tredje lov. Hvis de to første, på en eller annen måte, ble formulert av Newtons forgjengere, og vitenskapsmannen selv bare ga dem en harmonisk matematisk form, så er den tredje loven det opprinnelige hjernebarnet til den store engelskmannen. Så, det står: hvis to kropper kommer i kraftkontakt, er kreftene som virker mellom dem like store og motsatte i retning. Mer kort kan vi si at enhver handling forårsaker en reaksjon.
F12¯=-F21¯.
Here F12¯ og F21¯ - virker fra siden av 1. kropp til 2. og fra siden av 2. til henholdsvis 1. styrke.
Det er mange eksempler som bekrefter denne loven. For eksempel, under et hopp, blir en person frastøtt fra jordens overflate, sistnevnte skyver ham opp. Det samme gjelder for å gå en rullator og dytte av bassengveggen til en svømmer. Et annet eksempel, hvis du trykker hånden på bordet, så føles det motsatte.effekten av bordet på hånden, som kalles støttens reaksjonskraft.
Når man løser problemer med anvendelsen av Newtons tredje lov, bør man ikke glemme at aksjonskraften og reaksjonskraften brukes på forskjellige legemer, derfor gir de dem forskjellige akselerasjoner.
