Bevægelsen af forskellige kroppe i rummet i fysik studeres af et særligt afsnit - mekanik. Sidstnævnte er til gengæld opdelt i kinematik og dynamik. I denne artikel vil vi overveje mekanikkens love i fysik med fokus på dynamikken i kroppens translationelle og roterende bevægelse.
Historisk baggrund
Hvordan og hvorfor kroppe bevæger sig, har været interessant for filosoffer og videnskabsmænd siden oldtiden. Så Aristoteles troede, at objekter kun bevæger sig i rummet, fordi der er en vis ekstern indflydelse på dem. Hvis denne effekt standses, vil kroppen straks stoppe. Mange gamle græske filosoffer troede, at den naturlige tilstand for alle kroppe er hvile.
Med fremkomsten af den nye tidsalder begyndte mange videnskabsmænd at studere bevægelseslovene i mekanikken. Det skal bemærkes sådanne navne som Huygens, Hooke og Galileo. Sidstnævnte udviklede en videnskabelig tilgang til studiet af naturfænomener og opdagede faktisk mekanikkens første lov, som dog ikke bærer hans efternavn.
I 1687 blev en videnskabelig publikation udgivet, forfattet afEnglænderen Isaac Newton. I sit videnskabelige arbejde formulerede han klart de grundlæggende love for bevægelser af legemer i rummet, som sammen med loven om universel gravitation dannede grundlag ikke kun for mekanikken, men for al moderne klassisk fysik.
Om Newtons love
De kaldes også den klassiske mekaniks love, i modsætning til relativistisk, hvis postulater blev fremsat i begyndelsen af det 20. århundrede af Albert Einstein. I den første er der kun tre hovedlove, som hele fysikkens gren er baseret på. De hedder sådan her:
- Lov om inerti.
- Loven om forholdet mellem kraft og acceleration.
- Loven om handling og reaktion.
Hvorfor er disse tre love de vigtigste? Det er enkelt, enhver form for mekanik kan udledes af dem, men intet teoretisk princip fører til nogen af dem. Disse love følger udelukkende af talrige observationer og eksperimenter. Deres gyldighed bekræftes af pålideligheden af forudsigelserne opnået ved hjælp af dem til at løse forskellige problemer i praksis.
Inertilov
Newtons første lov i mekanik siger, at ethvert legeme i fravær af ydre påvirkning på det vil opretholde en tilstand af hvile eller retlinet bevægelse i enhver inerti-referenceramme.
For at forstå denne lov skal man forstå rapporteringssystemet. Det kaldes kun inerti, hvis det opfylder den angivne lov. Med andre ord, i inertisystemet er der ingender er fiktive kræfter, som ville kunne mærkes af iagttagere. For eksempel kan et system, der bevæger sig ensartet og i en lige linje, betragtes som inerti. På den anden side er et system, der roterer ensartet om en akse, ikke-inertielt på grund af tilstedeværelsen af fiktiv centrifugalkraft i det.
Loven om inerti fastslår årsagen til, at bevægelsens natur ændrer sig. Denne grund er tilstedeværelsen af en ekstern kraft. Bemærk, at flere kræfter kan virke på kroppen. I dette tilfælde skal de tilføjes i henhold til reglen om vektorer, hvis den resulterende kraft er lig med nul, vil kroppen fortsætte sin ensartede bevægelse. Det er også vigtigt at forstå, at der i klassisk mekanik ikke er nogen forskel mellem en krops ensartede bevægelse og dens hviletilstand.
Newtons anden lov
Han siger, at grunden til at ændre karakteren af kroppens bevægelse i rummet er tilstedeværelsen af en ekstern kraft, der ikke er nul, påført den. Faktisk er denne lov en fortsættelse af den tidligere. Dens matematiske notation er som følger:
F¯=ma¯.
Her er størrelsen a¯ den acceleration, der beskriver hastighedsvektorens ændringshastighed, m er kroppens inertimasse. Da m altid er større end nul, peger kraft- og accelerationsvektorerne i samme retning.
Den overvejede lov gælder for et stort antal fænomener i mekanik, for eksempel til beskrivelsen af processen med frit fald, bevægelse med acceleration af en bil, glidning af en stang langs et skråplan, svingning af et pendul,spænding af fjederskæl og så videre. Det er sikkert at sige, at det er dynamikkens hovedlov.
Momentum og momentum
Hvis man vender sig direkte til Newtons videnskabelige arbejde, kan man se, at videnskabsmanden selv formulerede mekanikkens anden lov noget anderledes:
Fdt=dp, hvor p=mv.
Værdien p kaldes momentum. Mange kalder det fejlagtigt kroppens impuls. Mængden af bevægelse er en inerti-energikarakteristik svarende til produktet af kroppens masse og dens hastighed.
Ændre momentum med en vis værdi dp kan kun udføres af en ekstern kraft F, der virker på kroppen i tidsintervallet dt. Produktet af en kraft og varigheden af dens virkning kaldes kraftens impuls eller blot impulsen.
Når to kroppe kolliderer, virker der en kollisionskraft mellem dem, hvilket ændrer hvert legemes momentum, men da denne kraft er intern i forhold til systemet af to kroppe, der undersøges, fører det ikke til en ændring i systemets samlede momentum. Dette faktum kaldes loven om bevarelse af momentum.
Spin med acceleration
Hvis mekanikkens lov formuleret af Newton anvendes på rotationsbevægelsen, vil følgende udtryk blive opnået:
M=Iα.
Here M - vinkelmomentum - dette er en værdi, der viser kraftens evne til at foretage et sving i systemet. Kraftmomentet beregnes som produktet af vektorkraften og radiusvektoren rettet fra aksen tilansøgningspunkt. Størrelsen I er inertimomentet. Ligesom kraftmomentet afhænger det af parametrene for det roterende system, især af den geometriske fordeling af kropsmasse i forhold til aksen. Endelig er værdien α vinkelaccelerationen, som giver dig mulighed for at bestemme, hvor mange radianer pr. sekund, vinkelhastigheden ændrer sig.
Hvis du omhyggeligt ser på den skrevne ligning og tegner en analogi mellem dens værdier og indikatorer fra den anden newtonske lov, så får vi deres fuldstændige identitet.
Loven om handling og reaktion
Det er tilbage for os at overveje mekanikkens tredje lov. Hvis de to første, på den ene eller den anden måde, blev formuleret af Newtons forgængere, og videnskabsmanden selv kun gav dem en harmonisk matematisk form, så er den tredje lov den store englænders oprindelige udtænkt. Så det siger: hvis to legemer kommer i kraftkontakt, så er kræfterne, der virker mellem dem, lige store og modsatte i retning. Mere kort kan vi sige, at enhver handling forårsager en reaktion.
F12¯=-F21¯.
Here F12¯ og F21¯ - virker fra siden af 1. krop til 2. og fra siden af 2. til henholdsvis 1. styrke.
Der er mange eksempler, der bekræfter denne lov. For eksempel, under et hop, bliver en person frastødt fra jordens overflade, sidstnævnte skubber ham op. Det samme gælder for at gå en rollator og skubbe en svømmers bassinvæg af. Et andet eksempel, hvis du trykker din hånd på bordet, så mærkes det modsatte.bordets effekt på hånden, som kaldes støttens reaktionskraft.
Når man løser problemer med anvendelsen af Newtons tredje lov, bør man ikke glemme, at aktionskraften og reaktionskraften påføres forskellige legemer, derfor giver de dem forskellige accelerationer.
