Die studie van natuurverskynsels op grond van 'n eksperiment is slegs moontlik as alle stadiums waargeneem word: waarneming, hipotese, eksperiment, teorie. Waarneming sal die feite openbaar en vergelyk, die hipotese maak dit moontlik om hulle 'n gedetailleerde wetenskaplike verduideliking te gee wat eksperimentele bevestiging vereis. Waarneming van die beweging van liggame het tot 'n interessante gevolgtrekking gelei: 'n verandering in die spoed van 'n liggaam is slegs moontlik onder die invloed van 'n ander liggaam.
As jy byvoorbeeld vinnig met die trappe ophardloop, moet jy op die draai net die reling gryp (verander die bewegingsrigting), of stop (verander die spoedwaarde) om nie teen die oorkantste muur.
Waarnemings van soortgelyke verskynsels het gelei tot die skepping van 'n tak van fisika wat die oorsake van veranderinge in die spoed van liggame of hul vervorming bestudeer.
Dynamics Basics
Dynamics word geroep om die sakramentele vraag te beantwoord oor hoekom die fisiese liggaam op een of ander manier beweeg of in rus is.
Oorweeg die toestand van rus. Gebaseer op die konsep van die relatiwiteit van beweging, kan ons aflei: daar is geen en kan nie absoluut beweginglose liggame wees nie. Enige'n voorwerp, wat bewegingloos is ten opsigte van een verwysingsliggaam, beweeg relatief tot 'n ander. Byvoorbeeld, 'n boek wat op 'n tafel lê is roerloos relatief tot die tafel, maar as ons die posisie daarvan in verhouding tot 'n verbygaande persoon oorweeg, maak ons 'n natuurlike gevolgtrekking: die boek beweeg.
Daarom word die bewegingswette van liggame in traagheidsverwysingsraamwerke beskou. Wat is dit?
Traagheidsverwysingsraamwerk word genoem, waarin die liggaam in rus is of eenvormige en reglynige beweging uitvoer, mits daar geen invloed van ander voorwerpe of voorwerpe daarop is nie.
In die voorbeeld hierbo kan die verwysingsraamwerk wat met die tabel geassosieer word, traagheid genoem word. 'n Persoon wat eenvormig en in 'n reguit lyn beweeg kan as 'n verwysingsraamwerk vir die ISO dien. As sy beweging versnel word, dan is dit onmoontlik om 'n traagheid CO daarmee te assosieer.
Trouens, so 'n stelsel kan gekorreleer word met liggame wat rigied op die oppervlak van die Aarde vasgemaak is. Die planeet self kan egter nie as verwysingsliggaam vir IFR dien nie, aangesien dit eenvormig om sy eie as draai. Liggame op die oppervlak het sentripetale versnelling.
Wat is momentum?
Die verskynsel van traagheid hou direk verband met ISO. Onthou wat gebeur as 'n bewegende motor skielik stop? Passasiers is in gevaar terwyl hulle op hul reis voortgaan. Dit kan gestop word deur 'n sitplek voor of veiligheidsgordels. Hierdie proses word verklaar deur die traagheid van die passasier. Is dit reg?
Traagheid is 'n verskynsel wat die bewaring veronderstelkonstante spoed van die liggaam in die afwesigheid van invloed van ander liggame daarop. Die passasier is onder die invloed van gordels of sitplekke. Die verskynsel van traagheid word nie hier waargeneem nie.
Die verduideliking lê in die eienskap van die liggaam, en daarvolgens is dit onmoontlik om die spoed van 'n voorwerp onmiddellik te verander. Dit is traagheid. Byvoorbeeld, die traagheid van kwik in 'n termometer maak dit moontlik om die staaf te verlaag as ons die termometer skud.
Meet van traagheid word die massa van die liggaam genoem. Wanneer daar interaksie is, verander die spoed vinniger vir liggame met minder massa. Die botsing van 'n motor met 'n betonmuur vir laasgenoemde verloop byna spoorloos. Die motor ondergaan meestal onomkeerbare veranderinge: spoedveranderinge, aansienlike vervorming vind plaas. Dit blyk dat die traagheid van 'n betonmuur die traagheid van 'n motor aansienlik oorskry.
Is dit moontlik om die verskynsel van traagheid in die natuur te ontmoet? Die toestand waarin die liggaam sonder onderlinge verbinding met ander liggame is, is diepruimte, waarin die ruimtetuig beweeg met die enjins afgeskakel. Maar selfs in hierdie geval is die gravitasiemoment teenwoordig.
Basiese hoeveelhede
Bestudering van dinamika op die eksperimentele vlak behels eksperimentering met metings van fisiese hoeveelhede. Interessantste:
- versnelling as 'n maatstaf van die spoed van verandering in die spoed van liggame; dui dit aan met die letter a, meet in m/s2;
- massa as 'n maatstaf van traagheid; gemerk met die letter m, gemeet in kg;
- krag as maatstaf van die wedersydse werking van liggame; word meestal aangedui deur die letter F, gemeet in N (newton).
Die verwantskap tussen hierdie hoeveelhedeuiteengesit in drie patrone, afgelei deur die grootste Engelse fisikus. Newton se wette is ontwerp om die kompleksiteit van die interaksie van verskeie liggame te verduidelik. Sowel as die prosesse wat hulle bestuur. Dit is die konsepte van "versnelling", "krag", "massa" wat Newton se wette met wiskundige verwantskappe verbind. Kom ons probeer uitvind wat dit beteken.
Die optrede van slegs een mag is 'n uitsonderlike verskynsel. Byvoorbeeld, 'n kunsmatige satelliet wat om die aarde wentel, word net deur swaartekrag beïnvloed.
Resultant
Die werking van verskeie kragte kan deur een krag vervang word.
Die meetkundige som van kragte wat op 'n liggaam inwerk word die resultant genoem.
Ons praat van 'n meetkundige som, aangesien krag 'n vektorhoeveelheid is, wat nie net van die toepassingspunt afhang nie, maar ook van die rigting van aksie.
As jy byvoorbeeld 'n taamlik massiewe klerekas moet skuif, kan jy vriende nooi. Saam bereik ons die gewenste resultaat. Maar jy kan net een baie sterk persoon nooi. Sy poging is gelyk aan die optrede van alle vriende. Die krag wat deur die held toegepas word, kan die resultant genoem word.
Newton se bewegingswette word geformuleer op grond van die konsep van "resultant".
Wet van traagheid
Begin om Newton se wette te bestudeer met die mees algemene verskynsel. Die eerste wet word gewoonlik die wet van traagheid genoem, aangesien dit die oorsake van eenvormige reglynige beweging of die toestand van rus van liggame bepaal.
Die liggaam beweeg eenvormig en reglynig ofrus as geen krag daarop inwerk nie, of hierdie optrede word vergoed.
Daar kan aangevoer word dat die resultant in hierdie geval gelyk is aan nul. In hierdie toestand is byvoorbeeld 'n motor wat teen 'n konstante spoed op 'n reguit gedeelte van die pad beweeg. Die werking van die aantrekkingskrag word gekompenseer deur die reaksiekrag van die steun, en die stootkrag van die enjin is gelyk aan die krag van weerstand teen beweging.
Die kandelaar rus op die plafon, aangesien die swaartekrag gekompenseer word deur die spanning van sy toebehore.
Slegs daardie kragte wat op een liggaam toegepas word, kan vergoed word.
Newton se tweede wet
Kom ons gaan aan. Die redes wat 'n verandering in die spoed van liggame veroorsaak, word deur Newton se tweede wet oorweeg. Waarvan praat hy?
Die resultant van die kragte wat op 'n liggaam inwerk word gedefinieer as die produk van die liggaam se massa en die versnelling wat verkry word onder die werking van die kragte.
2 Newton se wet (formule: F=ma) stel ongelukkig nie oorsaaklike verbande tussen die basiese konsepte van kinematika en dinamika vas nie. Hy kan nie presies vasstel wat die liggame laat versnel nie.
Kom ons formuleer dit anders: die versnelling wat deur die liggaam ontvang word, is direk eweredig aan die resulterende kragte en omgekeerd eweredig aan die massa van die liggaam.
Daar kan dus vasgestel word dat die verandering in spoed slegs plaasvind na gelang van die krag wat daarop toegepas word en die massa van die liggaam.
2 Newton se wet, waarvan die formule soos volg kan wees: a=F/m, word as fundamenteel in vektorvorm beskou, aangesien dit dit moontlik maakverbande tussen takke van fisika te vestig. Hier is a die versnellingsvektor van die liggaam, F is die resultant van kragte, m is die massa van die liggaam.
Die versnelde beweging van die motor is moontlik as die trekkrag van die enjins die krag van weerstand teen beweging oorskry. Soos die stukrag toeneem, neem die versnelling ook toe. Vragmotors is toegerus met hoëkrag-enjins, want hul massa is baie hoër as die massa van 'n passasiersmotor.
Vuurballe wat ontwerp is vir hoëspoed-renne, word op so 'n manier verlig dat die minimum nodige onderdele daaraan geheg word, en enjinkrag word tot die moontlike perke verhoog. Een van die belangrikste kenmerke van sportmotors is die versnellingstyd tot 100 km/h. Hoe korter hierdie tydinterval, hoe beter is die spoedeienskappe van die motor.
Die wet van interaksie
Newton se wette, gebaseer op die kragte van die natuur, stel dat enige interaksie gepaard gaan met die verskyning van 'n paar kragte. As die bal aan 'n draad hang, ervaar dit sy werking. In hierdie geval word die draad ook gespan onder die aksie van die bal.
Die formulering van die derde reëlmaat voltooi Newton se wette. Kortom, dit klink so: aksie is gelyk aan reaksie. Wat beteken dit?
Die kragte waarmee die liggame op mekaar inwerk is ewe groot, teenoorgestelde in rigting en gerig langs die lyn wat die middelpunte van die liggame verbind. Interessant genoeg kan hulle nie vergoed genoem word nie, omdat hulle op verskillende liggame optree.
Afdwinging van wette
Die bekende "Perd en kar"-probleem kan verwarrend wees. Die perd wat aan die genoemde wa ingespan is, beweeg ditvan plek af. In ooreenstemming met Newton se derde wet werk hierdie twee voorwerpe met gelyke kragte op mekaar in, maar in die praktyk kan 'n perd 'n kar beweeg, wat nie in die fondamente van die patroon pas nie.
Die oplossing word gevind as ons in ag neem dat hierdie stelsel van liggame nie gesluit is nie. Die pad het sy effek op beide liggame. Die statiese wrywingskrag wat op die perd se hoewe inwerk, oorskry die rollende wrywingskrag van die wawiele. Die oomblik van beweging begin immers met 'n poging om die wa te beweeg. As die posisie verander, sal die perd dit onder geen omstandighede van sy plek af beweeg nie. Sy hoewe sal op die pad gly en daar sal geen beweging wees nie.
In die kinderjare, terwyl hulle mekaar slee, kon almal so 'n voorbeeld teëkom. As twee of drie kinders op die slee sit, dan is die pogings van een kind duidelik nie genoeg om hulle te beweeg nie.
Die val van liggame op die oppervlak van die aarde, verduidelik deur Aristoteles ("Elke liggaam ken sy plek") kan op grond van bogenoemde weerlê word. 'n Voorwerp beweeg na die aarde onder die invloed van dieselfde krag as wat die Aarde daarheen beweeg. Deur hul parameters te vergelyk (die massa van die Aarde is baie groter as die massa van die liggaam), in ooreenstemming met Newton se tweede wet, beweer ons dat die versnelling van 'n voorwerp soveel keer groter is as die versnelling van die Aarde. Ons neem 'n verandering in die spoed van die liggaam waar, die Aarde beweeg nie van sy wentelbaan af nie.
Toepassingsgrense
Moderne fisika ontken nie Newton se wette nie, maar stel slegs die grense van hul toepaslikheid vas. Tot aan die begin van die 20ste eeu het fisici geen twyfel gehad dat hierdie wette alle natuurlike verskynsels verklaar het nie.
1, 2, 3 wetNewton openbaar die oorsake van die gedrag van makroskopiese liggame volledig. Die beweging van voorwerpe met weglaatbare spoed word volledig beskryf deur hierdie postulate.
Poging om op grond daarvan die beweging van liggame met snelhede naby die spoed van lig te verduidelik, is tot mislukking gedoem. 'n Volledige verandering in die eienskappe van ruimte en tyd teen hierdie snelhede laat nie die gebruik van Newtoniaanse dinamika toe nie. Daarbenewens verander die wette hul vorm in nie-traagheids FR's. Vir hul toepassing word die konsep van traagheidskrag bekendgestel.
Newton se wette kan die beweging van astronomiese liggame, die reëls vir hul ligging en interaksie verduidelik. Die wet van universele gravitasie word vir hierdie doel ingestel. Dit is onmoontlik om die resultaat van die aantrekking van klein liggame te sien, want die krag is karig.
Wedersydse aantrekkingskrag
Daar is 'n legende waarvolgens mnr. Newton, wat in die tuin gesit en die val van appels gekyk het, 'n briljante idee gehad het: om die beweging van voorwerpe naby die oppervlak van die Aarde en die beweging van ruimteliggame op grond van wedersydse aantrekkingskrag. Dit is nie so ver van die waarheid nie. Waarnemings en akkurate berekeninge het nie net betrekking op die val van appels nie, maar ook die beweging van die maan. Die wette van hierdie beweging lei tot die gevolgtrekking dat die aantrekkingskrag toeneem met toenemende massas van interaktiewe liggame en afneem met toenemende afstand tussen hulle.
Gegrond op Newton se tweede en derde wette, word die wet van universele gravitasie soos volg geformuleer: alle liggame in die heelal word na mekaar aangetrek met 'n krag wat gerig is langs die lyn wat die middelpunte van die liggame verbind, eweredig aan die massas van die liggame enomgekeerd eweredig aan die kwadraat van die afstand tussen die middelpunte van die liggame.
Wiskundige notasie: F=GMm/r2, waar F die aantrekkingskrag is, M, m die massas van die interaktiewe liggame is, r is die afstand tussen hulle. Die proporsionaliteitskoëffisiënt (G=6.62 x 10-11 Nm2/kg2) word die gravitasiekonstante.
Fisiese betekenis: hierdie konstante is gelyk aan die aantrekkingskrag tussen twee liggame met massas van 1 kg op 'n afstand van 1 m. Dit is duidelik dat vir liggame van klein massas die krag so onbeduidend is dat dit kan wees verwaarloos. Vir planete, sterre, sterrestelsels is die aantrekkingskrag so groot dat dit hul beweging heeltemal bepaal.
Dit is Newton se swaartekragwet wat bepaal dat om vuurpyle te lanseer, jy brandstof nodig het wat so 'n straalstoot kan skep om die invloed van die Aarde te oorkom. Die spoed wat hiervoor benodig word, is die eerste ontsnapsnelheid, wat 8 km/s is.
Moderne vuurpyltegnologie maak dit moontlik om onbemande stasies as kunsmatige satelliete van die Son na ander planete te lanseer om te verken. Die spoed wat deur so 'n toestel ontwikkel word, is die tweede ruimtesnelheid, gelyk aan 11 km/s.
Algorithme vir die toepassing van wette
Die oplossing van probleme van dinamika is onderhewig aan 'n sekere volgorde van aksies:
- Analiseer die taak, identifiseer data, tipe beweging.
- Teken 'n tekening wat al die kragte wat op die liggaam inwerk en die versnellingsrigting (indien enige) aandui. Kies koördinaatstelsel.
- Skryf eerste of tweede wette, afhangende van beskikbaarheidliggaamsversnelling, in vektorvorm. Neem alle kragte in ag (resultante krag, Newton se wette: die eerste, as die spoed van die liggaam nie verander nie, die tweede, as daar versnelling is).
- Herskryf die vergelyking in projeksies op die geselekteerde koördinaat-asse.
- As die resulterende stelsel van vergelykings nie genoeg is nie, skryf dan ander neer: definisies van kragte, vergelykings van kinematika, ens.
- Los die stelsel vergelykings op vir die verlangde waarde.
- Voer 'n dimensionele kontrole uit om te bepaal of die resulterende formule korrek is.
- Bereken.
Gewoonlik is hierdie stappe voldoende vir enige standaardtaak.
