Die beweging van verskillende liggame in die ruimte in fisika word deur 'n spesiale afdeling bestudeer - meganika. Laasgenoemde word op sy beurt in kinematika en dinamika verdeel. In hierdie artikel sal ons die wette van meganika in fisika oorweeg, met die fokus op die dinamika van die translasie- en rotasiebeweging van liggame.
Historiese agtergrond
Hoe en hoekom liggame beweeg, was sedert antieke tye van belang vir filosowe en wetenskaplikes. Aristoteles het dus geglo dat voorwerpe slegs in die ruimte beweeg omdat daar 'n eksterne invloed op hulle is. As hierdie effek gestop word, sal die liggaam dadelik stop. Baie antieke Griekse filosowe het geglo dat die natuurlike toestand van alle liggame rus is.
Met die koms van die Nuwe Era het baie wetenskaplikes begin om die bewegingswette in meganika te bestudeer. Daar moet kennis geneem word van name soos Huygens, Hooke en Galileo. Laasgenoemde het 'n wetenskaplike benadering tot die studie van natuurverskynsels ontwikkel en in werklikheid die eerste wet van meganika ontdek, wat egter nie sy van dra nie.
In 1687 is 'n wetenskaplike publikasie gepubliseer, geskryf deurEngelsman Isaac Newton. In sy wetenskaplike werk het hy die basiese bewegingswette van liggame in die ruimte duidelik geformuleer, wat saam met die wet van universele gravitasie nie net die basis van meganika gevorm het nie, maar van alle moderne klassieke fisika.
Oor Newton se wette
Hulle word ook die wette van klassieke meganika genoem, in teenstelling met relativisties, waarvan die postulate in die vroeë 20ste eeu deur Albert Einstein uiteengesit is. In die eerste is daar slegs drie hoofwette waarop die hele tak van fisika gebaseer is. Hulle word so genoem:
- Wet van traagheid.
- Die wet van die verhouding tussen krag en versnelling.
- Die wet van aksie en reaksie.
Waarom is hierdie drie wette die belangrikste? Dit is eenvoudig, enige formule van meganika kan daaruit afgelei word, maar geen teoretiese beginsel lei tot enige van hulle nie. Hierdie wette volg uitsluitlik uit talle waarnemings en eksperimente. Hulle geldigheid word bevestig deur die betroubaarheid van die voorspellings wat met die hulp van hulle verkry is om verskeie probleme in die praktyk op te los.
Traagheidswet
Newton se eerste wet in meganika sê dat enige liggaam in die afwesigheid van eksterne invloed daarop 'n toestand van rus of reglynige beweging in enige traagheidsverwysingsraamwerk sal handhaaf.
Om hierdie wet te verstaan, moet 'n mens die rapporteringstelsel verstaan. Dit word slegs traagheid genoem as dit aan die gestelde wet voldoen. Met ander woorde, in die traagheidstelsel is daar geendaar is fiktiewe kragte wat deur waarnemers gevoel sal word. Byvoorbeeld, 'n stelsel wat eenvormig en in 'n reguit lyn beweeg, kan as traagheid beskou word. Aan die ander kant is 'n stelsel wat eenvormig om 'n as roteer nie-traagheid as gevolg van die teenwoordigheid van fiktiewe sentrifugale krag daarin.
Die wet van traagheid bepaal die rede waarom die aard van die beweging verander. Hierdie rede is die teenwoordigheid van 'n eksterne krag. Let daarop dat verskeie kragte op die liggaam kan inwerk. In hierdie geval moet hulle bygevoeg word volgens die reël van vektore, as die gevolglike krag gelyk is aan nul, sal die liggaam sy eenvormige beweging voortgaan. Dit is ook belangrik om te verstaan dat daar in klassieke meganika geen verskil is tussen die eenvormige beweging van 'n liggaam en sy rustoestand nie.
Newton se tweede wet
Hy sê die rede vir die verandering van die aard van die beweging van die liggaam in die ruimte is die teenwoordigheid van 'n eksterne nie-nul krag wat daarop toegepas word. Trouens, hierdie wet is 'n voortsetting van die vorige een. Die wiskundige notasie daarvan is soos volg:
F¯=ma¯.
Hier is die hoeveelheid a¯ die versnelling wat die tempo van verandering van die snelheidsvektor beskryf, m is die traagheidsmassa van die liggaam. Aangesien m altyd groter as nul is, wys die krag- en versnellingsvektore in dieselfde rigting.
Die oorwoë wet is van toepassing op 'n groot aantal verskynsels in meganika, byvoorbeeld op die beskrywing van die proses van vrye val, beweging met die versnelling van 'n motor, gly van 'n staaf langs 'n skuins vlak, ossillasie van 'n slinger,spanning van veerskubbe en so meer. Dit is veilig om te sê dat dit die hoofwet van dinamika is.
Momentum en Momentum
As jy direk na Newton se wetenskaplike werk blaai, kan jy sien dat die wetenskaplike self die tweede wet van meganika ietwat anders geformuleer het:
Fdt=dp, waar p=mv.
Die waarde p word die momentum genoem. Baie noem dit verkeerdelik die impuls van die liggaam. Die hoeveelheid beweging is 'n traagheid-energie-eienskap gelykstaande aan die produk van die liggaam se massa en sy spoed.
Verander die momentum met een of ander waarde dp kan slegs gedoen word deur 'n eksterne krag F wat op die liggaam inwerk gedurende die tydinterval dt. Die produk van 'n krag en die duur van sy werking word die impuls van die krag of bloot die impuls genoem.
Wanneer twee liggame bots, werk 'n botsingskrag tussen hulle in, wat die momentum van elke liggaam verander, maar aangesien hierdie krag intern is met betrekking tot die sisteem van twee liggame wat bestudeer word, lei dit nie tot 'n verandering nie in die totale momentum van die stelsel. Hierdie feit word die wet van behoud van momentum genoem.
Draai met versnelling
As die wet van meganika wat deur Newton geformuleer is op die beweging van rotasie toegepas word, sal die volgende uitdrukking verkry word:
M=Iα.
Here M - hoekmomentum - dit is 'n waarde wat die vermoë van die krag toon om 'n draai in die stelsel te maak. Die kragmoment word bereken as die produk van die vektorkrag en die radiusvektor gerig vanaf die as naaansoekpunt. Die hoeveelheid I is die traagheidsmoment. Soos die oomblik van krag, hang dit af van die parameters van die roterende stelsel, veral van die geometriese verspreiding van liggaamsmassa relatief tot die as. Laastens is die waarde α die hoekversnelling, wat jou toelaat om te bepaal hoeveel radiale per sekonde die hoeksnelheid verander.
As jy noukeurig na die geskrewe vergelyking kyk en 'n analogie trek tussen sy waardes en aanwysers uit die tweede Newtoniaanse wet, dan sal ons hul volledige identiteit kry.
Die wet van aksie en reaksie
Dit bly vir ons om die derde wet van meganika te oorweeg. As die eerste twee, op een of ander manier, deur Newton se voorgangers geformuleer is, en die wetenskaplike self net aan hulle 'n harmonieuse wiskundige vorm gegee het, dan is die derde wet die oorspronklike breinkind van die groot Engelsman. Dus, dit sê: as twee liggame in kragkontak kom, dan is die kragte wat tussen hulle inwerk ewe groot en teenoorgestelde in rigting. Meer kortliks kan ons sê dat enige handeling 'n reaksie veroorsaak.
F12¯=-F21¯.
Hier F12¯ en F21¯ - wat van die kant van die 1ste liggaam na die 2de en van die kant van die 2de optree tot 1ste sterkte, onderskeidelik.
Daar is baie voorbeelde wat hierdie wet bevestig. Byvoorbeeld, tydens 'n sprong word 'n persoon van die oppervlak van die aarde afgestoot, laasgenoemde stoot hom op. Dieselfde geld vir 'n wandelaar stap en 'n swemmer se swembadmuur afstoot. Nog 'n voorbeeld, as jy jou hand op die tafel druk, dan word die teenoorgestelde gevoel.die effek van die tafel op die hand, wat die reaksiekrag van die steun genoem word.
Wanneer probleme opgelos word oor die toepassing van Newton se derde wet, moet mens nie vergeet dat die aksiekrag en die reaksiekrag op verskillende liggame toegepas word nie, daarom gee hulle hulle verskillende versnellings.
