Kretanje različitih tijela u prostoru u fizici proučava poseban odjeljak - mehanika. Potonji je, pak, podijeljen na kinematiku i dinamiku. U ovom članku ćemo razmotriti zakone mehanike u fizici, fokusirajući se na dinamiku translacijskog i rotacijskog kretanja tijela.
Historijska pozadina
Kako i zašto se tijela kreću je interesantno za filozofe i naučnike od davnina. Tako je Aristotel vjerovao da se objekti kreću u prostoru samo zato što na njih postoji neki vanjski utjecaj. Ako se ovaj efekat zaustavi, tijelo će odmah prestati. Mnogi starogrčki filozofi su vjerovali da je prirodno stanje svih tijela mirovanje.
Sa pojavom New Agea, mnogi naučnici su počeli proučavati zakone kretanja u mehanici. Treba napomenuti imena kao što su Huygens, Hooke i Galileo. Potonji je razvio naučni pristup proučavanju prirodnih pojava i, zapravo, otkrio prvi zakon mehanike, koji, međutim, ne nosi njegovo prezime.
1687. godine objavljena je naučna publikacija čiji je autorEnglez Isaac Newton. U svom naučnom radu jasno je formulisao osnovne zakone kretanja tela u prostoru, koji su zajedno sa zakonom univerzalne gravitacije činili osnovu ne samo mehanike, već i cele moderne klasične fizike.
O Newtonovim zakonima
Oni se nazivaju i zakonima klasične mehanike, za razliku od relativističkih, čije je postulate početkom 20. veka izneo Albert Ajnštajn. U prvom su samo tri glavna zakona na osnovu kojih se zasniva čitava grana fizike. Zovu se ovako:
- Zakon inercije.
- Zakon odnosa između sile i ubrzanja.
- Zakon akcije i reakcije.
Zašto su ova tri zakona glavna? Jednostavno je, iz njih se može izvesti bilo koja formula mehanike, međutim, nijedan teorijski princip ne vodi ni do jednog od njih. Ovi zakoni proizlaze isključivo iz brojnih zapažanja i eksperimenata. Njihovu valjanost potvrđuje i pouzdanost predviđanja dobijenih uz pomoć njih u rješavanju različitih problema u praksi.
Zakon inercije
Njutnov prvi zakon u mehanici kaže da će svako telo u odsustvu spoljašnjeg uticaja na njega održati stanje mirovanja ili pravolinijskog kretanja u bilo kom inercijalnom referentnom okviru.
Da biste razumjeli ovaj zakon, morate razumjeti sistem izvještavanja. Naziva se inercijalnim samo ako zadovoljava navedeni zakon. Drugim riječima, u inercijskom sistemu nemapostoje fiktivne sile koje bi posmatrači osetili. Na primjer, sistem koji se kreće jednoliko i pravolinijski može se smatrati inercijskim. S druge strane, sistem koji se ravnomjerno rotira oko ose nije inercijalan zbog prisustva fiktivne centrifugalne sile u njemu.
Zakon inercije utvrđuje razlog zašto se priroda kretanja mijenja. Ovaj razlog je prisustvo vanjske sile. Imajte na umu da na tijelo može djelovati nekoliko sila. U ovom slučaju, oni se moraju dodati prema pravilu vektora, ako je rezultirajuća sila jednaka nuli, tada će tijelo nastaviti svoje ravnomjerno kretanje. Također je važno shvatiti da u klasičnoj mehanici ne postoji razlika između ravnomjernog kretanja tijela i njegovog stanja mirovanja.
Njutnov drugi zakon
On kaže da je razlog za promjenu prirode kretanja tijela u prostoru prisustvo vanjske sile različite od nule koja se primjenjuje na njega. Zapravo, ovaj zakon je nastavak prethodnog. Njegova matematička notacija je sljedeća:
F¯=ma¯.
Ovdje, veličina a¯ je ubrzanje koje opisuje brzinu promjene vektora brzine, m je inercijska masa tijela. Pošto je m uvijek veće od nule, vektori sile i ubrzanja pokazuju u istom smjeru.
Razmatrani zakon je primjenjiv na ogroman broj pojava u mehanici, na primjer, na opis procesa slobodnog pada, kretanje uz ubrzanje automobila, klizanje šipke duž nagnute ravni, oscilacije klatna,napetost opružnih vaga i tako dalje. Sa sigurnošću se može reći da je to glavni zakon dinamike.
Momentum i Momentum
Ako se direktno obratite Newtonovom naučnom radu, možete vidjeti da je sam naučnik formulirao drugi zakon mehanike nešto drugačije:
Fdt=dp, gdje je p=mv.
Vrijednost p se naziva impulsom. Mnogi to pogrešno nazivaju impulsom tijela. Količina kretanja je inercijalno-energetska karakteristika jednaka proizvodu mase tijela i njegove brzine.
Promjeniti impuls za neku vrijednost dp može samo vanjska sila F koja djeluje na tijelo tokom vremenskog intervala dt. Proizvod sile i trajanja njenog djelovanja naziva se impuls sile ili jednostavno impuls.
Kada se dva tijela sudare, između njih djeluje sila sudara, koja mijenja zamah svakog tijela, međutim, pošto je ova sila unutrašnja u odnosu na sistem dva tijela koja se proučava, ne dovodi do promjene u ukupnom momentu sistema. Ova činjenica se zove zakon održanja impulsa.
Spin sa ubrzanjem
Ako se zakon mehanike koji je formulirao Newton primijeni na kretanje rotacije, tada će se dobiti sljedeći izraz:
M=Iα.
Ovde M - ugaoni moment - ovo je vrednost koja pokazuje sposobnost sile da napravi zaokret u sistemu. Moment sile se izračunava kao umnožak vektorske sile i vektora radijusa usmjerenog od ose prematačka aplikacije. Količina I je moment inercije. Kao i moment sile, zavisi od parametara rotacionog sistema, posebno od geometrijske raspodele mase tela u odnosu na osu. Konačno, vrijednost α je kutno ubrzanje, koje vam omogućava da odredite za koliko radijana u sekundi se mijenja kutna brzina.
Ako pažljivo pogledate napisanu jednačinu i povučete analogiju između njenih vrijednosti i indikatora iz drugog Newtonovog zakona, tada ćemo dobiti njihov potpuni identitet.
Zakon akcije i reakcije
Ostaje nam da razmotrimo treći zakon mehanike. Ako su prva dva, na ovaj ili onaj način, formulirali Newtonovi prethodnici, a sam naučnik im je samo dao harmoničan matematički oblik, onda je treći zakon izvorna ideja velikog Engleza. Dakle, kaže: ako dva tijela dođu u kontakt sile, tada su sile koje djeluju između njih jednake po veličini i suprotnog smjera. Ukratko, možemo reći da svaka radnja izaziva reakciju.
F12¯=-F21¯.
Ovdje F12¯ i F21¯ - djelujući sa strane 1. tijela na 2. i sa strane 2. tijela do 1. snage, respektivno.
Postoji mnogo primjera koji potvrđuju ovaj zakon. Na primjer, prilikom skoka, osoba se odbija od površine zemlje, a potonja je gura prema gore. Isto važi i za hodanje hodalice i odgurivanje sa zida bazena za plivanje. Drugi primjer, ako pritisnete ruku na sto, onda se osjeća suprotno.efekat stola na ruku, koji se zove sila reakcije oslonca.
Pri rješavanju zadataka o primjeni Njutnovog trećeg zakona ne treba zaboraviti da se sila djelovanja i sila reakcije primjenjuju na različita tijela, pa im daju različita ubrzanja.
