U dinamici, osnovni zakoni koje je ustanovio Newton dokazuju postojanje inercijalnog referentnog okvira. U odnosu na njega, tijela se kreću ravnomjerno i pravolinijski ili miruju. Pod uslovom da nema uticaja drugih organa, ili u slučaju kada je nadoknađen. Ove odredbe su značenje prvog Newtonovog zakona.
Iz istorije
Postojanje takve pravilnosti pretpostavio je Galileo. Napravio je eksperiment sa posudom po kojoj se staklena kugla može brže kotrljati. Ako ga pustite, on će se otkotrljati i zaustaviti tek kada dođe do druge ivice posude na istoj visini sa koje je spušten. Ako uzmete dužu činiju, rezultat će biti identičan.
Ako zamislite beskonačno dugačak kontejner koji nema drugu ivicu, lopta će se kretati konstantnom brzinom, koja je pravolinijska i ujednačena, beskonačno vrijeme, jer jednostavno ne postoji druga ivica. Ako zamislimo beskonačno dugačak kontejner koji nema drugu ivicu, lopta će se kretati konstantnom brzinom na pravolinijski i ravnomjeran način beskonačan broj puta, budući da se drugaivica jednostavno nedostaje.
Ovo zapažanje je omogućilo naučniku da shvati da je ovo prirodno stanje objekata. Kretanje je prirodno kao i odmor. Prije toga se vjerovalo da je svaki pokret uzrokovan djelovanjem sile.
Novija istraživanja
Zamislimo padobranca koji skače u dalj. Koje sile deluju na njega? Prije svega, to je sila gravitacije koja privlači osobu na zemlju.
Drugo, to je sila otpora vazduha, koja se suprotstavlja sili gravitacije. Kada su ove dvije sile jednake, padobranac pada konstantnom brzinom.
Zaključci iz primjera
Može se reći da se fundamentalno svojstvo manifestuje u takvom referentnom okviru. Ako u njemu uzmemo u obzir neko tijelo na koje sila ne djeluje, ili je takvo djelovanje kompenzirano, onda tijelo ili miruje, ili se kretanje odvija ravnomjerno, kada je brzina konstantna na jednoj liniji. Osnovni zakoni dinamike manifestuju se upravo u opisanom procesu.
Analiza drugog Newtonovog zakona
Zamislite biciklistu podvrgnutog dvije horizontalne sile:
- pedaliranje;
- otpor zraka i trenje.
Kada su ove dvije sile jednake, njihovo ukupno djelovanje je nula. Zatim, u skladu sa prvim Newtonovim zakonom, bicikl se kreće ravno i ravnomjerno.
Šta se dešava ako biciklista jače pritisne pedale? Tada će se F(t) povećati iubrzanje će početi. Ako uklonite ovu silu, ostat će samo suprotna sila otpora - F (otpor), što će uzrokovati usporavanje pokreta.
Potvrda drugog zakona dinamike
Newton je tvrdio da je sila jednaka masi puta ubrzanju. To znači da se razmatraju slučajevi kada postoji rezultantna sila, a ne postoji ravnoteža. F (jednako) je zbir svih primijenjenih sila.
Onda slijedi zaključak da je a (ubrzanje)=F (jednako) /m
Slijedi da je sila ta koja uzrokuje ubrzanje, a ne obrnuto. Kada postoji sila, postoji i ubrzanje.
Primjer
Uzmite autobus mase 2000 kg. Na ovo vozilo vodoravno djeluju dvije sile:
- potisak motora;
- otpor zraka i trenje.
Neka vučna sila motora autobusa bude 3000 N, a sila otpora 2500 N. Da bi primjena drugog Newtonovog zakona bila racionalna, potrebno je pronaći rezultujuću silu.
F (jednako)=500 N udesno jer sila ima smjerove.
Slijedi da je ubrzanje sila podijeljena masom, kako dinamika govori svojim osnovnim zakonima.
Za rješavanje problema korištenjem Newtonovog drugog zakona, važno je odrediti tačno ovu rezultantnu silu.
Dokaz Newtonovih zakona
Razmotrite primjer kutije. Kada leži na stolu, na ovaj predmet djeluje nekoliko sila:
- gravitacija;
- reakcije podrške.
Ako gurnete kutiju udesno, između nje i stola će postojati sila trenja. Počnimo računati rezultantnu silu i ubrzanje.
Vertikalne sile su ovdje izbalansirane, nadoknađuju jedna drugu. Rezultirajuća vertikalna sila je nula. Sile djeluju desno i lijevo, čija razlika pokazuje prednost s desne strane. Ubrzanje kutije se može izračunati dijeljenjem mase ovog objekta s razlikom u sili.
Pregled prve dve tvrdnje Newtona pomogao je da se formuliše pravilo osnovnog zakona dinamike kretanja.
O Njutnovom trećem zakonu
Osnovni zakon dinamike u rotacionom kretanju je činjenica da je akcija jednaka reakciji. Kada jedno tijelo privlači ili odbija drugo, ono privlači i odbija prvo s istom silom.
Zamislimo automobil koji brzinom zabija u zid. U tom slučaju, mašina pritiska na debljinu zida određenom silom. Zid reaguje i vrši jednak uticaj na vozilo.
Dakle, kada automobil gura zid naprijed, ovaj drugi gura automobil nazad. Djelovanje ovih sila je potpuno drugačije. Zid ostaje u istom položaju, a transport je mnogo manje sreće. Razlog za ovaj efekat je značajna razlika u masi:
a=F/m
Zid ima malu masu i veliko ubrzanje. I obrnuto, u odnosu na auto. Kada dva tijela međusobno djeluju, nastaju dvije sile koje moraju ispuniti zahtjeve:
- biti jednak uveličina;
- suprotno u pravcu;
- biti vezan za različita tijela;
- imaju istu prirodu.
Iskustvo balonom
Osnovni zakon tjelesne dinamike može se vidjeti na primjeru lopte na naduvavanje. Kada je puštena, lopta će potisnuti vazduh iz mlaznice, što pomaže da se gura naprijed. Ovo će biti dokaz trećeg Newtonovog zakona. Jednostavan je, ali često težak za primjenu za rješavanje problema.
O dinamici rotacionog kretanja
Poznavanje osnovnog zakona dinamike krutog tijela omogućava nam da razmotrimo obrasce rotacionog kretanja. Da bismo to učinili, potrebno je podsjetiti se rješenja osnovnih problema mehanike, kada je u svakom trenutku moguće naznačiti položaj tijela u prostoru u odnosu na druga tijela.
U ovom slučaju govorimo o jednodimenzionalnom kretanju. Poznato je da postoji vrsta kretanja u kojoj se svaka tačka kreće duž ose rotacije.
U ovom slučaju, različite tačke tijela kreću se različitim brzinama duž različitih putanja. U ovom slučaju, os i uglovi rotacije ostaju zajednički. S obzirom na rotacijsko kretanje, bolje je uzeti u obzir da je glavni problem mehanike riješen ako je bilo moguće odrediti ugao rotacije tijela u bilo kojem trenutku.
Ovo će biti primjena osnovnog zakona dinamike u odnosu na rotirajuće tijelo.
Kako izračunati ubrzanje tijela?
Osnovni zakon dinamike rotacionog kretanja tijela zahtijeva određivanje tih silakoje utiču na njega. Znajući ove informacije, možete primijeniti Newtonov drugi zakon i pronaći ubrzanje tijela u bilo kojem trenutku.
Poznavajući takve podatke i primjenjujući zakone kinematike, možete pronaći koordinate tijela u ovom trenutku. Takva je tehnologija rješavanja osnovnog problema mehanike. Preformulirajmo ga pod rotacijskim kretanjem, krećući se u suprotnom smjeru od željenog rezultata. Da biste odredili vrijednost ugla rotacije tijela u bilo kojem trenutku, morate zapamtiti kinematiku rotacijskog kretanja, koja uključuje ugaono ubrzanje.
Postoji jednadžba koja odgovara na pitanje koliko će biti ugaono ubrzanje.
Da biste kreirali takvu jednačinu, morate zapamtiti zakone kinematike o rotacionom kretanju. Ako je translacijski tip kretanja karakteriziran brzinom, tada će sličan koncept kada se razmatra rotacijsko kretanje biti pokazatelji ugaone brzine - fizičke veličine koja određuje kako se ugao za koji se tijelo rotira u određenom vremenskom periodu odnosi na vrijeme ovaj odnos.
Ugaona brzina se mora pomnožiti sa rastojanjem od ose rotacije do tačke koja nas zanima. Najjednostavniji tip rotacijske rotacije je ravnomjeran, kada tijelo rotira pod istim uglovima u isto vrijeme bez ubrzanja.
Na tijelu koje se ravnomjerno rotira, svaka tačka ima svoju brzinu kretanja. Štaviše, mijenja se u smjeru s indikatorima centripetalnog ubrzanja.
Pravac ove akcije je tangencijalan na centar poluprečnikakrugovi.
Neravnomjerna rotacija - ovo je pokazatelj omjera s kojim se mijenja ugaona brzina tokom vremenskog perioda u odnosu na trajanje ovog intervala.
Odavde slijedi zakon o promjeni ugaone brzine:
W(t)=Wo+Et
Ubrzanje komponente može biti usmjereno ne samo duž radijusa, već i duž tangente. Ovo je važno uzeti u obzir prilikom mjerenja.
Summarize
Prema osnovnim zakonima dinamike, tijelo vrši kretanje ravnomjerno i pravolinijski sve dok na njega ne djeluju druge sile. Ako tijelo miruje, to će se nastaviti sve dok sila ne počne djelovati na njega.
Slijedi da je kretanje jednako prirodno za tijelo kao i odmor. Da biste promijenili ovo ili ono stanje, na tijelo se mora primijeniti određena sila.
Druga tačka osnovnog zakona dinamike kaže da rezultujuća sila uzrokuje ubrzanje. Ako je F (jednako)=0, tada će broj ubrzanja biti nula. U ovom slučaju, indikatori brzine će također biti konstantni ili nula.
Odavde sledi da se pravilo prvog Njutnova zakona glatko preliva u drugi. Za naučnike iz 17. veka, ovaj dokaz je bio najveće otkriće.
Uz pomoć Njutnovog trećeg zakona moguće je uspješno rješavati probleme iz odjeljka "Dynamics".
