В динамиката основните закони, установени от Нютон, доказват съществуването на инерциална референтна система. По отношение на него телата се движат равномерно и праволинейно или са в покой. При липса на влияние от други органи или в случай, че е компенсирано. Тези разпоредби са смисълът на първия закон на Нютон.
От историята
Наличието на такава закономерност е прието от Галилей. Той направи експеримент със съд, върху който стъклена топка може да се търкаля по-бързо. Ако го пуснете, той ще се претърколи и ще спре само когато достигне другия ръб на съда на същата височина, от която е бил спуснат. Ако вземете по-дълга купа, резултатът ще бъде идентичен.
Ако си представите безкрайно дълъг контейнер, който няма втори ръб, топката ще се движи с индикатори за постоянна скорост, които са праволинейни и равномерни, за безкрайно време, тъй като просто няма друг ръб. Ако си представим безкрайно дълъг контейнер, който няма втори ръб, топката ще се движи с постоянна скорост по праволинеен и равномерен начин безкраен брой пъти, тъй като другатаръбът просто липсва.
Това наблюдение позволи на учения да осъзнае, че това е естественото състояние на обектите. Движението е толкова естествено, колкото и почивката. Преди това се смяташе, че всяко движение се причинява от действието на сила.
По-скорошни изследвания
Нека си представим парашутист, който прави дълъг скок. Какви сили действат върху него? На първо място, това е силата на гравитацията, която привлича човек към земята.
Второ, това е силата на въздушното съпротивление, която противодейства на силата на гравитацията. Когато тези две сили са равни, парашутистът пада с постоянна скорост.
Изводи от примери
Може да се каже, че фундаментално свойство се проявява в такава референтна рамка. Ако разгледаме някакво тяло в него, върху което не действа силата, или такова действие е компенсирано, тогава тялото или е в покой, или движението става равномерно, когато скоростта е постоянна на една права. Основните закони на динамиката се проявяват именно в описания процес.
Анализ на втория закон на Нютон
Да си представим велосипедист, подложен на две хоризонтални сили:
- педали;
- въздушно съпротивление и триене.
Когато тези две сили са равни, общото им действие е нула. Тогава, в съответствие с първия закон на Нютон, велосипедът се движи по прав и равномерен начин.
Какво ще стане, ако колоездачът натисне по-силно педалите? Тогава F(t) ще се увеличи ище започне ускорението. Ако премахнете тази сила, ще остане само противоположната сила на съпротивление - F (съпротива), което ще доведе до забавяне на движението.
Потвърждение на втория закон на динамиката
Нютон твърди, че силата е равна на масата, умножена на ускорението. Това означава, че се разглеждат случаите, когато има резултатна сила и няма равновесие. F (равно) е сумата от всички приложени сили.
След това заключението следва, че a (ускорение)=F (равно) /m
От това следва, че силата е тази, която причинява ускорение, а не обратното. Когато има сила, има и ускорение.
Пример
Вземете автобус с маса 2000 кг. Има две сили, действащи хоризонтално върху това превозно средство:
- тяга на двигателя;
- въздушно съпротивление и триене.
Нека теглителната сила на двигателя на автобуса е 3000 N, а силата на съпротивление да бъде 2500 N. За да бъде рационално прилагането на втория закон на Нютон, трябва да намерите резултантната сила.
F (равно)=500 N вдясно, тъй като силата има посоки.
От това следва, че ускорението е сила, разделена на маса, тъй като динамиката говори с нейните основни закони.
За решаване на проблеми с помощта на втория закон на Нютон е важно да се определи точно тази резултатна сила.
Доказателство за законите на Нютон
Разгледайте примера с кутията. Когато лежи на масата, върху този предмет действат няколко сили:
- гравитация;
- реакции на подкрепа.
Ако натиснете кутията надясно, ще има сила на триене между нея и масата. Нека започнем да изчисляваме резултантната сила и ускорение.
Вертикалните сили тук са балансирани, компенсират се една друга. Резултантната вертикална сила е нула. Отдясно и отляво действат сили, чиято разлика показва предимството вдясно. Ускорението на кутията може да се изчисли като се раздели масата на този обект на разликата в силата.
Преглед на първите две твърдения на Нютон помогна за формулирането на правилото на основния закон за динамиката на движението.
За третия закон на Нютон
Основният закон на динамиката при въртеливото движение е фактът, че действието е равно на реакцията. Когато едно тяло привлича или отблъсква друго, то привлича и отблъсква първото със същата сила.
Нека си представим кола, която се забива в стена със скорост. В този случай машината притиска дебелината на стената с определена сила. Стената реагира и оказва еднакво въздействие върху превозното средство.
Следователно, когато една кола бута стена напред, последната избутва колата назад. Действието на тези сили е съвсем различно. Стената остава в същото положение, а транспортът е много по-малко късметлия. Причината за този ефект е значителна разлика в масата:
а=F/m
Стената има малка маса и голямо ускорение. И обратно, по отношение на колата. Когато две тела взаимодействат, възникват две сили, които трябва да отговарят на изискванията:
- за да бъдем равниразмер;
- противоположна посока;
- бъдете прикрепени към различни тела;
- имат същата природа.
Изживяването с балон
Основният закон на динамиката на тялото може да се види на примера на надуваема топка. Когато се освободи, топката ще изтласка въздуха от дюзата, което спомага за изтласкването напред. Това ще бъде доказателството за третия закон на Нютон. Той е прост, но често труден за прилагане за решаване на проблеми.
За динамиката на ротационното движение
Познаването на основния закон за динамиката на твърдото тяло ни позволява да разгледаме моделите на въртеливото движение. За да направите това, е необходимо да си припомним решението на основните проблеми на механиката, когато по всяко време е възможно да се посочи позицията на тялото в пространството спрямо други тела.
В този случай говорим за едномерно движение. Известно е, че има вид движение, при което всяка точка се движи по оста на въртене.
В този случай различни точки на тялото се движат с различна скорост по различни траектории. В този случай оста и ъглите на въртене остават общи. Като се има предвид въртеливото движение, по-добре е да се има предвид, че основният проблем на механиката е решен, ако е възможно да се определи ъгълът на въртене на тялото по всяко време.
Това ще бъде прилагането на основния закон на динамиката по отношение на въртящо се тяло.
Как да изчислим ускорението на тялото?
Основният закон за динамиката на въртеливото движение на тялото изисква определянето на тези силикоито го засягат. Знаейки тази информация, можете да приложите втория закон на Нютон и да намерите ускорението на тялото по всяко време.
Познавайки такива данни и прилагайки законите на кинематиката, можете да намерите координатите на тялото в момента. Такава е технологията за решаване на основния проблем на механиката. Нека го преформулираме под ротационно движение, движейки се в обратна посока от желания резултат. За да определите стойността на ъгъла на въртене на тялото по всяко време, трябва да запомните кинематиката на въртеливото движение, което включва ъглово ускорение.
Има уравнение, което да отговори на въпроса какво ще бъде ъгловото ускорение.
За да създадете такова уравнение, трябва да запомните законите на кинематиката за въртеливото движение. Ако транслационният тип движение се характеризира със скорост, тогава подобна концепция при разглеждане на въртеливо движение ще бъде индикатори за ъглова скорост - физическа величина, която определя как ъгълът, под който се завърта тялото за определен период от време, се отнася към времето на тази връзка.
Ъгловата скорост трябва да се умножи по разстоянието от оста на въртене до точката, която ни интересува. Най-простият тип ротационно въртене е равномерно, когато тялото се върти през едни и същи ъгли за едно и също време без ускорение.
На тяло, което се върти равномерно, всяка точка има своя собствена скорост на движение. Освен това се променя в посоката с индикатори за центростремително ускорение.
Посоката на това действие е допирателна към центъра на радиусакръгове.
Неравномерно въртене - това е индикатор за съотношението, с което ъгловата скорост се променя за период от време спрямо продължителността на този интервал.
Оттук следва закона за промяната на ъгловата скорост:
W(t)=Wo+Et
Ускорението на компонента може да бъде насочено не само по радиуса, но и по допирателната. Това е важно да се има предвид, когато правите измервания.
Обобщаване
Съгласно основните закони на динамиката, тялото извършва движение по равномерен и праволинеен начин, докато върху него въздействат други сили. Ако тялото е в покой, това ще продължи, докато силата започне да действа върху него.
От това следва, че движението е толкова естествено за тялото, колкото и почивката. За да промените това или онова състояние, към тялото трябва да бъде приложена определена сила.
Втората точка от основния закон на динамиката казва, че резултантната сила причинява ускорение. Ако F (равно)=0, тогава числото на ускорението ще бъде нула. В този случай индикаторите за скорост също ще бъдат постоянни или нулеви.
Оттук следва, че правилото на първия нютонов закон плавно се влива във втория. За учените от 17-ти век това доказателство е най-голямото откритие.
С помощта на третия закон на Нютон е възможно успешно решаване на проблеми от секцията "Динамика".
