Kajian fenomena semula jadi berdasarkan eksperimen hanya mungkin jika semua peringkat diperhatikan: pemerhatian, hipotesis, eksperimen, teori. Pemerhatian akan mendedahkan dan membandingkan fakta, hipotesis memungkinkan untuk memberi mereka penjelasan saintifik terperinci yang memerlukan pengesahan eksperimen. Pemerhatian terhadap pergerakan jasad membawa kepada kesimpulan yang menarik: perubahan dalam kelajuan jasad hanya mungkin di bawah pengaruh jasad lain.
Sebagai contoh, jika anda berlari menaiki tangga dengan pantas, maka pada selekoh anda hanya perlu mencengkam pagar (mengubah arah pergerakan), atau berhenti (menukar nilai kelajuan) supaya tidak bertembung dengan dinding bertentangan.
Pemerhatian fenomena serupa membawa kepada penciptaan cabang fizik yang mengkaji punca perubahan dalam kelajuan jasad atau ubah bentuknya.
Asas Dinamik
Dinamik diminta untuk menjawab soalan sakramen mengapa badan fizikal bergerak dalam satu cara atau yang lain atau dalam keadaan rehat.
Pertimbangkan keadaan rehat. Berdasarkan konsep kerelatifan gerakan, kita boleh membuat kesimpulan: tidak ada dan tidak boleh menjadi jasad tidak bergerak sama sekali. mana-manaobjek, yang tidak bergerak berkenaan dengan satu badan rujukan, bergerak relatif kepada yang lain. Sebagai contoh, buku yang terletak di atas meja adalah tidak bergerak berbanding dengan meja, tetapi jika kita mempertimbangkan kedudukannya dalam hubungan dengan orang yang lalu-lalang, kita membuat kesimpulan semula jadi: buku itu bergerak.
Oleh itu, undang-undang pergerakan jasad dianggap dalam kerangka rujukan inersia. Apakah itu?
Kerangka rujukan inersia dipanggil, di mana badan berada dalam keadaan rehat atau melakukan gerakan seragam dan rectilinear, dengan syarat tiada pengaruh objek atau objek lain di atasnya.
Dalam contoh di atas, kerangka rujukan yang dikaitkan dengan jadual boleh dipanggil inersia. Seseorang yang bergerak secara seragam dan dalam garis lurus boleh berfungsi sebagai rangka rujukan untuk ISO. Jika pergerakannya dipercepatkan, maka adalah mustahil untuk mengaitkan CO inersia dengannya.
Malah, sistem sebegitu boleh dikaitkan dengan jasad yang terpaku pada permukaan Bumi. Walau bagaimanapun, planet itu sendiri tidak boleh berfungsi sebagai badan rujukan untuk IFR, kerana ia berputar secara seragam di sekeliling paksinya sendiri. Jasad di permukaan mempunyai pecutan sentripetal.
Apakah itu momentum?
Fenomena inersia berkaitan secara langsung dengan ISO. Ingat apa yang berlaku jika kereta yang bergerak berhenti secara tiba-tiba? Penumpang berada dalam bahaya semasa mereka meneruskan perjalanan. Ia boleh dihentikan oleh tempat duduk di hadapan atau tali pinggang keledar. Proses ini dijelaskan oleh inersia penumpang. Betul ke?
Inersia ialah fenomena yang mengandaikan pemeliharaankelajuan malar badan jika tiada pengaruh badan lain di atasnya. Penumpang berada di bawah pengaruh tali pinggang atau tempat duduk. Fenomena inersia tidak diperhatikan di sini.
Penjelasan terletak pada harta badan, dan, menurutnya, adalah mustahil untuk mengubah kelajuan objek dengan serta-merta. Ini adalah inersia. Sebagai contoh, kelonggaran merkuri dalam termometer memungkinkan untuk menurunkan bar jika kita menggoncang termometer.
Ukuran inersia dipanggil jisim badan. Apabila berinteraksi, kelajuan berubah lebih cepat untuk badan yang kurang jisim. Perlanggaran kereta dengan dinding konkrit untuk yang terakhir berlaku hampir tanpa kesan. Kereta paling kerap mengalami perubahan tidak dapat dipulihkan: perubahan kelajuan, ubah bentuk yang ketara berlaku. Ternyata inersia dinding konkrit dengan ketara melebihi inersia kereta.
Adakah mungkin untuk memenuhi fenomena inersia dalam alam semula jadi? Keadaan di mana badan itu tanpa sambungan dengan badan lain adalah ruang dalam, di mana kapal angkasa bergerak dengan enjin dimatikan. Tetapi dalam kes ini, momen graviti hadir.
Kuantiti asas
Mempelajari dinamik pada peringkat percubaan melibatkan percubaan dengan pengukuran kuantiti fizik. Paling menarik:
- pecutan sebagai ukuran kelajuan perubahan dalam kelajuan badan; tetapkan dengan huruf a, ukur dalam m/s2;
- jisim sebagai ukuran inersia; ditanda dengan huruf m, diukur dalam kg;
- daya sebagai ukuran tindakan bersama badan; paling kerap dilambangkan dengan huruf F, diukur dalam N (newton).
Hubungan antara kuantiti inidibentangkan dalam tiga corak, yang diperolehi oleh ahli fizik Inggeris terhebat. Undang-undang Newton direka untuk menerangkan kerumitan interaksi pelbagai badan. Serta proses yang menguruskannya. Ia adalah konsep "pecutan", "daya", "jisim" yang menghubungkan hukum Newton dengan hubungan matematik. Mari cuba fahami maksudnya.
Tindakan hanya satu kuasa adalah fenomena yang luar biasa. Contohnya, satelit buatan yang mengorbit Bumi hanya dipengaruhi oleh graviti.
Hasil
Tindakan beberapa daya boleh digantikan dengan satu daya.
Jumlah geometri bagi daya yang bertindak ke atas jasad dipanggil paduan.
Kita bercakap tentang jumlah geometri, kerana daya ialah kuantiti vektor, yang bergantung bukan sahaja pada titik aplikasi, tetapi juga pada arah tindakan.
Sebagai contoh, jika anda perlu memindahkan almari pakaian yang agak besar, anda boleh menjemput rakan. Bersama-sama kita mencapai hasil yang diinginkan. Tetapi anda hanya boleh menjemput seorang yang sangat kuat. Usahanya setaraf dengan aksi kawan-kawan semua. Daya yang dikenakan oleh wira boleh dipanggil paduan.
Hukum gerakan Newton dirumus berdasarkan konsep "hasil".
Hukum inersia
Mulakan mengkaji hukum Newton dengan fenomena yang paling biasa. Undang-undang pertama biasanya dipanggil undang-undang inersia, kerana ia menetapkan punca-punca pergerakan rectilinear seragam atau keadaan seluruh badan.
Badan bergerak secara seragam dan lurus atauberhenti jika tiada daya bertindak ke atasnya, atau tindakan ini diberi pampasan.
Boleh dikatakan bahawa paduan dalam kes ini adalah sama dengan sifar. Dalam keadaan ini, sebagai contoh, sebuah kereta bergerak pada kelajuan tetap di bahagian lurus jalan. Tindakan daya tarikan diimbangi oleh daya tindak balas sokongan, dan daya tujahan enjin adalah sama dalam nilai mutlak dengan daya rintangan terhadap pergerakan.
Candelier terletak di siling, kerana daya graviti diimbangi oleh ketegangan lekapannya.
Hanya daya yang dikenakan pada satu badan boleh diberi pampasan.
undang-undang kedua Newton
Mari teruskan. Sebab-sebab yang menyebabkan perubahan dalam kelajuan jasad dipertimbangkan oleh hukum kedua Newton. Apa yang dia cakapkan?
Hasil daya yang bertindak ke atas jasad ditakrifkan sebagai hasil darab jisim jasad dan pecutan yang diperolehi di bawah tindakan daya tersebut.
2 Hukum Newton (formula: F=ma), malangnya, tidak mewujudkan hubungan sebab akibat antara konsep asas kinematik dan dinamik. Dia tidak dapat menentukan dengan tepat apa yang menyebabkan mayat itu memecut.
Mari kita rumuskan secara berbeza: pecutan yang diterima oleh jasad adalah berkadar terus dengan daya terhasil dan berkadar songsang dengan jisim jasad.
Oleh itu, boleh dipastikan bahawa perubahan kelajuan berlaku hanya bergantung pada daya yang dikenakan padanya dan jisim badan.
2 Hukum Newton, yang formulanya mungkin seperti berikut: a=F/m, dianggap asas dalam bentuk vektor, kerana ia memungkinkanmewujudkan hubungan antara cabang fizik. Di sini, a ialah vektor pecutan jasad, F ialah paduan daya, m ialah jisim jasad.
Pergerakan dipercepatkan kereta adalah mungkin jika daya tarikan enjin melebihi daya rintangan terhadap pergerakan. Apabila tujahan meningkat, begitu juga pecutan. Trak dilengkapi dengan enjin berkuasa tinggi, kerana jisimnya jauh lebih tinggi daripada jisim kereta penumpang.
Bola api yang direka untuk perlumbaan berkelajuan tinggi diringankan sedemikian rupa sehingga bahagian minimum yang diperlukan dipasang padanya dan kuasa enjin ditingkatkan ke had yang mungkin. Salah satu ciri terpenting kereta sport ialah masa pecutan hingga 100 km / j. Lebih pendek selang masa ini, lebih baik sifat kelajuan kereta itu.
Hukum interaksi
Undang-undang Newton, berdasarkan daya alam, menyatakan bahawa sebarang interaksi disertai dengan kemunculan sepasang daya. Jika bola tergantung pada benang, maka ia mengalami aksinya. Dalam kes ini, benang juga diregangkan di bawah aksi bola.
Perumusan keteraturan ketiga melengkapkan hukum Newton. Ringkasnya, bunyinya seperti ini: tindakan sama dengan tindak balas. Apakah maksud ini?
Daya yang mana jasad bertindak antara satu sama lain adalah sama besarnya, bertentangan arah dan diarahkan di sepanjang garis yang menghubungkan pusat jasad. Menariknya, mereka tidak boleh dipanggil pampasan, kerana mereka bertindak pada badan yang berbeza.
Penguatkuasaan undang-undang
Masalah "Kuda dan Troli" yang terkenal boleh mengelirukan. Kuda yang diikat pada gerabak tersebut menggerakkannyadari tempat. Selaras dengan undang-undang ketiga Newton, kedua-dua objek ini bertindak antara satu sama lain dengan daya yang sama, tetapi dalam praktiknya seekor kuda boleh menggerakkan kereta, yang tidak sesuai dengan asas corak.
Penyelesaian didapati jika kita mengambil kira bahawa sistem badan ini tidak ditutup. Jalan mempunyai kesan pada kedua-dua badan. Daya geseran statik yang bertindak pada kuku kuda melebihi daya geseran bergolek roda kereta. Lagipun, detik pergerakan bermula dengan percubaan untuk menggerakkan gerabak. Sekiranya kedudukan berubah, maka kuda dalam keadaan apa pun tidak akan memindahkannya dari tempatnya. Tapak kakinya akan tergelincir di atas jalan dan tidak akan ada pergerakan.
Pada zaman kanak-kanak, menaiki kereta luncur antara satu sama lain, semua orang boleh menemui contoh sedemikian. Jika dua atau tiga kanak-kanak duduk di atas kereta luncur, maka usaha seorang kanak-kanak jelas tidak mencukupi untuk menggerakkan mereka.
Kejatuhan jasad di permukaan bumi, dijelaskan oleh Aristotle ("Setiap badan tahu tempatnya") boleh disangkal berdasarkan perkara di atas. Objek bergerak ke arah bumi di bawah pengaruh daya yang sama seperti Bumi bergerak ke arahnya. Membandingkan parameter mereka (jisim Bumi jauh lebih besar daripada jisim badan), mengikut undang-undang kedua Newton, kami menegaskan bahawa pecutan objek adalah berkali-kali lebih besar daripada pecutan Bumi. Kami memerhatikan perubahan dalam kelajuan jasad, Bumi tidak bergerak dari orbitnya.
Had kebolehgunaan
fizik moden tidak menafikan undang-undang Newton, tetapi hanya menetapkan had kebolehgunaannya. Sehingga awal abad ke-20, ahli fizik tidak ragu-ragu bahawa undang-undang ini menjelaskan semua fenomena semula jadi.
1, 2, 3 undang-undangNewton mendedahkan sepenuhnya punca kelakuan badan makroskopik. Pergerakan objek dengan kelajuan yang boleh diabaikan diterangkan sepenuhnya oleh postulat ini.
Percubaan untuk menerangkan berdasarkan mereka pergerakan jasad dengan halaju yang hampir dengan kelajuan cahaya pasti akan gagal. Perubahan lengkap dalam sifat ruang dan masa pada kelajuan ini tidak membenarkan penggunaan dinamik Newtonian. Di samping itu, undang-undang mengubah bentuknya dalam FR bukan inersia. Untuk penggunaannya, konsep daya inersia diperkenalkan.
Undang-undang Newton boleh menerangkan pergerakan badan astronomi, peraturan lokasi dan interaksinya. Undang-undang graviti sejagat diperkenalkan untuk tujuan ini. Adalah mustahil untuk melihat hasil tarikan badan-badan kecil, kerana dayanya sedikit.
Tarikan bersama
Ada satu legenda yang menurutnya Encik Newton, yang sedang duduk di taman dan melihat kejatuhan epal, mempunyai idea yang bernas: untuk menerangkan pergerakan objek berhampiran permukaan Bumi dan pergerakan badan angkasa atas dasar tarikan bersama. Ia tidak begitu jauh dari kebenaran. Pemerhatian dan pengiraan tepat bukan sahaja melibatkan kejatuhan epal, tetapi juga pergerakan bulan. Undang-undang pergerakan ini membawa kepada kesimpulan bahawa daya tarikan meningkat dengan peningkatan jisim badan yang berinteraksi dan berkurangan dengan peningkatan jarak antara mereka.
Berdasarkan undang-undang kedua dan ketiga Newton, hukum graviti sejagat dirumuskan seperti berikut: semua jasad di alam semesta tertarik antara satu sama lain dengan daya yang diarahkan sepanjang garis yang menghubungkan pusat-pusat jasad, berkadar dengan jisim badan danberkadar songsang dengan kuasa dua jarak antara pusat badan.
Notasi matematik: F=GMm/r2, dengan F ialah daya tarikan, M, m ialah jisim jasad yang berinteraksi, r ialah jarak antaranya. Pekali perkadaran (G=6.62 x 10-11 Nm2/kg2) dipanggil pemalar graviti.
Maksud fizikal: pemalar ini adalah sama dengan daya tarikan antara dua jasad berjisim 1 kg pada jarak 1 m. Jelaslah bahawa bagi jasad jisim kecil daya itu sangat tidak ketara sehingga boleh diabaikan. Bagi planet, bintang, galaksi, daya tarikan sangat besar sehingga ia menentukan pergerakannya sepenuhnya.
Adalah undang-undang graviti Newton yang menyatakan bahawa untuk melancarkan roket, anda memerlukan bahan api yang boleh mencipta tujahan jet sedemikian untuk mengatasi pengaruh Bumi. Kelajuan yang diperlukan untuk ini ialah halaju melarikan diri pertama, iaitu 8 km/s.
Teknologi roket moden memungkinkan untuk melancarkan stesen tanpa pemandu sebagai satelit buatan Matahari ke planet lain untuk diterokai. Kelajuan yang dibangunkan oleh peranti sedemikian ialah halaju ruang kedua, bersamaan dengan 11 km / s.
Algoritma untuk menggunakan undang-undang
Menyelesaikan masalah dinamik tertakluk kepada urutan tindakan tertentu:
- Analisis tugas, kenal pasti data, jenis pergerakan.
- Lukiskan lukisan yang menunjukkan semua daya yang bertindak ke atas badan dan arah pecutan (jika ada). Pilih sistem koordinat.
- Tulis undang-undang pertama atau kedua, bergantung pada ketersediaanpecutan badan, dalam bentuk vektor. Ambil kira semua daya (daya terhasil, hukum Newton: yang pertama, jika kelajuan badan tidak berubah, yang kedua, jika terdapat pecutan).
- Tulis semula persamaan dalam unjuran pada paksi koordinat yang dipilih.
- Jika sistem persamaan yang terhasil tidak mencukupi, maka tuliskan yang lain: takrif daya, persamaan kinematik, dsb.
- Selesaikan sistem persamaan untuk nilai yang dikehendaki.
- Lakukan semakan dimensi untuk menentukan sama ada formula yang terhasil adalah betul.
- Kira.
Biasanya langkah ini mencukupi untuk sebarang tugas standard.
