Pergerakan jasad yang berbeza dalam angkasa dalam fizik dikaji oleh bahagian khas - mekanik. Yang terakhir, seterusnya, dibahagikan kepada kinematik dan dinamik. Dalam artikel ini, kita akan mempertimbangkan undang-undang mekanik dalam fizik, memfokuskan pada dinamik pergerakan translasi dan putaran jasad.
Latar belakang sejarah
Bagaimana dan mengapa badan bergerak telah menarik minat ahli falsafah dan saintis sejak zaman purba. Jadi Aristotle percaya bahawa objek bergerak di angkasa hanya kerana terdapat beberapa pengaruh luar ke atasnya. Sekiranya kesan ini dihentikan, badan akan segera berhenti. Ramai ahli falsafah Yunani kuno percaya bahawa keadaan semula jadi semua badan ialah rehat.
Dengan kemunculan Zaman Baru, ramai saintis mula mengkaji undang-undang gerakan dalam mekanik. Perlu diperhatikan nama-nama seperti Huygens, Hooke dan Galileo. Yang terakhir membangunkan pendekatan saintifik untuk mengkaji fenomena semula jadi dan, sebenarnya, menemui undang-undang pertama mekanik, yang, bagaimanapun, tidak menggunakan nama belakangnya.
Pada tahun 1687, sebuah penerbitan saintifik telah diterbitkan, dikarang olehorang Inggeris Isaac Newton. Dalam karya saintifiknya, beliau dengan jelas merumuskan undang-undang asas pergerakan jasad di angkasa, yang, bersama-sama dengan undang-undang graviti universal, membentuk asas bukan sahaja mekanik, tetapi semua fizik klasik moden.
Mengenai hukum Newton
Ia juga dipanggil undang-undang mekanik klasik, berbeza dengan relativistik, postulat yang dikemukakan pada awal abad ke-20 oleh Albert Einstein. Pada yang pertama, terdapat hanya tiga undang-undang utama yang berasaskan keseluruhan cabang fizik. Mereka dipanggil seperti ini:
- Hukum inersia.
- Hukum hubungan antara daya dan pecutan.
- Hukum tindakan dan tindak balas.
Mengapa ketiga-tiga undang-undang ini menjadi yang utama? Ia mudah, apa-apa formula mekanik boleh diperolehi daripada mereka, bagaimanapun, tiada prinsip teori yang membawa kepada mana-mana daripada mereka. Undang-undang ini mengikuti secara eksklusif daripada pelbagai pemerhatian dan eksperimen. Kesahihannya disahkan oleh kebolehpercayaan ramalan yang diperoleh dengan bantuan mereka dalam menyelesaikan pelbagai masalah secara praktikal.
Hukum inersia
Undang-undang pertama Newton dalam mekanik mengatakan bahawa mana-mana badan jika tiada pengaruh luaran padanya akan mengekalkan keadaan rehat atau gerakan rectilinear dalam mana-mana rangka rujukan inersia.
Untuk memahami undang-undang ini, seseorang mesti memahami sistem pelaporan. Ia dipanggil inersia hanya jika ia memenuhi undang-undang yang dinyatakan. Dengan kata lain, dalam sistem inersia tidak adaterdapat kuasa rekaan yang akan dirasai oleh pemerhati. Sebagai contoh, sistem yang bergerak secara seragam dan dalam garis lurus boleh dianggap inersia. Sebaliknya, sistem yang berputar secara seragam pada paksi adalah bukan inersia kerana kehadiran daya emparan rekaan di dalamnya.
Hukum inersia menetapkan sebab mengapa sifat pergerakan berubah. Sebab ini adalah kehadiran kuasa luar. Perhatikan bahawa beberapa daya boleh bertindak ke atas badan. Dalam kes ini, mereka mesti ditambah mengikut peraturan vektor, jika daya yang terhasil adalah sama dengan sifar, maka badan akan meneruskan gerakan seragamnya. Ia juga penting untuk memahami bahawa dalam mekanik klasik tiada perbezaan antara gerakan seragam badan dan keadaan rehatnya.
Hukum Kedua Newton
Dia mengatakan bahawa sebab untuk mengubah sifat pergerakan badan di angkasa adalah kehadiran daya bukan sifar luaran yang dikenakan padanya. Malah, undang-undang ini adalah kesinambungan daripada yang sebelumnya. Notasi matematiknya adalah seperti berikut:
F¯=ma¯.
Di sini, kuantiti a¯ ialah pecutan yang menerangkan kadar perubahan vektor halaju, m ialah jisim inersia jasad. Memandangkan m sentiasa lebih besar daripada sifar, daya dan vektor pecutan menghala ke arah yang sama.
Undang-undang yang dipertimbangkan adalah terpakai kepada sejumlah besar fenomena dalam mekanik, contohnya, pada perihalan proses jatuh bebas, pergerakan dengan pecutan kereta, gelongsor bar di sepanjang satah condong, ayunan daripada bandul,ketegangan penimbang spring dan sebagainya. Adalah selamat untuk mengatakan bahawa ia adalah undang-undang utama dinamik.
Momentum dan Momentum
Jika anda beralih terus kepada karya saintifik Newton, anda dapat melihat bahawa saintis itu sendiri merumuskan undang-undang kedua mekanik agak berbeza:
Fdt=dp, dengan p=mv.
Nilai p dipanggil momentum. Ramai yang tersilap memanggilnya sebagai dorongan badan. Jumlah pergerakan ialah ciri tenaga inersia yang sama dengan hasil jisim badan dan kelajuannya.
Tukar momentum dengan beberapa nilai dp hanya boleh dilakukan oleh daya luar F yang bertindak ke atas badan semasa selang masa dt. Hasil darab daya dan tempoh tindakannya dipanggil impuls daya atau ringkasnya impuls.
Apabila dua jasad berlanggar, daya perlanggaran bertindak di antara mereka, yang mengubah momentum setiap jasad, walau bagaimanapun, kerana daya ini adalah dalaman berkenaan dengan sistem dua jasad yang dikaji, ia tidak membawa kepada perubahan dalam jumlah momentum sistem. Fakta ini dipanggil undang-undang pengekalan momentum.
Pusing dengan pecutan
Jika hukum mekanik yang dirumuskan oleh Newton digunakan pada gerakan putaran, maka ungkapan berikut akan diperoleh:
M=Iα.
Di sini M - momentum sudut - ini ialah nilai yang menunjukkan keupayaan daya untuk membuat pusingan dalam sistem. Momen daya dikira sebagai hasil darab daya vektor dan vektor jejari yang diarahkan dari paksi ketitik permohonan. Kuantiti I ialah momen inersia. Seperti momen daya, ia bergantung pada parameter sistem berputar, khususnya, pada taburan geometri jisim badan berbanding paksi. Akhir sekali, nilai α ialah pecutan sudut, yang membolehkan anda menentukan berapa banyak radian sesaat perubahan halaju sudut.
Jika anda melihat dengan teliti persamaan bertulis dan membuat analogi antara nilai dan penunjuknya daripada hukum Newtonian kedua, maka kita akan mendapat identiti lengkapnya.
Hukum tindakan dan tindak balas
Kita tinggal mempertimbangkan hukum ketiga mekanik. Jika dua yang pertama, satu cara atau yang lain, dirumuskan oleh pendahulu Newton, dan saintis itu sendiri hanya memberi mereka bentuk matematik yang harmoni, maka undang-undang ketiga adalah idea asal orang Inggeris yang hebat itu. Jadi, ia berkata: jika dua jasad bersentuhan, maka daya yang bertindak di antara mereka adalah sama besarnya dan bertentangan arah. Secara lebih ringkas, kita boleh mengatakan bahawa sebarang tindakan menyebabkan tindak balas.
F12¯=-F21¯.
Di sini F12¯ dan F21¯ - bertindak dari sisi badan pertama hingga ke-2 dan dari sisi badan ke-2 kepada kekuatan pertama, masing-masing.
Terdapat banyak contoh yang mengesahkan undang-undang ini. Sebagai contoh, semasa melompat, seseorang ditolak dari permukaan bumi, yang terakhir menolaknya. Perkara yang sama berlaku untuk berjalan kaki dan menolak dinding kolam perenang. Contoh lain, jika anda menekan tangan anda di atas meja, maka sebaliknya dirasai.kesan meja pada tangan, yang dipanggil daya tindak balas sokongan.
Apabila menyelesaikan masalah mengenai penggunaan hukum ketiga Newton, seseorang tidak seharusnya lupa bahawa daya tindakan dan daya tindak balas dikenakan pada jasad yang berbeza, oleh itu ia memberikan pecutan yang berbeza.
