Головна

Динаміка матеріальної точки. Взаємодії тел. Закони Ньютона. Поняття сили, маси, кількості руху.

  1.  I На шляху побудови єдиної теорії поля 6.1. Теорема Нетер і закони збереження
  2.  I. ОСНОВНІ СТРАХОВІ ПОНЯТТЯ
  3.  I. ОСНОВНІ СТРАХОВІ ПОНЯТТЯ
  4.  II) Деякі поняття звукових технологій
  5.  OpenSocial - відкритий стандарт взаємодії соціальних мереж
  6.  Quot; Але я Віддаю перевагу Денні Взаємодії. Це легше".
  7.  V. Поступальний розвиток живих істот, привчають пов'язувати різні поняття і вільніше користуватися органами почуттів і членами тіла

Матерія і рух. Простір і час - загальні форми існування матерії. Об'єкти і методи дослідження сучасної фізики. Роль фізики в сучасному природознавстві. Актуальні проблеми сучасної фізики.

Наукою зазвичай називають спроби систематизувати суму знань про навколишній нас матеріальний світ, про саму людину і про результати його діяльності. Фізика вивчає найбільш загальні закони формування і розвитку навколишнього нас матерії в її найбільш примітивних формах, які прийнято називати неживою природою. Тому можна стверджувати, що фізика є фундаментом всіх природничих наук.

На ранніх стадіях розвитку науки фізики свої висновки будували на основі реальних спостережень різних природних явищ. Пізніше навчилися відтворювати ці явища в лабораторних умовах - «ставити наукові експерименти». Але жодна лабораторія не в силах забезпечити повне відтворення всіх природних умов спостережень якогось явища, тому для правильної постановки того чи іншого фізичного експерименту необхідно провести правильний аналіз досліджуваного явища, виділити його найбільш істотні зв'язку з рештою світу. Таким чином, вивчення явища або об'єкта завжди проводиться в деякому наближенні. Отримавши експериментальні дані, спостерігач для їх пояснення створює на основі наявних у нього уявлень шляхом синтезуробочу гіпотезу, яка може пояснити не тільки один, але і цілу групу подібних експериментів. Важливо відзначити, що осмислення результатів експерименту йде в деякому спрощеному, модельному поданні.

Якщо розроблені уявлення виявляються справедливими для досить широкого класу явищ, то прийнято говорити про виникнення фізичної теорії. Окремі положення цієї теорії носять назви фізичних законів, за умови їх виконання для всього класу вивчених об'єктів і явищ.

Важливою особливістю фізичної науки є використання кількісних характеристик окремих властивостей фізичних об'єктів. Ці характеристики визначаються шляхом вимірювань, І для встановлення взаємозв'язку між різними фізичними параметрами застосовується математика. Вона є потужним засобом для аналітичного подання фізичних законів і наслідків з них. Будь-яка фізична теорія повинна бути справедливою для всіх явищ природи, в іншому випадку теорія носить лише приватний характер. Якщо з'являються нові експериментальні факти, які не пояснюються з точки зору розробленої теорії, то це якраз і вказує на обмеженість теорії. У цьому випадку стає очевидною необхідність побудови нової теорії, в якій новий експериментальний матеріал знаходить своє природне пояснення (приклад: механіка Ньютона і теорія відносності Ейнштейна).

Критерієм оцінки справедливості того чи іншого логічного побудови виступає експеримент. Саме він є своєрідним «верховним суддею», виносять свій «вирок» щодо будь-якої теорії.

Але зв'язок «експеримент - гіпотеза - закон - теорія - експеримент» не означає, що фізична теорія грає лише описову роль, і її покликання полягає тільки в поясненні проведених експериментів.

Союз теорії і експерименту носить творчий характер: атомна теорія будови речовини отримала загальне визнання задовго до того, коли стало можливо безпосереднє спостереження окремих атомів.

МАТЕРИЯ - об'єктивна реальність, вміст простору, одна з основних категорій науки і філософії, об'єкт вивчення фізики. Фізика описує матерію як щось, що існує в - уявлення, що йде від Ньютона (простір - вмістилище речей, час - подій); щось, саме задає властивості простору і часу - уявлення, що йде від Лейбніца і, в подальшому, що знайшло вираження в загальній теорії відносності Ейнштейна. Зміни в часі, що відбуваються з різними формами матерії, складають фізичні явища. Основним завданням фізики є опис властивостей тих чи інших видів матерії і її взаємодії.

ПРОСТІР: 1) фізичні-тривимірне п. Нашого повсякденного світу, воно визначається положенням фізичних тіл, в якому відбувається механічне рух, геометричне переміщення різних тіл, об'єктів. 2) математичні-простору швидкостей, імпульсів, абстрактні векторні або лінійні простори). У фізиці термін п. Має бути присутнім уточнююче визначення або доповнення-простір швидкостей, колірний простір, простір станів. 3) проміжні (підпростору), наприклад фазовий простір

Час - умовна порівняльна міра руху матерії, одна з координат простору-часу, вздовж якої протягнуті лінії фізичних тіл.

У кількісному сенсі поняття час має три аспекти: 1) Координати події на тимчасової осі. Поточний час: календарне, час доби (визначається шкалою) 2) Відносний час, часовий інтервал між двома подіями 3) Суб'єктивний параметр при порівнянні декількох різночастотних процесів

РОЛЬ ФІЗИКИ В збрешу ЕСТЕСТВОЗНАНИИ І МЕТОДИ

Методи і інструменти використовуються хімією, що призвело до становлення двох напрямків досліджень: фізичної хімії та хімічної фізики. Все потужнішою стає біофізика - область досліджень на кордоні між біологією і фізикою, в якій біологічні процеси вивчаються виходячи з атомарного структури органічних речовин. Геофізика вивчає фізичну природу геологічних явищ. Медицина використовує методи, такі як рентгенівські і ультразвукові дослідження, ядерний магнітний резонанс - для діагностики, лазери - для лікування хвороб очей, ядерне опромінення - в онкології, тощо.

АКТУАЛЬНІ ПРОБЛЕМИ С. фізики. 1. Керована термоядерна реакція. 2. Надпровідність при високій і кімнатній температурах. Чи можлива? 3. Металевий водень. Получ. Властивості 4. Деякі проблеми твердого тіла (гетероструктури в напівпровідниках, квантові ями і точки, зарядові і спінові хвилі, мезоскопія та інше). 5. Фазові переходи другого роду і пов'язані з ними ефекти (охолодження до наднизьких температур) 6. Рідкі кристали. Ферроелектрікі. Ферротороікі 7. Фуллерени. Нанотрубки. 8. Властивості речовини в надсильних магнітних полях. 9. Нелінійна фізика: турбулентність, хаос 10. Надважкі елементи. Екзотичні ядра. 11. Єдина теорія слабких і електромагнітних взаємодій. 12. Експериментальна перевірка загальної теорії відносності. 13. Гравітаційні хвилі і їх детектування. 14. Космологічні проблеми. Інфляція. Зв'язок космології і фізики високих енергій. 15. Нейтронні зірки і пульсари. Сверхновие.16. Чорні діри. Космічні струни. 17. Квазари і ядра галактик. Освіта галактик. Проблема темної матерії і її освіти.

2. Кінематика матеріальної точки. Відносність руху, системи відліку. (У 3 питанні) Опис руху в координатної і векторній формі. Переміщення, швидкість і прискорення. Закон руху. Тангенціальне і нормальне прискорення. Рух по колу штучного супутника Землі.кінематика - Розділ механіки, який вивчає математичний опис руху ідеалізованих тел, без розгляду причин руху. Механічний рух-зміна положення предмета щодо заданої системи відліку: тіло відліку, система координат, час. Найпростішим об'єктом для вивчення механічного руху може служити матеріальна точка. Для опису положення матеріальної точки щодо обраної системи відліку прийнято використовувати векторне подання: положення точки А описується радіус-вектором rА,

 > Рис.1. опис руху точки за допомогою радіус-вектора.  проведеним з початку координат в точку А. Якщо точка А рухається, то крива, що з'єднує положення точки в наступні моменти часу t1, t2... tn (Де t12... n) - Траекторіядвіженія. При русі точки кінець її радіус-вектора переміщується вздовж траєкторії. Зміна радіус - вектора з плином часу - кінематичний закон руху: r = r (t). Координати точки в цьому випадку також є функціями часу: х = х (t), у = у (t) і z = z (t), які можна розглядати як параметричні рівняння руху. Якщо за Dt точка перемістилася з положення А в положення В, то радіус-вектор Dl, Проведений з А в В -

переміщення точки за час Dt. Dl= rB-rA= Dr. Для найбільш точного опису руху необхідно вибирати час Dt якомога менше. У цьому випадку крива траєкторії замінюється ламаною лінією. Для практичних цілей важливо знати відстань,

 l y1PrfFb3Jv5ZqhkXIkyLkKjJ8Kjf7QcHqwSnXunNrFnMJ8KgJfHzFn67uA / MjLqUNIBVjNCppMgF PiTsCPbotsZIMNgoEIKdI1zc2znDgUnxR1tIXEifCzABpeyk7TC + GcWj6XA67HV63cG004vzvPNk Nul1BrPkqJ8f5pNJnrz1ZSW9tOKUMukru1uMpPd3g7db0e1I71djT2H0ED1wDcne / Yekw1D4OdhO 1FzR9ZnxbfHzAbsQjHd765ft53uwuv + 6jH8AAAD // wMAUEsDBBQABgAIAAAAIQAur5Hq3gAAAAkB AAAPAAAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sTI / BTsMwEETvSPyDtUjcqENdRSXEqVAiDpEQUgsf4MZunBKv rdhtwt + znOA4mtHMm3K3uJFdzRQHjxIeVxkwg53XA / YSPj9eH7bAYlKo1ejRSPg2EXbV7U2pCu1n 3JvrIfWMSjAWSoJNKRScx84ap + LKB4PknfzkVCI59VxPaqZyN / J1luXcqQFpwapgamu6r8PFSXjf h + YttNu6RjW356ZZRttaKe / vlpdnYMks6S8Mv / iEDhUxHf0FdWSjhLXICT1JEBv6RAGRCwHsKGGT PwGvSv7 / QfUDAAD // wMAUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhALaDOJL + AAAA4QEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAA AAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAOP0h / 9YAAACUAQAACwAAAAAA AAAAAAAAAAAvAQAAX3JlbHMvLnJlbHNQSwECLQAUAAYACAAAACEAPznO7HQCAAClBAAADgAAAAAA AAAAAAAAAAAuAgAAZHJzL2Uyb0RvYy54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEALq + R6t4AAAAJAQAADwAA AAAAAAAAAAAAAADOBAAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sUEsFBgAAAAAEAAQA8wAAANkFAAAAAA == "o: allowincell =" f "> Рис.2. Довжина пройденого шляху.  пройдене по траєкторії - шлях S. Очевидно, що довжина ламаної лінії SD li, Буде наближатися до довжини шляху, якщо елементарне переміщення Dli замінити нескінченно малим переміщенням dli . (S = )

Іншою відомою характеристикою механічного руху точки служить швидкість. Середня швидкість за проміжок часу Dt визначається як: . (1 1)

При такому визначенні швидкості її значення залежить від вибору величини тимчасового інтервалу Dt і, як наслідок, від величини Dl . Однак при зменшенні величини Dt ставлення (1-1) прагне до деякого межі, який прийнято називати швидкістю матеріальної точки в даний момент часу: = , (1-2)

оскільки з рис.1 випливає, що Dl= Dr можна сказати, що швидкість є першою похідною радіуса-вектора за часом. Важливо відзначити, що S = , І перша похідна шляху по часу дає лише абсолютне значення швидкості: =

Як і будь-який вектор, вектор швидкості можна представити у вигляді суми складових по координатним осях: v =  , (1-3), i, j, k-одиничні вектори, спрямовані відповідно уздовж осей X, Y і Z. З іншого боку радіус вектор r також можна представити у вигляді суми: r = xi + yj + zk, (1 4), x, y і z - проекції радіуса-вектора на напрямок відповідних осей. Диференціюючи формулу (1-4) і порівнюючи результат диференціювання з виразом (1-3), отримаємо: vx=  = X; vy=  = Y і vz=  = Z, (1-5), які означають, що швидкості руху проекції точки вздовж координатних осей рівні проекція вектора швидкості на відповідні осі. З виразу (1-5) випливає, що за відомою залежністю координат точки від часу x (t), y (t) і z (t) дифференцированием можна знайти проекції vx, vy, vz вектора швидкості на координатні осі, а отже і сам вектор швидкості в будь-який момент часу. Величина вектора швидкості (його модуль) знаходиться як  . (1 6)

Дещо складніше вирішується зворотна задача - знаходження закону руху по заданій залежності вектора швидкості від часу. Наприклад, якщо відома залежність від часу проекції швидкості vx(T), то залежність координати х від часу x (t) знаходиться шляхом інтегрування x (t) = + х0, Де х0 - Координата точки в початковий момент часу (при t = 0). Залежність від часу інших координат знаходиться аналогічним способом.

Крім того, з формули (1-3) випливає, що швидкість будь-якого руху можна уявити як результат складання трьох прямолінійних рухів вздовж координатних осей X, Y і Z, т. Е. Будь-яке складне рух можна представити як суму прямолінійних рухів (принцип суперпозиції). Прикладом застосування цього принципу може служити обчислення першої космічної швидкості (такій швидкості, яку треба повідомити будь-якому тілу паралельно земній поверхні, щоб воно ніколи не впало на Землю).

 O Рис.3. До висновку першої космічної швидкості.  Рух тіла, кинутого уздовж земної поверхні можна уявити як суму двох рухів: рівномірного горизонтального руху зі швидкістю кидання vI і вільного падіння тіла до поверхні Землі з прискоренням g. За досить малий проміжок часу Dt тіло пройде, рухаючись перпендикулярно земній радіусу, відстань АС = vI Dt. Якщо ж за цей час, перебуваючи у вільному падінні, тіло опуститься на відстань ВС так, що ОВ = АТ = Rз, То очевидно, що тіло збереже незмінною свою висоту над поверхнею Землі. З D АОС по теоремі Піфагора слід: АТ2 + АС2 = ОС2. В той же час

АС = vI Dt, АТ "RЗ, ОС = ОВ + ВС =  + (1/2) g (Dt)2(Передбачається, що час Dt досить мало і проекцією швидкості vI на напрям АТ можна знехтувати). Замінюючи сторони DАОС на підставі наведених рівності:  . (1-7)  . При Dt 0:  (1-8)

Т. о. будь-яке тіло, рухаючись навколо Землі, знаходиться у вільному падінні, але зменшення висоти польоту при вільному падінні на Землю в точності компенсується за рахунок збільшення відстані до Землі під час руху по дотичній.

Але випадки, коли тіло зберігає свою швидкість незмінною, вкрай рідкісні. Навпаки, в загальному випадку швидкість змінюється як за величиною, так і за напрямком. Для характеристики швидкості зміни швидкості вводиться поняттяприскорення -границя відношення приросту швидкості до інтервалу часу, за який відбулося це збільшення: = V = . (1-9) Модуль вектора прискорення:  . (1-11)

Вектор прискорення можна також розкласти по координатним осях: а = а xi + a y j + a zk. (1-10)

Прямим диференціюванням аналогічно компонентам вектора швидкості можна знайти, що: a x = v x = X; a y = v y = Y; a z = v z = Z. (1-12)

Якщо відомі залежність від часу вектора прискорення і початкове значення вектора швидкості, то вектор швидкості в будь-який інший час після цього часу шляхом інтегрування. Для проекції v x: и ,(1-13),v x0 - Проекція швидкості на вісь Х в початковий момент часу. Раніше вказувалося, що по відомій залежності v (t) можна знайти закон руху. Отже, за відомим прискоренню, знаючи початкові значення положення точки і її швидкості, можна знайти її закон руху. З точки зору практики вектор прискорення зручніше представляти у вигляді двох складових, одна з яких спрямована по дотичній до траєкторії, а інша по нормалі, проведеної в точку дотику. Нехай за час Dt точка перемістилася з А в В, і за цей час її швидкість змінилася від vA до vB . Щоб знайти зміна Dv перенесемо вектор vB в точку початку вектора vA. тоді

 Рис.4. Нормальна і тангенціальна складові зміни швидкості.  різницю двох векторів vB - vA може бути представлена ??у вигляді вектора Dv = DC. У свою чергу, вектор Dv можна уявити теж як суму двох складових Dv = Dvn + Dvt, де вектор Dvt знаходиться як різниця АС-АЕ (АЕ = АD, АС = vB), Т. Е. Як різниця модулів векторів vB і vA. вектор Dvn характеризує зміну напрямку вектора vA, Т. К. VA = АЕ = АD. Трикутник DAE - р / б,

 тому при зменшенні інтервалу часу Dt до нуля (Dt 0) кут DAE також прагне до 0, а ?АDЕ 900, І Dvn виявляється перпендикулярним напрямку швидкості. У той же час ясно, що напрямок вектора Dvt при Dt 0 наближається до напрямку дотичної в точці А. Тому  . (1-14) Перше з доданків - нормальне прискорення, а друге -тангенціальное. Т. о. , (1-15) . (1-16) Повний:  . (1-17)

 Рис.5. До висновку центростремительного прискорення Кінематика обертального руху. Приватний приклад нормального прискорення - доцентрове, що виникає при рівномірному русі точки по колу. Якщо за малий проміжок часу Dt точка встигає повернутися на кут a, то, між переміщенням Dl, Радіусом r, збільшенням Dv і самої швидкістю v можна записати наступне співвідношення:  (1-18). З цього співвідношення збільшення (1-19)  . (1 20).

Для випадку обертального руху корисними виявляються такі характеристики як кутова швидкість і кутове прискорення. Величина кутової швидкості w визначається як відношення кута Dj, який описує радіус-вектор точки за час Dt, т. Е. . (1-21)

 Рис.6. до визначення напрямку кутової швидкості.  При цьому кутової швидкості приписується певний напрям, яке визначається наступним чином: напрямок відліку кута визначається напрямком обертання, а напрямок w визначається правилом правого гвинта - воно збігається з рухом осі гвинта, коли він обертається в напрямку обертання матеріальної точки (рис.6). Вектор кутового прискорення b визначається через зміну кутової швидкості обертання за час Dt. . (1-22)

При цьому напрямок b збігається з напрямком w, якщо за час Dt відбувається збільшення w і напрямок b протилежно вектору w, якщо за час Dt w зменшується.

При обертальному русі між лінійною швидкістю точки, спрямованої по дотичній до окружності обертання існує певний взаємозв'язок. дійсно  [W r] (1-23) квадратні дужки-векторний добуток векторів w і r.

Як відомо, два вектори можуть бути перемножити двома способами - скалярно і векторно. Оскільки при скалярному творі векторів виходить число, а швидкість за визначенням - вектор, то залишається тільки векторний спосіб множення векторів w і r. Напрямок векторного твори також визначається за правилом правого гвинта: перший вектор (вектор w) обертається по найкоротшому напрямку до другого вектору (радіус - вектор r); рух осі гвинта при такому обертанні покаже напрямок векторного твори.

Динаміка матеріальної точки. Взаємодії тел. Закони Ньютона. Поняття сили, маси, кількості руху.

Кінематика встановлює закони руху матеріальної точки, але не вказує його причини і фактори, що впливають на варіації кінематичних параметрів руху. динаміка - Розділ механіки, в якому вивчаються причини виникнення механічного руху. Закони Ньютона (більше 300 років тому) з'явилися результатом узагальнення великої кількості спостережень і експериментів. 1 закон: Існують інерційні СО щодо яких будь-яка вільна матеріальна точка стані спокою або рівномірного прямолінійного руху, поки вплив з боку інших тіл не змусить його змінити цей стан.

Властивість тіла зберігати свій стан незмінним називають інерцією, А системи відліку, в яких виконується цей закон - інерційних. Фізичний сенс закону полягає в тому, що для механіки нема різниці між станом спокою і рівномірного прямолінійного руху. Він підкреслює відносність руху. Строго кажучи, цей закон є чистою абстракцією, але досвід усього людства за минулі три з гаком століття підтверджує його справедливість. Причина зміни стану тіла, т. Е. Поява прискорення пов'язана з поняттям сили - Кількісна міра впливу на обраний нами тіло з боку інших тіл. Цей вплив може бути досить складним, але в цьому випадку його можна розкласти на так звані прості дії. Тому сила - кількісна міра простого впливу на тіло з боку інших тіл, під час дії якого тіло або його частини отримують прискорення. Як показує досвід, величина отриманого прискорення залежить від властивостей взаємодіючих тіл, від відстані між ними і від їх відносних швидкостей. Вага тіла - сила, з якою тіло тисне на підставку або розтягує нитку підвісу. На практиці для вимірювання величини сили використовують динамометр - градуированную пружину, забезпечену шкалою. Пасивна гравітаційна маса показує, з якою силою тіло взаємодіє з зовнішніми гравітаційними полями. активна гравітаційна - Яке гравітаційне поле створює саме це тіло. Гравітаційні маси фігурують в законі всесвітнього тяжіння. інертна характеризує інертність тіл і фігурує в одній з формулювань другого закону Ньютона. Інертність - властивість тіла зберігати величину і напрямок своєї швидкості, неможливість її миттєвої зміни. Якщо довільна сила в інерціальній СО однаково прискорює різні початково нерухомі тіла, цим тілам приписують однакову інертну масу.

перетворення Галілея. Щоб відповісти на питання, як знайти всі інерціальні СО, з'ясуємо, як радіус-вектор r, швидкість v і прискорення а матеріальної точки в СО До виражаються відповідно через її радіус-вектор r ', швидкість v' і прискорення а 'в СО К' , що рухається відносно К поступально, рівномірно і прямолінійно (рис; осі Oz і Oz 'перпендикулярні площині креслення). Можна вважати, що в початковий момент часу t = О обидві СО збігалися один з одним і швидкість V СО К 'відносно До спрямована по осі Ох.

Радіус-вектор точки в СО До r = хi + уj + zk дорівнює сумі її радіусу-вектора в СО K '

r '= х'i' + у 'j' + z'k '(i' = i, j '= j, k' = k) і радіусу-вектора ro початку координат О 'СО К' в СО К, який в нашому конкретному випадку визначається формулою ro = V0t i: r = r '+ ro або

x = х '+ V0t, y = у ', z = z' (6.1). Так як при додаванні векторів підсумовуються їх декартові проекції на відповідні осі. Ці формули, що зв'язують координати точки в двох СО, що рухаються один щодо одного рівномірно і прямолінійно - перетворення Галілея.

Диференціюючи (6.1) за часом і враховуючи, що V0 = Const, знаходимо співвідношення між швидкостями v і v ': v = v' + V0 або vx= vx'+ V0, vy= vy', Vz= vz'. (6.2)

Диференціюючи (6.2) за часом, маємо: a = a ', або ax= ax', Ay= ay', Az= az'. (6.3)

Формули (6.2) і (6.3) показують, як перетворюються швидкість і прискорення точки, якщо при описі її руху перейти від однієї СО до іншої, що рухається відносно першої рівномірно і прямолінійно. Рух точки щодо СО До можна трактувати як результат складання двох її рухів: руху разом c СО К ', т. Е руху з постійною швидкістю V0 (Переносний рух), і руху щодо СО К '. При цьому швидкості згідно (6.2) складаються, а прискорення точки згідно (6.3) однаково в обох СО - воно інваріантної щодо перетворень Галілея. Інваріантної також і час, яке в ньютонівської механіці вважається абсолютним: показання двох однакових годин, синхронізованих в одній точці простору, завжди будуть збігатися один з одним незалежно від характеру руху годин.

Нехай СО E - інерціальна, так що в ній прискорення вільної матеріальної точки: aсв= О. Якщо інша СО K 'рухається щодо До рівномірно і прямолінійно, то згідно (6.3) в ній також асв'= 0, т. Е. Вона теж інерціальна. Якщо ж К 'рухається щодо До з прискоренням, то рівність (6.3) не виконується і отже прискорення вільної матеріальної точки в К' відмінно від нуля - така СО називається неінерціальної. Т. о. для знаходження всього класу інерційних СО досить знайти одну з них: інерційних будуть ті і тільки ті СО, які рухаються відносно неї рівномірно і прямолінійно, а всі інші будуть неінерційній. Експерименти, і перш за все астрономічні спостереження, показують, що з високим ступенем точності інерційної є геліоцентрична. Будь-яка СО, пов'язана із Землею (геоцентpіческая з початком координат в центрі Землі), не є строго інерційних головним чином внаслідок обертання Землі щодо власної осі.

2 закон Ньютона. Досвід показує, що одна і та ж сила повідомляє різних тіл різні прискорення. Найпотужніші тіла набувають менші прискорення. Для характеристики здатності тел протистояти дії сили використовується поняття маси. Чим менше прискорення, яке отримує тіло, тим більше його маса, т. Е. Прискорення тел обернено пропорційні їх масам: . (2-1) Прийнявши якусь масу за еталон, за допомогою цього співвідношення можна вимірювати будь-яку масу.

Величина прискорення, яке отримує тіло певної маси, залежить від величини сили-чим більше сила F, тим більше прискорення, a = kF, k-коефіцієнт пропорційності. З урахуванням (2-1) маємо:  . (2-2а) Вибір k залежить від вибору системи одиниць. В даний час у всіх існуючих системах одиниць k = 1, т. Е.  . (2-2б)

Прискорення - вектор, маса - величина скалярна, тому сила теж вектор, напрям якого збігається з напрямком прискорення. Якщо на тіло діє кілька сил, то прискорення тіла пропорційно їх геометричній сумі:  . (2-3) - рівняння руху. Це рівняння - векторний, і його можна замінити трьома скалярними, проектуючи по черзі на осі X, Y і Z. Другий закон Ньютона може бути сформульовано за допомогою поняття імпульсу тіла. Імпульсом прийнято називати величину p = mv. У ньютонівської механіці передбачається, що маса тіла постійна і не залежить від швидкості, тому: ma = m  . (2-4)

Швидкість зміни імпульсу дорівнює діючій на матеріальну точку результуючої силі:  . (2-5)

3 закон Ньютона. Сила - міра взаємодії тіл, при розгляді руху якого-небудь тіла враховується тільки одна сторона цієї взаємодії. Ясно, однак, що всі тіла треба розглядати як рівноправні, т. Е. Якщо друге тіло впливає на перше, то і 1 впливає на 2. 3 закон встановлює співвідношення між цими впливами. Сили, з якими два тіла діють один на одного, рівні за величиною і спрямовані по одній прямій в різні боки. Книга лежить на столі; вона притягується до Землі і внаслідок цього тисне на стіл. Однак книжка не провалюється до центру Землі, т. К. Стіл зі свого боку діє на книгу з силою рівною за величиною силі тиску книзі на стіл. Ця сила з боку столу носить назву реакції опори. До самої книзі докладено дві сили: сила тяжіння і сила реакції опори. Вони рівні за величиною і протилежно спрямовані, їх сума дорівнює нулю, тому книга нікуди не рухається.

Основні фундаментальні взаємодії в природі, їх прояви та порівняльні характеристики. Силові поля. Види сил у механіці. Гравітаційні сили. Рух космічних тіл. Сили пружності. Сили тертя.

Природа механічних сил. З кінематики відомо, що знання величини та напрямки прискорення дозволяє обчислити значення радіуса-вектора матеріальної точки в будь-який інший час після цього часу, т. Е. Передбачити положення точки. Закони динаміки дозволяють зробити це, якщо відома права частина рівнянь (2-3) або (2-5). Іншими словами, потрібно вміти визначати сили, що діють на тіло, положення якого потрібно описати. Взаємодія між макроскопічними тілами фізика зводить до взаємодії між елементарними частинками. Таких елементарних частинок більше 100. Найбільш популярні електрон, протон і нейтрон. Для характеристики всіх частинок вводяться такі поняття як маса спокою, електричний заряд, власний механічний момент (спін), а також парність, дивина, красивість, баріонів, колірної, слабкий заряд. Між елементарними частинками існує чотири фундаментальні взаємодії: сильна, слабка, електромагнітне і гравітаційне.

 Назва взаємодії  відносна інтенсивність  Частка, «переносить» взаємодія  характеристика частки
 сильне  p-мезони (глюони) (8 типів)  m ~ 250 mелект різноманітні
 електромагнітне  10-2  фотон  E = hn
 Слабке  10-13  W - частіциZ - частинки  Е ~ 102 с2 m протон гіпотетична
 гравітаційне  10-40  гравітон гіпотетічен

У класичній фізиці вважається, що електромагнітне і гравітаційне взаємодії здійснюються за допомогою поля - Особливий вид матерії, характерний тим, що кожній точці простору можна приписати певне значення поля. Фізичне поле безперервно. Однак, сучасна фізика, що базується на квантових уявленнях, вважає дискретноїбудь-яку фізичну величину, яка може змінюватися тільки певними порціями - квантами. Вона приписує полях дискретний характер, коли зміна поля розглядається як випромінювання або поглинання якоїсь частки, яка поширюється з кінцевою швидкістю (максимум с). Іншими словами, у квантовій фізиці взаємодії зводяться до обміну тими чи іншими частками, що переносять квант дії. Якщо квант дії електромагнітного поля добре відомий під назвою фотон,то квант гравітаційної взаємодії гравітон залишається до сих пір невідкритим.

Сили в механіці можуть бути зведені до цих двох взаємодій, тим більше два інших описують взаємодії, тільки в мікросвіті. Зокрема, сильна взаємодія може пояснити наявністьядерних сил, відповідальних за стійкість атомного ядра. Слабкі виникають між мікрочастинками, що володіють так званим слабким зарядом.

гравітаційні є слабшими, але вони мають властивості адитивності і досягають значних величин в космічному. Величина гравітаційної сили тяжіння двох матеріальних точок масами m1 і m2 визначена Ньютоном і відома як закон всесвітнього тяжіння:  (2-6), G = 6,67 * 10-11Н * м2/ кг2-гравітаціонная постійна. Щоб підкреслити, що сила - вектор, закон записують трохи інакше, розглядаючи силу, діючу на m2 з боку m1: r12, (2-7) звідки видно напрямок сили (вона спрямована вздовж прямої, що з'єднує взаємодіючі маси). Модуль сили тяжіння P тіла маси m до Землі, яку називають силою тяжіння можна записати так:  (2-8), де величина . З виразу g видно, що воно не залежить від маси обраного тіла і тому однаково для всіх тіл в певній точці земної поверхні. Важливо підкреслити відмінність двох понять - сили тяжіння і ваги тіла:

 Рис.7. до визначення ваги тіла.  перша існує завжди, коли є притягує маса МЗ, Тоді як друга, що представляє міру впливу тіла на підставку або нитку підвісу, може змінюватися. Для пояснення сказаного корисно розглянути свідчення терезів, на яких стоїть гиря. У нерухомому стані на гирю діє дві сили - сила тяжіння Р і сила реакції опори N, причому Р-N = 0. Якщо ваги рухаються вниз з прискоренням а (рис.7), то рівняння другого закону Ньютона, записане в нерухомій системі координат, має вигляд:

ma = P-N, (2-9) звідки N = P - ma = mg - ma = m (g - a). (2-10)

За 3 закону Ньютона N дорівнює і протилежно спрямована силі тиску гирі на ваги  , Т. Е. Вазі гирі. Тому вага гирі  = M (g-a). (2-11). Очевидно, що при а = g  = 0, т. Е. Все вільно падаючі тіла нічого не важать. Сила тяжіння на поверхні Землі не є постійною з двох причин: по-перше, Земля не є ідеальною кулею (сплюснута на полюсах так, що на полюсах g більше, ніж на екваторі); по-друге, внаслідок добового

 Рис.8. Зміна радіуса обертання  обертання Землі, на всі тіла на її поверхні (крім географічних полюсів) діє доцентровийприскорення aц =  соsq, спрямоване в ту ж сторону, що і g. Тому (рис.7) вага тіл буде менше там, де радіус обертання більше, т. Е. На екваторі тіла мають найменший вес.Кроме гравітаційних сил в механіці розглядаються пружні сили і сили тертя, які обумовлені електричними силами.

сили пружності обумовлені деформаціями. Вони пов'язані зі зміною взаємного розташування молекул, що утворюють дане тіло, причому сили виникають лише коли деформації носять пружний характер. В цьому випадку справедливий закон Гука  , (2-12), x-величина пружної деформації, к-коефіцієнт пропорційності, залежний від властивостей тіла, що деформується і виду деформації. Приватний приклад прояву пружних сил - сили реакції опор, напрям яких вважається завжди нормальним до деформованої поверхні. Іншим прикладом дії пружних сил можуть служити сили зв'язку (натягу).

Розгляд сил тертя можна обмежити двома прикладами: силами сухого (спокою, ковзання) і в'язкого тертя. Сила сухого тертя ковзання: Fтр= -mN, N-сила нормального тиску. Важливе значення має сила тертя спокою, Що виникає між дотичними тілами. Максимальну величину цієї сили зазвичай оцінюють поформуле для сили тертя ковзання. Якщо до тіла, що спочиває на горизонтальній поверхні, прикласти поступово зростаючу горрізонтальную силу F, то поки величина цієї сили не досягне величини сили тертя ковзання Fтр. ск. тіло залишається в спокої. Згідно з другим законом Ньютона це означає, що до початку руху на тіло з боку підставки діє сила Fтр покрівна по модулю і протилежна по напрямку прикладеної сили: Fтр пок = - F,вона називається силою тертя спокою. Коли величина прикладеної сили досягне значення сили тертя ковзання, тіло почне рухатися, і на нього буде діяти сила тертя ковзання. Досвід показує, що модуль сили тертя ковзання пропорційний модулю сили нормального тиску підставки на тіло і практично не залежить від швидкості тіла, а напрям протилежний швидкості v тіла щодо підставки.

Сила в'язкого тертя, навпаки, залежить від величини швидкості, причому ступінь залежності змінюється в міру зростання швидкості. Для порівняно невеликих швидкостей вона може бути представлена ??в такому вигляді: Fв'яз = - Bv = -  . (2-13) b залежить як від властивостей самого тіла, яке рухається у в'язкому середовищі, так і від властивостей середовища. Іноді цю силу тертя зручніше представляти в такому вигляді: Fв'яз= -kS  , (2-14), S-площа дотику тіла із середовищем, k - коефіцієнт внутрішнього тертя середовища, а величина похідної, що входить у вираз для сили - градієнт швидкості,описує швидкість зміни швидкості шарів середовища, захоплюємося тілом, в напрямку, перпендикулярному напрямку швидкості тіла.



 Вимірювання частоти і временнних інтервалів за допомогою осцилографа. |  Системи матеріальних точок. Центр мас і теорема про його русі. Момент сили і момент кількості. Закони збереження імпульсу та моменту імпульсу.

 Робота і енергія. Потужність. Кінетична енергія. Консервативні і неконсерватівние сили. Потенціальна енергія. |  Закон збереження і перетворення енергії в механіці. Космічні швидкості штучних супутників і космічних кораблів. Умови рівноваги механічних систем. |  Рух твердого тіла. Момент інерції тіла. Рівняння моментів. Теорема про перенесення осей. Кінетична енергія тіла, що обертається. Гіроскопи і їх застосування. 1 сторінка |  Рух твердого тіла. Момент інерції тіла. Рівняння моментів. Теорема про перенесення осей. Кінетична енергія тіла, що обертається. Гіроскопи і їх застосування. 2 сторінка |  Рух твердого тіла. Момент інерції тіла. Рівняння моментів. Теорема про перенесення осей. Кінетична енергія тіла, що обертається. Гіроскопи і їх застосування. 3 сторінка |  Рух твердого тіла. Момент інерції тіла. Рівняння моментів. Теорема про перенесення осей. Кінетична енергія тіла, що обертається. Гіроскопи і їх застосування. 4 сторінка |  Рух твердого тіла. Момент інерції тіла. Рівняння моментів. Теорема про перенесення осей. Кінетична енергія тіла, що обертається. Гіроскопи і їх застосування. 5 сторінка |  Рух твердого тіла. Момент інерції тіла. Рівняння моментів. Теорема про перенесення осей. Кінетична енергія тіла, що обертається. Гіроскопи і їх застосування. 6 сторінка |  Форма меніска при несмачіванія. |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати