Plik dynamiczny To obszar mechaniki bada interakcje między ciałami i ich skutki. Zajmuje się opisywaniem ich jakościowo i ilościowo, a także przewidywaniem ich ewolucji w czasie.
Stosując jej zasady, wiadomo, jak zmienia się ruch ciała podczas interakcji z innymi, a także, czy te interakcje je deformują, ponieważ jest całkowicie możliwe, że oba efekty zachodzą w tym samym czasie..
Wierzenia wielkiego greckiego filozofa Arystotelesa (384-322 pne) przez wieki dominowały jako podstawa dynamiki na Zachodzie. Myślał, że przedmioty poruszają się z powodu jakiejś energii, która popychała je w jednym lub drugim kierunku..
Zauważył również, że podczas pchania obiekt porusza się ze stałą prędkością, ale po zatrzymaniu pchania porusza się coraz wolniej, aż się zatrzyma..
Według Arystotelesa działanie stałej siły było konieczne, aby coś poruszało się ze stałą prędkością, ale dzieje się tak, że ten filozof nie miał skutków tarcia.
Innym jego pomysłem było to, że cięższe przedmioty spadały szybciej niż lżejsze. To wielki Galileo Galilei (1564-1642) wykazał w eksperymentach, że wszystkie ciała spadają z tym samym przyspieszeniem, niezależnie od ich masy, pomijając efekty lepkości..
Ale to Izaak Newton (1642-1727), najwybitniejszy naukowiec, jaki kiedykolwiek żył, uważany za ojca nowoczesnej dynamiki i obliczeń matematycznych, wraz z Gottfriedem Leibnizem.
Jego słynne prawa, sformułowane w XVII wieku, pozostają aktualne i aktualne. Stanowią podstawę mechaniki klasycznej, którą widzimy i na co dzień oddziałujemy. Te przepisy zostaną wkrótce omówione.
Indeks artykułów
Dynamika bada interakcje między obiektami. Kiedy obiekty oddziałują na siebie, zachodzą zmiany w ich ruchu, a także deformacje. Szczególny obszar zwany statycznym jest przeznaczony dla systemów w równowadze, spoczynkowych lub z jednostajnym ruchem prostoliniowym..
Stosując zasady dynamiki można przewidzieć za pomocą równań, jakie będą zmiany i ewolucja obiektów w czasie. Aby to zrobić, przyjmuje się pewne założenia w zależności od typu badanego systemu..
Model cząstek jest najłatwiejszy do rozpoczęcia stosowania zasad dynamiki. Zakłada się w nim, że badany obiekt ma masę, ale nie ma wymiarów. Dlatego cząstka może być tak mała jak elektron lub tak duża jak Ziemia lub Słońce..
Chcąc obserwować wpływ wielkości na dynamikę, należy wziąć pod uwagę wielkość i kształt obiektów. Model, który to bierze pod uwagę, to sztywna bryła, ciało o mierzalnych wymiarach złożone z wielu cząstek, ale które nie odkształca się pod wpływem sił.
Wreszcie, mechanika mediów ciągłych uwzględnia nie tylko wymiary obiektu, ale także jego szczególne cechy, w tym zdolność do deformacji. Media ciągłe obejmują ciała stałe sztywne i niesztywne, a także płyny.
Kluczem do zrozumienia, jak działa dynamika, jest pełne zrozumienie praw Newtona, które ilościowo łączą siły działające na ciało ze zmianami jego stanu ruchu lub spoczynku..
Tak mówi:
Kiedy wypadkowa siła działająca na obiekt jest równa zeru, obiekt będzie nadal spoczywał, jeśli był w spoczynku. A jeśli się poruszał, jego ruch będzie prostoliniowy i ze stałą prędkością.
Pierwsza część stwierdzenia wydaje się dość oczywista, ponieważ jest oczywiste, że obiekt w stanie spoczynku pozostanie w tym stanie, chyba że zostanie naruszony. A do tego potrzebna jest siła.
Z drugiej strony fakt, że obiekt porusza się dalej, nawet gdy działająca na niego siła wypadkowa wynosi zero, jest nieco trudniejszy do zaakceptowania, ponieważ wydaje się, że obiekt mógłby pozostawać w ruchu w nieskończoność. A codzienne doświadczenie podpowiada nam, że prędzej czy później sprawy zwalniają.
Odpowiedzią na tę pozorną sprzeczność jest tarcie. Rzeczywiście, gdyby obiekt poruszał się po idealnie gładkiej powierzchni, mógłby to robić w nieskończoność, zakładając, że żadna inna siła nie powoduje zmiany ruchu.
Ponieważ nie można całkowicie wyeliminować tarcia, sytuacja, w której ciało porusza się w nieskończoność ze stałą prędkością, jest idealizacją.
Na koniec należy zauważyć, że chociaż siła wypadkowa wynosi zero, niekoniecznie oznacza to całkowity brak sił na obiekcie..
Obiekty na powierzchni Ziemi zawsze doświadczają przyciągania grawitacyjnego. Książka w spoczynku spoczywająca na stole pozostaje w ten sposób, ponieważ powierzchnia stołu wywiera siłę, która przeciwdziała ciężarowi.
Pierwsze prawo Newtona ustala, co dzieje się z obiektem, na którym siła wypadkowa lub wypadkowa wynosi zero. Teraz podstawowe prawo dynamiki lub drugie prawo Newtona wskazuje, co się stanie, gdy siła wypadkowa nie zniesie się:
Jeśli zewnętrzna siła netto fa działa na obiekt o masie m, doznaje przyspieszenia proporcjonalnego do siły i w tym samym kierunku. Matematycznie:
fanetto = mdo.
W efekcie im większa przyłożona siła, tym większa zmiana prędkości obiektu. A jeśli ta sama siła zostanie przyłożona do obiektów o różnej masie, największych zmian doświadczą obiekty, które są lżejsze i łatwiejsze do poruszania. Codzienne doświadczenia zgadzają się z tymi twierdzeniami.
Pierwsze dwa prawa Newtona odnoszą się do pojedynczego obiektu. Ale odnosi się do trzeciego prawa dwa obiekty. Nazwijmy je obiekt 1 i obiekt 2:
Kiedy dwa obiekty oddziałują na siebie, siły, które wywierają na siebie, są zawsze równe zarówno pod względem wielkości, jak i kierunku, ale w przeciwnym kierunku, co w formie matematycznej wyraża się następująco:
fa12 = -fadwadzieścia jeden
W rzeczywistości, ilekroć na ciało działa jakaś siła, dzieje się tak dlatego, że inna osoba jest odpowiedzialna za jej wywołanie. Tak więc obiekty na Ziemi mają wagę, ponieważ przyciągają je do swojego środka. Ładunek elektryczny jest odpychany przez inny ładunek o tym samym znaku, ponieważ działa odpychająco na pierwszy, a zatem.
W dynamice istnieje kilka wielkości, które są zachowywane podczas ruchu i których badanie jest niezbędne. Są jak solidna kolumna, do której można się przyczepić, aby rozwiązać problemy, w których siły zmieniają się w bardzo złożony sposób..
Przykład: gdy zderzają się dwa pojazdy, interakcja między nimi jest bardzo intensywna, ale krótkotrwała. Tak intensywne, że nie trzeba brać pod uwagę innych sił, dlatego pojazdy można uznać za izolowany system.
Ale opisanie tej intensywnej interakcji nie jest łatwym zadaniem, ponieważ wiąże się z siłami zmieniającymi się w czasie, a także w przestrzeni. Zakładając jednak, że pojazdy stanowią układ izolowany, siły między nimi są wewnętrzne, a pęd zostaje zachowany..
Zachowując pęd, można przewidzieć, jak pojazdy będą się poruszać zaraz po zderzeniu.
Oto dwie najważniejsze zasady ochrony w Dynamics:
W naturze istnieją dwa rodzaje sił: konserwatywne i niekonserwatywne. Waga jest dobrym przykładem tego pierwszego, podczas gdy tarcie jest dobrym przykładem drugiego..
Otóż siły zachowawcze charakteryzują się tym, że dają możliwość magazynowania energii w konfiguracji układu. Jest to tak zwana energia potencjalna.
Kiedy ciało ma energię potencjalną dzięki działaniu konserwatywnej siły, takiej jak ciężar, i wprawia się w ruch, ta energia potencjalna jest przekształcana w energię kinetyczną. Suma obu energii nazywana jest energią mechaniczną układu i jest tą, która jest zachowana, to znaczy pozostaje stała.
Być LUB energia potencjalna, K. energia kinetyczna i Im energia mechaniczna. Jeśli na przedmiot działają tylko siły konserwatywne, prawdą jest, że:
Im = U + K = stała
W związku z tym:
Im Inicjał = E.m finał
Zasada ta ma zastosowanie nie tylko w przypadku zderzenia dwóch pojazdów. Jest to prawo fizyki o zasięgu wykraczającym poza makroskopowy świat.
Pęd jest zachowany na poziomie układów słonecznych, gwiazdowych i galaktyk. I robi to też w skali atomu i jądra atomowego, mimo że tam mechanika Newtona przestaje obowiązywać.
Być P. wektor pędu określony wzorem:
P. = m.v
Dryfuje P. w odniesieniu do czasu:
reP. / dt = d [m.v] / dt
Jeśli masa pozostaje stała:
reP. / dt = m dv/ dt = m.do
Dlatego możemy napisać drugie prawo Newtona w ten sposób:
fanetto = dP. / dt
Jeśli dwa ciała m1 oraz mdwa tworzą system izolowany, siły między nimi są wewnętrzne i zgodnie z trzecim prawem Newtona są równe i przeciwne fa1 = -fadwa, spełnienie, że:
reP.1 / dt = - dP.dwa/ dt → d [P.1 + P.dwa] / dt = 0
Jeśli pochodna względem czasu wielkości wynosi zero, oznacza to, że wielkość pozostaje stała. Dlatego w systemie izolowanym można stwierdzić, że pęd systemu jest zachowany:
P.1 + P.dwa = stała
Nawet jeśli, P.1 Y P.dwa mogą się różnić indywidualnie. Pęd systemu można redystrybuować, ale liczy się to, że jego suma pozostaje niezmieniona.
W dynamice istnieje wiele ważnych pojęć, ale wyróżniają się dwa: masa i siła. Na temat siły już wcześniej skomentowanej i poniżej znajduje się lista z najważniejszymi pojęciami, które pojawiają się obok niej w badaniu dynamiki:
Właściwością obiektów jest opieranie się zmianom stanu spoczynku lub ruchu. Wszystkie przedmioty z masą mają bezwładność i jest to bardzo często odczuwalne, np. Podczas podróży przyspieszającym samochodem pasażerowie mają tendencję do pozostawania w spoczynku, co jest odbierane jako uczucie przyklejenia się do oparcia siedzenia..
A jeśli samochód nagle się zatrzyma, pasażerowie mają tendencję do opadania płasko na twarze, zgodnie z wcześniejszym ruchem do przodu, dlatego ważne jest, aby zawsze zapinać pasy bezpieczeństwa.
Miarą bezwładności jest masa, ponieważ im większa masa ciała, tym trudniej jest je przesunąć lub spowodować zmianę jego ruchu. Masa jest wielkością skalarną, co oznacza, że do określenia masy ciała konieczne jest podanie wartości liczbowej plus wybrana jednostka, która może być kilogramami, funtami, gramami i więcej..
Ciężar to siła, z jaką Ziemia przyciąga obiekty blisko swojej powierzchni w kierunku jej środka..
Ponieważ jest to siła, ciężar ma charakter wektorowy, dlatego jest on całkowicie określony, gdy wskaże się jego wielkość lub wartość liczbową, kierunek i zwrot, o którym już wiemy, że jest skierowany pionowo w dół..
Tak więc, chociaż powiązane, waga i masa nie są równe, nawet równoważne, ponieważ pierwsza jest wektorem, a druga skalarem.
Opis ruchu może się różnić w zależności od wybranego odniesienia. Ci, którzy wchodzą windą, są w spoczynku zgodnie z ustaloną ramą odniesienia do niej, ale widziani przez obserwatora na ziemi pasażerowie się poruszają.
Jeśli ciało doświadcza ruchu w jednym układzie odniesienia, ale spoczywa w innym, prawa Newtona nie mogą mieć zastosowania do obu. W rzeczywistości prawa Newtona mają zastosowanie do pewnych układów odniesienia: tych, które są inercyjne.
w inercyjne układy odniesienia, ciała nie przyspieszają, chyba że zostanie to w jakiś sposób zakłócone - przez przyłożenie siły-.
Fikcyjne siły lub pseudo-siły pojawiają się, gdy analizowany jest ruch ciała w przyspieszonym układzie odniesienia. Wyróżnia się fikcyjną siłę, ponieważ nie można zidentyfikować agenta odpowiedzialnego za jej pojawienie się.
Siła odśrodkowa jest dobrym przykładem siły fikcyjnej. Jednak fakt, że tak jest, nie czyni go mniej realnym dla tych, którzy tego doświadczają, kiedy skręcają w swoich samochodach i czują, że niewidzialna ręka wypycha ich z zakrętu..
Wspomniano już o tym ważnym wektorze. Obiekt doświadcza przyspieszenia, o ile istnieje siła, która zmienia jego prędkość.
Kiedy siła oddziałuje na obiekt i zmienia on swoje położenie, siła wykonała pracę. Ta praca może być przechowywana w postaci energii. Dlatego na obiekcie wykonywana jest praca, dzięki czemu nabiera on energii.
Poniższy przykład wyjaśnia sprawę: załóżmy, że ktoś podnosi doniczkę na pewną wysokość nad poziomem gruntu.
W tym celu musi przyłożyć siłę i przezwyciężyć grawitację, dlatego działa na garnku i ta praca jest przechowywana w postaci grawitacyjnej energii potencjalnej w donicy, proporcjonalnej do jego masy i wysokości, jaką osiągnął nad podłogą:
U = m.g.h
Gdzie m to masa, sol to grawitacja i godz Czy wysokość. Co może zrobić garnek, gdy osiągnie równowagę godz? Cóż, może spaść, a gdy spada, energia potencjalna grawitacji, którą ma, maleje, podczas gdy energia kinetyczna lub ruchowa wzrasta..
Aby siła zadziałała, musi wytworzyć przemieszczenie, które musi być równoległe do siły. Jeśli tak się nie stanie, siła nadal działa na obiekt, ale nie działa na niego..
Pierwsze prawo Newtona.
Drugie prawo Newtona.
Trzecie prawo Newtona.
Prawo zachowania materii.
Jeszcze bez komentarzy