Ang pag-aaral ng mga natural na phenomena batay sa isang eksperimento ay posible lamang kung ang lahat ng mga yugto ay sinusunod: obserbasyon, hypothesis, eksperimento, teorya. Ang pagmamasid ay magbubunyag at maghambing ng mga katotohanan, ginagawang posible ng hypothesis na mabigyan sila ng detalyadong paliwanag na pang-agham na nangangailangan ng pang-eksperimentong kumpirmasyon. Ang pagmamasid sa paggalaw ng mga katawan ay humantong sa isang kawili-wiling konklusyon: ang pagbabago sa bilis ng isang katawan ay posible lamang sa ilalim ng impluwensya ng ibang katawan.
Halimbawa, kung mabilis kang tatakbo sa hagdan, pagkatapos ay sa pagliko ay kailangan mo lang hawakan ang rehas (pagbabago ng direksyon ng paggalaw), o huminto (pagbabago ng halaga ng bilis) upang hindi mabangga sa sa tapat ng dingding.
Ang mga obserbasyon ng mga katulad na phenomena ay humantong sa paglikha ng isang sangay ng physics na nag-aaral ng mga sanhi ng mga pagbabago sa bilis ng mga katawan o kanilang deformation.
Mga Pangunahing Kaalaman sa Dynamics
Dynamics ay tinawag upang sagutin ang sakramental na tanong kung bakit ang pisikal na katawan ay gumagalaw sa isang paraan o sa iba pa o nasa pahinga.
Isipin ang estado ng pahinga. Batay sa konsepto ng relativity ng paggalaw, maaari nating tapusin: walang at hindi maaaring maging ganap na hindi gumagalaw na mga katawan. Anumanang isang bagay, na hindi gumagalaw na may paggalang sa isang reference body, ay gumagalaw na may kaugnayan sa isa pa. Halimbawa, ang isang aklat na nakahiga sa isang mesa ay hindi gumagalaw na may kaugnayan sa mesa, ngunit kung isasaalang-alang namin ang posisyon nito na may kaugnayan sa isang taong dumaraan, gumawa kami ng natural na konklusyon: ang aklat ay gumagalaw.
Samakatuwid, ang mga batas ng paggalaw ng mga katawan ay isinasaalang-alang sa mga inertial frame of reference. Ano ito?
Tinatawag na inertial frame of reference, kung saan ang katawan ay nakapahinga o nagsasagawa ng pare-pareho at rectilinear na paggalaw, sa kondisyon na walang impluwensya ng iba pang mga bagay o bagay dito.
Sa halimbawa sa itaas, ang frame of reference na nauugnay sa talahanayan ay maaaring tawaging inertial. Ang isang taong gumagalaw nang pantay-pantay at nasa isang tuwid na linya ay maaaring magsilbi bilang isang frame ng sanggunian para sa ISO. Kung binibilisan ang paggalaw nito, imposibleng mag-ugnay dito ng inertial CO.
Sa katunayan, ang ganitong sistema ay maaaring maiugnay sa mga katawan na mahigpit na naayos sa ibabaw ng Earth. Gayunpaman, ang planeta mismo ay hindi maaaring magsilbi bilang isang reference body para sa IFR, dahil ito ay pantay na umiikot sa paligid ng sarili nitong axis. Ang mga katawan sa ibabaw ay may centripetal acceleration.
Ano ang momentum?
Ang phenomenon ng inertia ay direktang nauugnay sa ISO. Tandaan kung ano ang mangyayari kung ang umaandar na sasakyan ay biglang huminto? Nanganganib ang mga pasahero habang patuloy sila sa kanilang paglalakbay. Maaari itong ihinto sa pamamagitan ng upuan sa harap o seat belt. Ang prosesong ito ay ipinaliwanag ng inertia ng pasahero. Tama ba?
Ang Inertia ay isang kababalaghan na nagpapahiwatig ng pangangalagapare-pareho ang bilis ng katawan sa kawalan ng impluwensya ng ibang mga katawan dito. Ang pasahero ay nasa ilalim ng impluwensya ng mga sinturon o upuan. Ang phenomenon ng inertia ay hindi naobserbahan dito.
Ang paliwanag ay nakasalalay sa pag-aari ng katawan, at, ayon dito, imposibleng agad na baguhin ang bilis ng isang bagay. Ito ay inertia. Halimbawa, ang inertness ng mercury sa isang thermometer ay ginagawang posible na ibaba ang bar kung inalog natin ang thermometer.
Ang sukat ng inertia ay tinatawag na masa ng katawan. Kapag nakikipag-ugnayan, ang bilis ay nagbabago nang mas mabilis para sa mga katawan na may mas kaunting masa. Ang banggaan ng isang kotse na may isang kongkretong pader para sa huli ay nagpapatuloy halos walang bakas. Ang kotse ay madalas na sumasailalim sa hindi maibabalik na mga pagbabago: mga pagbabago sa bilis, nangyayari ang makabuluhang pagpapapangit. Lumalabas na ang inertia ng isang konkretong pader ay higit na lumampas sa inertia ng isang kotse.
Posible bang matugunan ang phenomenon ng inertia sa kalikasan? Ang kondisyon kung saan ang katawan ay walang interconnection sa iba pang mga katawan ay malalim na espasyo, kung saan ang spacecraft ay gumagalaw nang naka-off ang mga makina. Ngunit kahit na sa kasong ito, naroroon ang gravitational moment.
Mga pangunahing dami
Ang pag-aaral ng dynamics sa pang-eksperimentong antas ay kinabibilangan ng pag-eksperimento sa mga sukat ng pisikal na dami. Pinakainteresante:
- acceleration bilang isang sukatan ng bilis ng pagbabago sa bilis ng mga katawan; italaga ito ng titik a, sukatin sa m/s2;
- mass bilang sukatan ng inertia; minarkahan ng letrang m, sinusukat sa kg;
- puwersa bilang sukatan ng kapwa pagkilos ng mga katawan; kadalasang tinutukoy ng letrang F, na sinusukat sa N (newtons).
Ang ugnayan sa pagitan ng mga dami na itoitinakda sa tatlong pattern, na hinango ng pinakadakilang physicist ng Ingles. Ang mga batas ni Newton ay idinisenyo upang ipaliwanag ang pagiging kumplikado ng pakikipag-ugnayan ng iba't ibang mga katawan. Pati na rin ang mga prosesong namamahala sa kanila. Ito ang mga konsepto ng "pagpabilis", "puwersa", "masa" na ang mga batas ni Newton ay nag-uugnay sa mga ugnayang pangmatematika. Subukan nating alamin kung ano ang ibig sabihin nito.
Ang pagkilos ng isang puwersa lamang ay isang pambihirang pangyayari. Halimbawa, ang isang artipisyal na satellite na umiikot sa Earth ay apektado lamang ng gravity.
Resulta
Ang pagkilos ng ilang puwersa ay maaaring palitan ng isang puwersa.
Ang geometric na kabuuan ng mga puwersang kumikilos sa isang katawan ay tinatawag na resulta.
Pinag-uusapan natin ang tungkol sa isang geometric na kabuuan, dahil ang puwersa ay isang dami ng vector, na nakadepende hindi lamang sa punto ng aplikasyon, kundi pati na rin sa direksyon ng pagkilos.
Halimbawa, kung kailangan mong ilipat ang isang medyo napakalaking wardrobe, maaari kang mag-imbita ng mga kaibigan. Sama-sama nating makamit ang ninanais na resulta. Ngunit maaari ka lamang mag-imbita ng isang napakalakas na tao. Ang kanyang pagsisikap ay katumbas ng aksyon ng lahat ng mga kaibigan. Ang puwersang inilapat ng bayani ay matatawag na resulta.
Ang mga batas ng paggalaw ni Newton ay nabuo batay sa konsepto ng "resulta".
Law of inertia
Simulang pag-aralan ang mga batas ni Newton sa pinakakaraniwang phenomenon. Ang unang batas ay karaniwang tinatawag na batas ng pagkawalang-galaw, dahil itinatatag nito ang mga sanhi ng pare-parehong paggalaw ng rectilinear o ang estado ng iba pang mga katawan.
Ang katawan ay gumagalaw nang pare-pareho at rectilinear onakasalalay kung walang puwersang kumilos dito, o ang pagkilos na ito ay mabayaran.
Maaaring pagtalunan na ang resulta sa kasong ito ay katumbas ng zero. Sa ganitong estado ay, halimbawa, ang isang kotse na gumagalaw sa isang pare-pareho ang bilis sa isang tuwid na seksyon ng kalsada. Ang pagkilos ng puwersa ng pagkahumaling ay binabayaran ng puwersa ng reaksyon ng suporta, at ang puwersa ng tulak ng makina ay katumbas ng ganap na halaga sa puwersa ng paglaban sa paggalaw.
Nakasandal ang chandelier sa kisame, dahil ang puwersa ng grabidad ay nabayaran ng tensyon ng mga kabit nito.
Yung mga puwersa lang na ilalapat sa isang katawan ang maaaring mabayaran.
pangalawang batas ni Newton
Ipagpatuloy natin. Ang mga dahilan na nagdudulot ng pagbabago sa bilis ng mga katawan ay isinasaalang-alang ng ikalawang batas ni Newton. Ano ang sinasabi niya?
Ang resulta ng mga puwersang kumikilos sa isang katawan ay tinukoy bilang ang produkto ng masa ng katawan at ang pagbilis na nakuha sa ilalim ng pagkilos ng mga puwersa.
2 Ang batas ni Newton (formula: F=ma), sa kasamaang-palad, ay hindi nagtatatag ng mga sanhi ng ugnayan sa pagitan ng mga pangunahing konsepto ng kinematics at dynamics. Hindi niya matukoy nang eksakto kung ano ang dahilan ng pagbilis ng mga katawan.
Bumuo tayo sa ibang paraan: ang acceleration na natatanggap ng katawan ay direktang proporsyonal sa resultang pwersa at inversely proportional sa masa ng katawan.
Kaya, maaaring matukoy na ang pagbabago sa bilis ay nangyayari lamang depende sa puwersang inilapat dito at sa masa ng katawan.
2 Ang batas ni Newton, ang pormula nito ay maaaring ang mga sumusunod: a=F/m, ay itinuturing na pangunahing sa anyong vector, dahil ginagawa nitong posiblemagtatag ng mga koneksyon sa pagitan ng mga sangay ng pisika. Dito, ang a ay ang acceleration vector ng katawan, ang F ay ang resulta ng mga puwersa, ang m ay ang masa ng katawan.
Ang pinabilis na paggalaw ng kotse ay posible kung ang lakas ng traksyon ng mga makina ay lumampas sa puwersa ng paglaban sa paggalaw. Habang tumataas ang thrust, tumataas din ang acceleration. Ang mga trak ay nilagyan ng mga makinang may mataas na lakas, dahil mas mataas ang masa nito kaysa sa masa ng pampasaherong sasakyan.
Ang mga fireball na idinisenyo para sa high-speed na karera ay pinapagaan sa paraang ang pinakamababang kinakailangang bahagi ay nakakabit sa mga ito, at ang lakas ng makina ay tumaas sa mga limitasyong posible. Ang isa sa mga pinakamahalagang katangian ng mga sports car ay ang oras ng pagbilis sa 100 km / h. Kung mas maikli ang agwat ng oras na ito, mas maganda ang mga katangian ng bilis ng kotse.
Ang batas ng pakikipag-ugnayan
Ang mga batas ni Newton, batay sa mga puwersa ng kalikasan, ay nagsasaad na ang anumang pakikipag-ugnayan ay sinasamahan ng paglitaw ng isang pares ng puwersa. Kung ang bola ay nakabitin sa isang sinulid, pagkatapos ay nararanasan nito ang pagkilos nito. Sa kasong ito, ang thread ay nakaunat din sa ilalim ng pagkilos ng bola.
Ang pagbabalangkas ng ikatlong regularidad ay kumukumpleto sa mga batas ni Newton. Sa madaling salita, ganito ang tunog: ang aksyon ay katumbas ng reaksyon. Ano ang ibig sabihin nito?
Ang mga puwersa kung saan kumikilos ang mga katawan sa isa't isa ay pantay-pantay sa magnitude, magkasalungat ang direksyon at nakadirekta sa linyang nag-uugnay sa mga sentro ng mga katawan. Kapansin-pansin, hindi sila matatawag na bayad, dahil kumikilos sila sa iba't ibang katawan.
Pagpapatupad ng mga batas
Ang sikat na problemang "Kabayo at Cart" ay maaaring nakalilito. Ang kabayong naka-harness sa nasabing bagon ang gumagalaw ditomula sa lugar. Alinsunod sa ikatlong batas ni Newton, ang dalawang bagay na ito ay kumikilos sa isa't isa nang may pantay na puwersa, ngunit sa pagsasagawa, ang isang kabayo ay maaaring maglipat ng isang kariton, na hindi kasya sa mga pundasyon ng pattern.
Matatagpuan ang solusyon kung isasaalang-alang natin na hindi sarado ang sistemang ito ng mga katawan. Ang kalsada ay may epekto sa magkabilang katawan. Ang static friction force na kumikilos sa hooves ng kabayo ay lumampas sa rolling friction force ng mga gulong ng cart. Pagkatapos ng lahat, ang sandali ng paggalaw ay nagsisimula sa isang pagtatangka na ilipat ang bagon. Kung nagbabago ang posisyon, kung gayon ang kabayo sa ilalim ng anumang pagkakataon ay ililipat ito mula sa lugar nito. Madudulas ang kanyang mga paa sa kalsada at walang galaw.
Sa pagkabata, ang pagpaparagos sa isa't isa, lahat ay makakatagpo ng ganitong halimbawa. Kung dalawa o tatlong bata ang nakaupo sa kareta, kung gayon ang pagsisikap ng isang bata ay malinaw na hindi sapat upang ilipat sila.
Ang pagbagsak ng mga katawan sa ibabaw ng lupa, na ipinaliwanag ni Aristotle ("Alam ng bawat katawan ang lugar nito") ay maaaring pabulaanan batay sa nabanggit. Ang isang bagay ay gumagalaw patungo sa lupa sa ilalim ng impluwensya ng parehong puwersa habang ang Earth ay gumagalaw patungo dito. Ang paghahambing ng kanilang mga parameter (ang masa ng Earth ay mas malaki kaysa sa masa ng katawan), alinsunod sa pangalawang batas ni Newton, iginiit namin na ang acceleration ng isang bagay ay mas maraming beses na mas malaki kaysa sa acceleration ng Earth. Nakikita natin ang pagbabago sa bilis ng katawan, hindi gumagalaw ang Earth mula sa orbit nito.
Mga limitasyon ng kakayahang magamit
Hindi itinatanggi ng modernong pisika ang mga batas ni Newton, ngunit itinatakda lamang ang mga limitasyon ng kanilang kakayahang magamit. Hanggang sa simula ng ika-20 siglo, walang alinlangan ang mga physicist na ipinaliwanag ng mga batas na ito ang lahat ng natural na phenomena.
1, 2, 3 batasGanap na inihayag ni Newton ang mga sanhi ng pag-uugali ng mga macroscopic na katawan. Ang paggalaw ng mga bagay na may kaunting bilis ay ganap na inilalarawan ng mga postulate na ito.
Ang pagtatangkang ipaliwanag sa kanilang batayan ang paggalaw ng mga katawan na may bilis na malapit sa bilis ng liwanag ay tiyak na mabibigo. Ang isang kumpletong pagbabago sa mga katangian ng espasyo at oras sa mga bilis na ito ay hindi nagpapahintulot sa paggamit ng Newtonian dynamics. Bilang karagdagan, binabago ng mga batas ang kanilang anyo sa mga non-inertial na FR. Para sa kanilang aplikasyon, ipinakilala ang konsepto ng inertial force.
Maaaring ipaliwanag ng mga batas ni Newton ang paggalaw ng mga astronomical na katawan, ang mga panuntunan para sa kanilang lokasyon at pakikipag-ugnayan. Ang batas ng unibersal na grabitasyon ay ipinakilala para sa layuning ito. Imposibleng makita ang resulta ng pang-akit ng maliliit na katawan, dahil kakaunti ang puwersa.
Mutual attraction
May isang alamat ayon sa kung saan si Mr. Newton, na nakaupo sa hardin at nanonood ng pagbagsak ng mga mansanas, ay nagkaroon ng napakatalino na ideya: upang ipaliwanag ang paggalaw ng mga bagay malapit sa ibabaw ng Earth at ang paggalaw ng mga katawan ng kalawakan batay sa kapwa atraksyon. Hindi naman ganoon kalayo sa katotohanan. Ang mga obserbasyon at tumpak na pagkalkula ay nag-aalala hindi lamang sa pagbagsak ng mga mansanas, kundi pati na rin sa paggalaw ng buwan. Ang mga batas ng kilusang ito ay humahantong sa konklusyon na ang puwersa ng pagkahumaling ay tumataas sa dumaraming masa ng mga nakikipag-ugnayang katawan at bumababa sa pagtaas ng distansya sa pagitan ng mga ito.
Batay sa pangalawa at pangatlong batas ni Newton, ang batas ng unibersal na grabitasyon ay nabuo tulad ng sumusunod: lahat ng mga katawan sa uniberso ay naaakit sa isa't isa na may puwersang nakadirekta sa linya na nagkokonekta sa mga sentro ng mga katawan, na proporsyonal sa masa ng mga katawan atinversely proportional sa parisukat ng distansya sa pagitan ng mga sentro ng mga katawan.
Mathematical notation: F=GMm/r2, kung saan ang F ay ang puwersa ng pagkahumaling, M, m ay ang masa ng mga nakikipag-ugnayang katawan, ang r ay ang distansya sa pagitan nila. Ang proportionality coefficient (G=6.62 x 10-11 Nm2/kg2) ay tinatawag na gravitational constant.
Pisikal na kahulugan: ang pare-parehong ito ay katumbas ng puwersa ng pag-akit sa pagitan ng dalawang katawan ng masa na 1 kg sa layo na 1 m. Malinaw na para sa mga katawan ng maliliit na masa ang puwersa ay napakaliit na maaari itong maging napabayaan. Para sa mga planeta, bituin, kalawakan, napakalaki ng puwersa ng pagkahumaling na ganap nitong tinutukoy ang kanilang paggalaw.
Ito ay ang batas ng gravity ni Newton na nagsasaad na upang maglunsad ng mga rocket, kailangan mo ng gasolina na maaaring lumikha ng naturang jet thrust upang madaig ang impluwensya ng Earth. Ang bilis na kinakailangan para dito ay ang unang bilis ng pagtakas, na 8 km/s.
Ang modernong rocket na teknolohiya ay ginagawang posible na ilunsad ang mga unmanned na istasyon bilang mga artipisyal na satellite ng Araw sa ibang mga planeta upang galugarin. Ang bilis na ginawa ng naturang device ay ang pangalawang bilis ng espasyo, katumbas ng 11 km / s.
Algorithm para sa paglalapat ng mga batas
Ang paglutas ng mga problema ng dynamics ay napapailalim sa isang tiyak na pagkakasunod-sunod ng mga aksyon:
- Suriin ang gawain, tukuyin ang data, uri ng paggalaw.
- Gumuhit ng drawing na nagsasaad ng lahat ng pwersang kumikilos sa katawan at ang direksyon ng acceleration (kung mayroon). Pumili ng coordinate system.
- Sumulat ng una o pangalawang batas, depende sa availabilitybody acceleration, sa vector form. Isaalang-alang ang lahat ng puwersa (resultang puwersa, mga batas ni Newton: ang una, kung ang bilis ng katawan ay hindi nagbabago, ang pangalawa, kung mayroong acceleration).
- Isulat muli ang equation sa mga projection sa mga napiling coordinate axes.
- Kung hindi sapat ang resultang sistema ng mga equation, isulat ang iba: mga kahulugan ng pwersa, equation ng kinematics, atbp.
- Lutasin ang sistema ng mga equation para sa gustong halaga.
- Magsagawa ng dimensional check upang matukoy kung tama ang resultang formula.
- Kalkulahin.
Karaniwan ay sapat na ang mga hakbang na ito para sa anumang karaniwang gawain.
