Ang paggalaw ng iba't ibang katawan sa kalawakan sa pisika ay pinag-aaralan ng isang espesyal na seksyon - mechanics. Ang huli, naman, ay nahahati sa kinematics at dynamics. Sa artikulong ito, isasaalang-alang natin ang mga batas ng mechanics sa physics, na tumutuon sa dynamics ng translational at rotational na paggalaw ng mga katawan.
Makasaysayang background
Paano at bakit gumagalaw ang mga katawan ay naging interesado sa mga pilosopo at siyentipiko mula noong sinaunang panahon. Kaya naniniwala si Aristotle na ang mga bagay ay gumagalaw sa kalawakan lamang dahil may ilang panlabas na impluwensya sa kanila. Kung ang epekto na ito ay tumigil, ang katawan ay agad na titigil. Maraming sinaunang pilosopong Griyego ang naniniwala na ang natural na kalagayan ng lahat ng katawan ay pahinga.
Sa pagdating ng Bagong Panahon, maraming mga siyentipiko ang nagsimulang pag-aralan ang mga batas ng paggalaw sa mekanika. Dapat pansinin ang mga pangalan tulad ng Huygens, Hooke at Galileo. Ang huli ay bumuo ng isang siyentipikong diskarte sa pag-aaral ng mga natural na phenomena at, sa katunayan, natuklasan ang unang batas ng mekanika, na, gayunpaman, ay hindi dala ang kanyang apelyido.
Noong 1687, isang publikasyong siyentipiko ang inilathala, na isinulat niIngles na si Isaac Newton. Sa kanyang gawaing pang-agham, malinaw niyang binalangkas ang mga pangunahing batas ng paggalaw ng mga katawan sa kalawakan, na, kasama ng batas ng unibersal na grabitasyon, ang naging batayan hindi lamang ng mekanika, kundi ng lahat ng modernong klasikal na pisika.
Tungkol sa mga batas ni Newton
Tinatawag din silang mga batas ng klasikal na mekanika, sa kaibahan sa relativistic, ang mga postulate na itinakda noong unang bahagi ng ika-20 siglo ni Albert Einstein. Sa una, mayroon lamang tatlong pangunahing batas na pinagbabatayan ng buong sangay ng pisika. Ang tawag sa kanila ay ganito:
- Batas ng inertia.
- Ang batas ng ugnayan sa pagitan ng puwersa at acceleration.
- Ang batas ng pagkilos at reaksyon.
Bakit ang tatlong batas na ito ang pangunahing? Ito ay simple, ang anumang pormula ng mekanika ay maaaring makuha mula sa kanila, gayunpaman, walang teoretikal na prinsipyo ang humahantong sa alinman sa mga ito. Eksklusibong sinusunod ang mga batas na ito mula sa maraming obserbasyon at eksperimento. Ang kanilang bisa ay kinumpirma ng pagiging maaasahan ng mga hula na nakuha sa tulong ng mga ito sa paglutas ng iba't ibang mga problema sa pagsasanay.
Inertia law
Ang unang batas ni Newton sa mekanika ay nagsasabi na ang anumang katawan sa kawalan ng panlabas na impluwensya dito ay magpapanatili ng estado ng pahinga o rectilinear motion sa anumang inertial frame of reference.
Upang maunawaan ang batas na ito, dapat maunawaan ng isang tao ang sistema ng pag-uulat. Ito ay tinatawag na inertial lamang kung ito ay nakakatugon sa nakasaad na batas. Sa madaling salita, sa inertial system ay walamay mga fictitious forces na mararamdaman ng mga nagmamasid. Halimbawa, ang isang sistemang gumagalaw nang pantay at nasa isang tuwid na linya ay maaaring ituring na inertial. Sa kabilang banda, ang isang sistema na pare-parehong umiikot sa isang axis ay hindi inertial dahil sa pagkakaroon ng kathang-isip na puwersang sentripugal dito.
Ang batas ng pagkawalang-galaw ay nagtatatag ng dahilan kung bakit nagbabago ang kalikasan ng kilusan. Ang dahilan na ito ay ang pagkakaroon ng panlabas na puwersa. Tandaan na maraming pwersa ang maaaring kumilos sa katawan. Sa kasong ito, dapat silang idagdag ayon sa panuntunan ng mga vector, kung ang nagresultang puwersa ay katumbas ng zero, kung gayon ang katawan ay magpapatuloy sa unipormeng paggalaw nito. Mahalaga ring maunawaan na sa klasikal na mekanika ay walang pagkakaiba sa pagitan ng pare-parehong paggalaw ng isang katawan at ng estado ng pahinga nito.
Ikalawang Batas ni Newton
Sinasabi niya na ang dahilan ng pagbabago ng kalikasan ng paggalaw ng katawan sa kalawakan ay ang pagkakaroon ng panlabas na di-zero na puwersa na inilapat dito. Sa katunayan, ang batas na ito ay pagpapatuloy ng nauna. Ang mathematical notation nito ay ang sumusunod:
F¯=ma¯.
Dito, ang quantity a¯ ay ang acceleration na naglalarawan sa rate ng pagbabago ng velocity vector, m ay ang inertial mass ng katawan. Dahil ang m ay palaging mas malaki kaysa sa zero, ang puwersa at acceleration vectors ay tumuturo sa parehong direksyon.
Ang isinasaalang-alang na batas ay naaangkop sa isang malaking bilang ng mga phenomena sa mekanika, halimbawa, sa paglalarawan ng proseso ng libreng pagkahulog, paggalaw na may acceleration ng isang kotse, pag-slide ng isang bar kasama ng isang inclined plane, oscillation ng isang pendulum,pag-igting ng mga kaliskis ng tagsibol at iba pa. Ligtas na sabihin na ito ang pangunahing batas ng dynamics.
Momentum at Momentum
Kung direktang bumaling ka sa gawaing siyentipiko ni Newton, makikita mo na ang siyentipiko mismo ay bumalangkas ng pangalawang batas ng mekanika na medyo naiiba:
Fdt=dp, kung saan p=mv.
Ang halaga p ay tinatawag na momentum. Maraming nagkakamali na tinatawag itong salpok ng katawan. Ang dami ng paggalaw ay isang inertial-energy na katangian na katumbas ng produkto ng masa ng katawan at ang bilis nito.
Baguhin ang momentum ng ilang value na ang dp ay maaari lamang gawin sa pamamagitan ng panlabas na puwersa F na kumikilos sa katawan sa pagitan ng oras dt. Ang produkto ng puwersa at ang tagal ng pagkilos nito ay tinatawag na salpok ng puwersa o simpleng salpok.
Kapag ang dalawang katawan ay nagbanggaan, isang puwersa ng banggaan ang kumikilos sa pagitan nila, na nagbabago sa momentum ng bawat katawan, gayunpaman, dahil ang puwersang ito ay panloob na may kinalaman sa sistema ng dalawang katawan na pinag-aaralan, hindi ito humantong sa pagbabago sa kabuuang momentum ng system. Ang katotohanang ito ay tinatawag na batas ng konserbasyon ng momentum.
Spin na may acceleration
Kung ang batas ng mechanics na binuo ni Newton ay inilapat sa paggalaw ng pag-ikot, kung gayon ang sumusunod na expression ay makukuha:
M=Iα.
Dito M - angular momentum - ito ay isang halaga na nagpapakita ng kakayahan ng puwersa na lumiko sa system. Ang moment of force ay kinakalkula bilang produkto ng vector force at ang radius vector na nakadirekta mula sa axis hanggangpunto ng aplikasyon. Ang dami I ay ang sandali ng pagkawalang-galaw. Tulad ng sandali ng puwersa, nakasalalay ito sa mga parameter ng umiikot na sistema, lalo na, sa geometric na pamamahagi ng mass ng katawan na may kaugnayan sa axis. Panghuli, ang value na α ay ang angular acceleration, na nagbibigay-daan sa iyong matukoy kung gaano karaming radian sa bawat segundo ang nagbabagong angular velocity.
Kung maingat mong titingnan ang nakasulat na equation at gumuhit ng pagkakatulad sa pagitan ng mga halaga nito at mga tagapagpahiwatig mula sa ikalawang batas ng Newtonian, pagkatapos ay makukuha natin ang kanilang kumpletong pagkakakilanlan.
Ang batas ng pagkilos at reaksyon
Nananatili para sa atin na isaalang-alang ang ikatlong batas ng mekanika. Kung ang unang dalawa, sa isang paraan o iba pa, ay binuo ng mga nauna kay Newton, at ang siyentipiko mismo ay nagbigay lamang sa kanila ng isang maayos na matematikal na anyo, kung gayon ang ikatlong batas ay ang orihinal na ideya ng mahusay na Ingles. Kaya, sinasabi nito: kung ang dalawang katawan ay magkaugnay, kung gayon ang mga puwersa na kumikilos sa pagitan nila ay pantay sa magnitude at magkasalungat sa direksyon. Sa madaling sabi, masasabi nating ang anumang aksyon ay nagdudulot ng reaksyon.
F12¯=-F21¯.
Dito F12¯ at F21¯ - kumikilos mula sa gilid ng 1st body hanggang sa 2nd at mula sa gilid ng 2nd hanggang sa 1st strength, ayon sa pagkakabanggit.
Maraming halimbawa ang nagpapatunay sa batas na ito. Halimbawa, sa panahon ng pagtalon, ang isang tao ay itinaboy mula sa ibabaw ng lupa, itinulak siya ng huli. Ganoon din sa paglalakad ng walker at pagtutulak sa pader ng pool ng swimmer. Ang isa pang halimbawa, kung pinindot mo ang iyong kamay sa mesa, kung gayon ang kabaligtaran ay nararamdaman.ang epekto ng mesa sa kamay, na tinatawag na reaction force ng suporta.
Kapag niresolba ang mga problema sa paggamit ng ikatlong batas ni Newton, hindi dapat kalimutan ng isang tao na ang puwersa ng pagkilos at puwersa ng reaksyon ay inilalapat sa iba't ibang katawan, kaya't binibigyan sila ng iba't ibang acceleration.
