Tabiat hodisalarini eksperiment asosida o’rganish faqat barcha bosqichlar kuzatilgan taqdirdagina mumkin bo’ladi: kuzatish, gipoteza, tajriba, nazariya. Kuzatish faktlarni ochib beradi va taqqoslaydi, gipoteza ularga eksperimental tasdiqlashni talab qiladigan batafsil ilmiy tushuntirish berishga imkon beradi. Jismlarning harakatini kuzatish qiziqarli xulosaga olib keldi: jism tezligining o'zgarishi faqat boshqa jismning ta'siri ostida mumkin.
Masalan, agar siz zinapoyadan tezda yugurib chiqsangiz, burilishda panjara bilan to'qnashmaslik uchun faqat panjaradan ushlab (harakat yo'nalishini o'zgartirish) yoki to'xtashingiz (tezlik qiymatini o'zgartirish) kerak. qarama-qarshi devor.
Shunga oʻxshash hodisalarni kuzatish natijasida jismlar tezligining oʻzgarishi yoki ularning deformatsiyasi sabablarini oʻrganuvchi fizikaning boʻlimi paydo boʻldi.
Dynamics asoslari
Dinamikalar jismoniy tana nima uchun u yoki bu tarzda harakat qiladi yoki dam oladi, degan muqaddas savolga javob berish uchun chaqiriladi.
Dam olish holatini hisobga oling. Harakatning nisbiyligi kontseptsiyasiga asoslanib, biz shunday xulosaga kelishimiz mumkin: mutlaqo harakatsiz jismlar yo'q va bo'lishi ham mumkin emas. Har qandayob'ekt bir mos yozuvlar jismiga nisbatan harakatsiz bo'lib, boshqasiga nisbatan harakat qiladi. Masalan, stol ustida yotgan kitob stolga nisbatan harakatsiz, lekin uning o‘tayotgan shaxsga nisbatan o‘rnini ko‘rib chiqsak, tabiiy xulosaga kelamiz: kitob harakatlanmoqda.
Shuning uchun jismlarning harakat qonunlari inertial sanoq sistemalarida ko’rib chiqiladi. Bu nima?
Inertial sanoq sistemasi deyiladi, unda jism tinch holatda yoki unga boshqa jismlar yoki jismlarning ta'siri bo'lmasa, bir tekis va to'g'ri chiziqli harakat qiladi.
Yuqoridagi misolda jadval bilan bog’langan mos yozuvlar tizimini inertial deb atash mumkin. Bir tekis va to'g'ri chiziqda harakatlanadigan odam ISO uchun mos yozuvlar ramkasi bo'lib xizmat qilishi mumkin. Agar uning harakati tezlashtirilgan bo'lsa, u bilan inertial CO ni bog'lash mumkin emas.
Aslida bunday tizimni Yer yuzasida qattiq oʻrnatilgan jismlar bilan bogʻlash mumkin. Biroq, sayyoraning o'zi IFR uchun mos yozuvlar organi bo'lib xizmat qila olmaydi, chunki u o'z o'qi atrofida bir tekis aylanadi. Sirtdagi jismlar markazga tortish tezlanishiga ega.
Momentum nima?
Inersiya hodisasi bevosita ISO bilan bogʻliq. Harakatlanuvchi mashina to'satdan to'xtasa nima bo'lishini eslaysizmi? Yo‘lovchilar safarda davom etar ekan, xavf ostida. Uni old o'rindiq yoki xavfsizlik kamarlaridan to'xtatish mumkin. Bu jarayon yo'lovchining inertsiyasi bilan izohlanadi. To'g'rimi?
Inersiya saqlanishni nazarda tutuvchi hodisadirboshqa organlarning ta'siri bo'lmaganda tananing doimiy tezligi. Yo'lovchi kamar yoki o'rindiqlar ta'sirida. Bu yerda inersiya hodisasi kuzatilmaydi.
Izoh tananing xususiyatida yotadi va unga ko'ra, ob'ekt tezligini bir zumda o'zgartirish mumkin emas. Bu inertsiya. Misol uchun, termometrdagi simobning inertligi, agar biz termometrni silkitsak, barni tushirishga imkon beradi.
Inersiya oʻlchovi tananing massasi deyiladi. O'zaro ta'sirlashganda, massasi kamroq bo'lgan jismlar uchun tezlik tezroq o'zgaradi. Avtomobilning beton devor bilan to'qnashuvi deyarli izsiz davom etadi. Avtomobil ko'pincha qaytarib bo'lmaydigan o'zgarishlarga uchraydi: tezlik o'zgaradi, sezilarli deformatsiya paydo bo'ladi. Ma'lum bo'lishicha, beton devorning inertsiyasi avtomobilning inertsiyasidan sezilarli darajada oshadi.
Tabiatda inersiya hodisasini uchratish mumkinmi? Tananing boshqa jismlar bilan o'zaro aloqasi bo'lmagan holat - bu kosmik kema dvigatellar o'chirilgan holda harakatlanadigan chuqur fazodir. Ammo bu holatda ham tortishish momenti mavjud.
Asosiy miqdorlar
Dinamikani eksperimental darajada oʻrganish jismoniy miqdorlarni oʻlchash bilan tajriba oʻtkazishni oʻz ichiga oladi. Eng qiziqarli:
- tezlanish jismlar tezligining o`zgarish tezligining o`lchovi sifatida; uni a harfi bilan belgilang, m/s bilan o'lchang2;
- massa inersiya o’lchovi sifatida; m harfi bilan belgilangan, kg bilan o'lchangan;
- kuch jismlarning oʻzaro taʼsirining oʻlchovi sifatida; ko'pincha N (nyuton) bilan o'lchanadigan F harfi bilan belgilanadi.
Bu miqdorlar orasidagi munosabateng buyuk ingliz fizigi tomonidan olingan uchta naqshda belgilangan. Nyuton qonunlari turli jismlarning o'zaro ta'sirining murakkabligini tushuntirish uchun mo'ljallangan. Shuningdek, ularni boshqaradigan jarayonlar. Aynan “tezlanish”, “kuch”, “massa” tushunchalari Nyuton qonunlari matematik munosabatlar bilan bog‘lanadi. Keling, bu nimani anglatishini tushunishga harakat qilaylik.
Faqat bitta kuchning ta'siri istisno hodisadir. Masalan, Yer atrofida aylanayotgan sun’iy yo‘ldoshga faqat tortishish kuchi ta’sir qiladi.
Natija
Bir nechta kuchlarning ta'sirini bitta kuch bilan almashtirish mumkin.
Jismga ta'sir etuvchi kuchlarning geometrik yig'indisi natija deb ataladi.
Gap geometrik yig’indi haqida ketmoqda, chunki kuch vektor kattalik bo’lib, u nafaqat qo’llanish nuqtasiga, balki harakat yo’nalishiga ham bog’liq.
Masalan, agar siz juda katta shkafni ko'chirishingiz kerak bo'lsa, do'stlaringizni taklif qilishingiz mumkin. Birgalikda biz kerakli natijaga erishamiz. Lekin siz faqat bitta juda kuchli odamni taklif qilishingiz mumkin. Uning sa'y-harakatlari barcha do'stlarning harakatlariga tengdir. Qahramon tomonidan qo'llaniladigan kuchni natija deb atash mumkin.
Nyutonning harakat qonunlari "natija" tushunchasi asosida tuzilgan.
Inersiya qonuni
Eng keng tarqalgan hodisa bilan Nyuton qonunlarini o'rganishni boshlang. Birinchi qonun odatda inersiya qonuni deb ataladi, chunki u bir xil to'g'ri chiziqli harakatning sabablarini yoki jismlarning qolgan holatini belgilaydi.
Tana bir tekis va to'g'ri chiziqli harakat qiladi yokiAgar unga hech qanday kuch ta'sir qilmasa yoki bu harakat kompensatsiya qilinsa, dam oladi.
Bu holatda natija nolga teng deb bahslashish mumkin. Bu holatda, masalan, yo'lning tekis qismida doimiy tezlikda harakatlanadigan avtomobil. Tortishish kuchining ta'siri tayanchning reaktsiya kuchi bilan qoplanadi va dvigatelning surish kuchi mutlaq qiymatda harakatga qarshilik kuchiga teng.
Lyustra shiftga tayanadi, chunki tortishish kuchi uning armatura tarangligi bilan qoplanadi.
Faqat bir tanaga tatbiq etilgan kuchlar kompensatsiya qilinishi mumkin.
Nyutonning ikkinchi qonuni
Davom etaylik. Jismlar tezligining o'zgarishiga olib keladigan sabablar Nyutonning ikkinchi qonunida ko'rib chiqiladi. U nima haqida gapiryapti?
Jismga ta'sir etuvchi kuchlarning natijasi tananing massasi va kuchlar ta'sirida olingan tezlanishning mahsuloti sifatida aniqlanadi.
2 Nyuton qonuni (formula: F=ma), afsuski, kinematika va dinamikaning asosiy tushunchalari oʻrtasida sababiy bogʻlanishni oʻrnatmaydi. U tanalarning tezlashishiga nima sabab bo'layotganini aniq ayta olmaydi.
Buni boshqacha shakllantiramiz: jism olgan tezlanish natijaviy kuchlarga toʻgʻridan-toʻgʻri proportsional va tananing massasiga teskari proportsionaldir.
Shunday qilib, tezlikning oʻzgarishi faqat unga tatbiq etilgan kuch va tananing massasiga qarab sodir boʻlishini aniqlash mumkin.
2 Formulasi quyidagicha bo'lishi mumkin bo'lgan Nyuton qonuni: a=F/m vektor ko'rinishida asosiy hisoblanadi, chunki u buni amalga oshirishga imkon beradi.fizika bo'limlari o'rtasida aloqa o'rnatish. Bu yerda a - jismning tezlanish vektori, F - kuchlar natijasi, m - tananing massasi.
Agar dvigatellarning tortish kuchi harakatga qarshilik kuchidan oshsa, avtomobilning tezlashtirilgan harakati mumkin. Surish kuchaygan sari tezlanish ham oshadi. Yuk mashinalari yuqori quvvatli dvigatellar bilan jihozlangan, chunki ularning massasi yengil avtomobil massasidan ancha yuqori.
Yuqori tezlikdagi poygalar uchun moʻljallangan olov sharlari shunday yoritilganki, ularga minimal zarur qismlar biriktiriladi va dvigatel quvvati maksimal darajada oshiriladi. Sport avtomobillarining eng muhim xususiyatlaridan biri bu 100 km / soat tezlikka erishish vaqtidir. Bu vaqt oralig'i qanchalik qisqa bo'lsa, avtomobilning tezlik xususiyatlari shunchalik yaxshi bo'ladi.
O'zaro ta'sir qonuni
Nyutonning tabiat kuchlariga asoslangan qonunlari har qanday o'zaro ta'sir kuchlar juftligining paydo bo'lishi bilan birga bo'lishini ta'kidlaydi. Agar to'p ipga osilgan bo'lsa, u o'z harakatini boshdan kechiradi. Bunday holda, ip ham to'p ta'sirida cho'ziladi.
Uchinchi qonuniyatning formulasi Nyuton qonunlarini yakunlaydi. Muxtasar qilib aytganda, bu shunday eshitiladi: harakat reaktsiyaga teng. Bu nimani anglatadi?
Jismlar bir-biriga ta'sir qiladigan kuchlar kattaligi bo'yicha teng, yo'nalishi qarama-qarshi va jismlarning markazlarini tutashtiruvchi chiziq bo'ylab yo'n altirilgan. Qizig'i shundaki, ularni kompensatsiya deb bo'lmaydi, chunki ular turli jismlarga ta'sir qiladi.
Qonunlar ijrosi
Mashhur "Ot va arava" muammosi chalkash boʻlishi mumkin. Aytilgan vagonga bog'langan ot uni harakatga keltiradijoydan. Nyutonning uchinchi qonuniga ko'ra, bu ikki jism bir-biriga teng kuchlar bilan ta'sir qiladi, lekin amalda ot naqsh asoslariga to'g'ri kelmaydigan aravani siljitishi mumkin.
Bu jismlar tizimi yopiq emasligini hisobga olsak yechim topiladi. Yo'l ikkala jismga ham o'z ta'sirini ko'rsatadi. Otning tuyog‘iga ta’sir etuvchi statik ishqalanish kuchi arava g‘ildiraklarining aylanma ishqalanish kuchidan oshib ketadi. Axir, harakatlanish momenti vagonni harakatlantirishga urinish bilan boshlanadi. Agar pozitsiya o'zgarsa, ot hech qanday holatda uni joyidan siljitmaydi. Uning tuyogʻi yoʻlda sirpanib ketadi va hech qanday harakat boʻlmaydi.
Bolalik chogʻida bir-birini chanada uchib yurganida, har kim bunday misolga duch kelishi mumkin edi. Ikki yoki uchta bola chanada o'tirsa, ularni harakatlantirish uchun bitta bolaning harakatlari etarli emasligi aniq.
Aristotel ("Har bir jism o'z o'rnini biladi") tushuntirgan jismlarning yer yuzasiga tushishini yuqoridagilar asosida inkor etish mumkin. Ob'ekt Yerga qarab harakatlansa, xuddi shunday kuch ta'sirida Yer unga qarab harakat qiladi. Ularning parametrlarini (Yerning massasi tananing massasidan ancha katta) taqqoslab, Nyutonning ikkinchi qonuniga muvofiq, biz jismning tezlashishi Yer tezlanishidan bir necha baravar katta ekanligini tasdiqlaymiz. Biz tananing tezligining o'zgarishini kuzatmoqdamiz, Yer o'z orbitasidan harakat qilmaydi.
Qoʻllash chegaralari
Zamonaviy fizika Nyuton qonunlarini inkor etmaydi, faqat ularning amal qilish chegaralarini belgilaydi. 20-asr boshlarigacha fiziklar bu qonunlar barcha tabiat hodisalarini tushuntirib berishiga shubha qilmaganlar.
1, 2, 3 qonuniNyuton makroskopik jismlarning xatti-harakatlarining sabablarini to'liq ochib beradi. Jismlarning arzimas tezlikdagi harakati ushbu postulatlar bilan toʻliq tasvirlangan.
Jismlarning yorug'lik tezligiga yaqin tezlikdagi harakatini ular asosida tushuntirishga urinish muvaffaqiyatsizlikka uchraydi. Bu tezliklarda fazo va vaqt xossalarining to'liq o'zgarishi Nyuton dinamikasidan foydalanishga imkon bermaydi. Bundan tashqari, qonunlar inertial bo'lmagan FRlarda o'z shakllarini o'zgartiradi. Ularni qo'llash uchun inertial kuch tushunchasi kiritilgan.
Nyuton qonunlari astronomik jismlarning harakatini, ularning joylashuvi va oʻzaro taʼsiri qoidalarini tushuntirishi mumkin. Shu maqsadda butun dunyo tortishish qonuni kiritilgan. Kichik jismlarni jalb qilish natijasini ko'rishning iloji yo'q, chunki kuch juda kam.
Oʻzaro diqqatga sazovor joy
Bir rivoyatga koʻra, bogʻda oʻtirgan va olma tushishini tomosha qilgan janob Nyutonda ajoyib gʻoya bor: Yer yuzasi yaqinidagi jismlarning harakatini va uning harakatini tushuntirish. o'zaro tortishish asosida kosmik jismlar. Bu haqiqatdan unchalik uzoq emas. Kuzatishlar va aniq hisob-kitoblar nafaqat olma tushishiga, balki oyning harakatiga ham tegishli. Bu harakat qonunlari tortishish kuchi oʻzaro taʼsir qiluvchi jismlarning massalari ortishi bilan ortib boradi va ular orasidagi masofa ortishi bilan kamayadi, degan xulosaga keladi.
Nyutonning ikkinchi va uchinchi qonunlariga asoslanib, umumjahon tortishish qonuni quyidagicha tuzilgan: koinotdagi barcha jismlar jismlarning markazlarini tutashtiruvchi chiziq boʻylab yoʻnalgan kuch bilan bir-biriga mutanosib ravishda tortiladi. jismlarning massalari vajismlarning markazlari orasidagi masofaning kvadratiga teskari proportsional.
Matematik belgi: F=GMm/r2, bu erda F - tortishish kuchi, M, m - o'zaro ta'sir qiluvchi jismlarning massalari, r - ular orasidagi masofa. Proportsionallik koeffitsienti (G=6,62 x 10-11 Nm2/kg2) deyiladi. tortishish doimiysi.
Jismoniy ma'nosi: bu doimiy 1 m masofada joylashgan 1 kg massali ikkita jism orasidagi tortishish kuchiga teng. Ma'lumki, kichik massali jismlar uchun kuch shunchalik ahamiyatsizki, u bo'lishi mumkin. e'tibordan chetda qolgan. Sayyoralar, yulduzlar, galaktikalar uchun tortishish kuchi shunchalik kattaki, u ularning harakatini butunlay belgilaydi.
Bu Nyutonning tortishish qonunida aytilishicha, raketalarni uchirish uchun Yer ta'sirini engib o'tish uchun shunday reaktiv kuchni yarata oladigan yoqilg'i kerak. Buning uchun zarur boʻlgan tezlik birinchi qochish tezligi boʻlib, u 8 km/s.
Zamonaviy raketa texnologiyasi uchuvchisiz stansiyalarni Quyoshning sun'iy yo'ldoshlari sifatida boshqa sayyoralarga kashf qilish imkonini beradi. Bunday qurilma tomonidan ishlab chiqilgan tezlik ikkinchi kosmik tezlik bo'lib, 11 km/s ga teng.
Qonunlarni qoʻllash algoritmi
Dinamikaga oid masalalarni hal qilish ma'lum harakatlar ketma-ketligiga bo'ysunadi:
- Vazifani tahlil qiling, ma'lumotlarni, harakat turini aniqlang.
- Tanaga taʼsir etuvchi barcha kuchlar va tezlanish yoʻnalishi (agar mavjud boʻlsa) koʻrsatilgan chizma chizing. Koordinata tizimini tanlang.
- Mavjudligiga qarab birinchi yoki ikkinchi qonunlarni yozingtana tezlashishi, vektor shaklida. Barcha kuchlarni hisobga oling (natijaviy kuch, Nyuton qonunlari: birinchisi, agar tananing tezligi o'zgarmasa, ikkinchisi, tezlashuv bo'lsa).
- Tanglangan koordinata oʻqlari boʻyicha proyeksiyalardagi tenglamani qayta yozing.
- Agar hosil boʻlgan tenglamalar tizimi yetarli boʻlmasa, boshqalarni yozing: kuchlar taʼriflari, kinematika tenglamalari va hokazo.
- Istalgan qiymat uchun tenglamalar tizimini yeching.
- Olingan formula toʻgʻri yoki yoʻqligini aniqlash uchun oʻlchamli tekshiruvni bajaring.
- Hisoblash.
Odatda bu qadamlar har qanday standart vazifa uchun etarli.
