Zgodovina dinamike, kakšne študije, zakoni in teorije

The dinamično Področje mehanike preučuje interakcije med telesi in njihovimi učinki. Ukvarja se z opisovanjem kakovostno in kvantitativno, poleg napovedi, kako se bodo sčasoma razvijali.

Z uporabo svojih načel je znano, kako se gibanje telesa spreminja med interakcijo z drugimi in tudi, če ga te interakcije deformirajo, saj je povsem mogoče, da se oba učinka hkrati pojavita.

Slika 1. Kolesarske interakcije spreminjajo njihovo gibanje. Vir: Pixabay.

Prepričanja velikega grškega filozofa Aristotela (384-322.C.) prevladala kot temelj dinamike na zahodu stoletja. Mislil je, da so se predmeti premikali zaradi neke vrste energije, ki jih je potisnila v eno smer ali drugo.

Opazil je tudi, da se medtem, ko se predmet potisne, premika s konstantno hitrostjo, ko pa se ustavi, se premika vedno počasneje, dokler se ne ustavi.

Po Aristotelovem mnenju je bilo potrebno delovanje stalne sile, da se zagotovi, da se nekaj premakne na stalno hitrost, toda zgodi se, da ta filozof ni imel učinkov trenja.

Druga ideja je bila, da so najtežji predmeti padli hitreje kot najlažji. Veliki Galileo Galilei (1564-1642) je s poskusi dokazal, da vsa telesa padajo z enakim pospeškom, ne glede na njihovo maso, ki zaničuje viskozne učinke.

Ampak to je Isaac Newton (1642-1727), najpomembnejši znanstvenik, ki je doslej živel, ki velja za oče moderne dinamike in matematičnega izračuna, skupaj z Gottfriedom Leibniz.

Slika 2. Isaac Newton leta 1682 po Godfrey Kneller. Vir: Wikimedia Commons.

Njeni znani zakoni, oblikovani v sedemnajstem stoletju, danes ohranjajo enako veljavnost in svežino. Predstavljajo temelje klasične mehanike, ki jo vidimo in vplivamo vsak dan. O teh zakonih se bomo kmalu razpravljali.

[TOC]

Kakšna študija dinamika?

Dinamika študij interakcije med predmeti. Ko se predmeti medsebojno medsebojno medsebojno spremenijo. Določeno območje, imenovano statično, je namenjeno tistim sistemom v ravnovesju, ki so v mirovanju ali z enotnim pravokotnim gibanjem.

Z uporabo načel dinamike je mogoče z enačbami napovedati, kakšne bodo spremembe in razvoj predmetov v času. Za to so določene nekatere predpostavke glede na vrsto sistema, ki ga želite študirati.

Delci, toge trdne snovi in ​​neprekinjena sredstva

Model delcev je najpreprostejši za začetek uporabe načel dinamike. Domneva se, da ima predmet, ki ga je treba preučiti. Zato je lahko delček tako majhen kot elektron ali velik kot zemlja ali sonce.

Ko želite upoštevati učinek velikosti dinamike, je treba upoštevati velikost in obliko predmetov. Model, ki to upošteva, je togo trdno snov, telo z merljivimi dimenzijami, sestavljenimi iz številnih delcev, vendar se to ni deformiralo pod učinki sil.

Nazadnje neprekinjena medijska mehanika upošteva ne le dimenzije predmeta, ampak tudi njihove posebne značilnosti, vključno z zmožnostjo deformiranja. Nenehni mediji pokrivajo toge trdne snovi in ​​tiste, ki poleg tekočin niso tudi.

Newtonovi zakoni

Ključ do razumevanja, kako deluje dinamika.

Newtonov prvi zakon

Pojasnilo Newtonovega prvega zakona. Vir: Self Made.

Pravi tako:

Ko je neto sila na predmetu enaka nič, se bo objekt nadaljeval v mirovanju, če bo v mirovanju. In če se bo premikal, bo njegovo gibanje pravokotno in nenehno.

Prvi del izjave je videti povsem očiten, saj je očitno, da bo objekt v mirovanju ostal tak, razen če ga ne moti. In za to je potrebna sila.

Vam lahko služi: Demokratitus atomski model: ozadje, značilnosti, postulati

Po drugi strani pa je dejstvo, da predmet ostane v gibanju, tudi ko je neto sila na njem nič, nekoliko težje sprejeti, saj se zdi, da bi bil predmet lahko v nedogled. In vsakodnevna izkušnja nam pove, da se stvari prej ali slej ustavijo.

Odziv na to navidezno protislovje je v trenju. Če se je predmet premaknil na popolnoma gladko površino, bi to lahko storil v nedogled, če nobena druga sila ne spreminja gibanja.

Ker je nemogoče popolnoma odpraviti trenje, je situacija, v kateri se telo premika v nedogled s konstantno hitrostjo, idealizacija.

Končno je pomembno opozoriti, da čeprav je neto sila nična, to ne predstavlja nujno popolne odsotnosti sil na predmetu.

Predmeti na zemeljski površini vedno doživljajo gravitacijsko privlačnost. Knjiga za počitek, ki je podprta na mizi, ostaja takšna, ker površina tabele izvaja silo, ki preprečuje težo.

Drugi zakon Newtona

Pojasnilo Newtonovega drugega zakona. Vir: Self Made.

V prvem zakonu Newtona je ugotovljeno, kaj se zgodi s predmetom, na katerem je mreža ali posledična sila nična. Zdaj temeljni zakon Newtonove dinamike ali drugega zakona kaže, kaj se bo zgodilo, ko neto sila ne bo razveljavljena:

Če zunanja neto sila F Deluje na predmet mase m, doživela bo pospešek, sorazmerno s silo in v isti smeri. Matematično:

F_Mreža = mdo.

Dejansko je večja kot uporabljena sila, večja je sprememba hitrosti predmeta. In če enaka sila velja za predmete različnih mas. Vsakodnevna izkušnja se strinja s temi trditvami.

Newtonov tretji zakon

Vesoljska raketa prejme potreben pogon zaradi izgnanih plinov. Vir: Pixabay.

Newtonova prva dva zakona se nanašata na en sam predmet. Toda tretji zakon se nanaša dva predmeti. Imenovali jih bomo objekt 1 in objekt 2:

Z medsebojno povezanostjo dveh predmetov so sile, ki se medsebojno izvajajo, vedno enake tako po velikosti kot v smeri, vendar v nasprotnem pomenu, ki se na matematični način izraža na naslednji način:

F₁₂ = -F_enaindvajset

Pravzaprav, kadar na telo prizadene telo, je to zato, ker obstaja druga, ki je odgovoren za to. Tako imajo predmeti na zemlji težo, ker jih pritegne v njihovo središče. Električni naboj je odvrnjen z drugim obremenitvijo istega znaka, ker na prvi izvaja odbojno silo in s tem tako.

Slika 3. Newtonov povzetek zakona. Vir: Wikimedia Commons. Hugo4914 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/4.0)].

Načela ohranjanja

V dinamiki se med gibanjem ohrani več količin in katerih študija je temeljna. So kot trden stolpec, v katerem je mogoče rešiti težave, pri katerih sile se razlikujejo iz zelo zapletenih načinov.

Primer: Ravno ko se dve vozili trčita, je interakcija med njima zelo intenzivna, a kratka. Tako intenzivno, da je treba upoštevati druge sile, zato je mogoče vozila obravnavati kot osamljen sistem.

Toda opisovanje te intenzivne interakcije ni lahka naloga, saj gre za sile, ki se sčasoma razlikujejo in tudi v vesolju. Vendar ob predpostavki, da vozila predstavljajo osamljen sistem, so sile med obema notranje in količina gibanja se ohrani.

Lahko vam služi: Ortonormal Base: Lastnosti, primeri in vaje

Če ohranite količino gibanja, je mogoče napovedati, kako se bodo vozila premikala takoj po trčenju.

Spodaj sta dva najpomembnejša načela ohranjanja v dinamiki:

Varčevanje z energijo

V naravi se razlikujeta dve vrsti sil: konzervativna in nekonzervativna. Teža je dober primer prvega, trenje pa slednje.

No, konzervativne sile so značilne, ker omogočajo shranjevanje energije v sistemski konfiguraciji. Je tako imenovana potencialna energija.

Ko ima telo potencialno energijo zaradi delovanja konzervativne sile, kot sta teža in vstopi v gibanje, takšna potencialna energija postaja kinetična energija. Vsota obeh energij se imenuje mehanska energija sistema in je tisti, ki je ohranjen, to je, da ostaja konstantna.

Biti Ali Potencialna energija, K Kinetična energija in In_m Mehanska energija. Če delujete na konservativne sile na objektu, je izpolnjeno:

In_m = U + k = konstanta

Zato:

In_{m začetno} = E_{m finale}

Ohranitev količine gibanja

To načelo je uporabno ne samo, če se trčita dve vozili. To je zakon fizike z obsegom, ki presega makroskopski svet.

Količina gibanja je ohranjena na ravni sončnih, zvezdnih in galaksijskih sistemov. In to počne tudi v Atomu in atomskem jedru, kljub dejstvu, da newtonska mehanika preneha biti veljavna.

Biti Str Vektorska količina gibanja, ki jo daje:

Str = m.v

Izpeljava Str Glede časa:

dStr /dt = d [m.v]/dt

Če testo ostane konstantno:

dStr /dt = m dv/dt = m.do

Zato lahko na ta način napišemo Newtonov drugi zakon:

F_Mreža = dStr /dt

Če dve telesi m₁ in m₂ Sestavljajo osamljen sistem, sile med njimi so notranje in po Newtonovem tretjem zakonu so enake in nasprotne F₁ = -F₂, izpolnjevanje tega:

dStr₁ /dt = - dStr₂/dt → D [Str₁ + Str₂]/dt = 0

Če je derivat glede na čas obsega ničen, to pomeni, da taka velikost ostane konstantna. Zato je v izoliranem sistemu lahko potrjeno, da je ohranjena količina gibanja sistema:

Str₁ + Str₂ = konstanta

Četudi, Str₁ in Str₂ Se lahko spreminjajo individualno. Količino gibanja sistema je mogoče prerazporediti, toda pomembno je, da njegova vsota ostane nespremenjena.

Začeli koncepte v dinamiki

V dinamiki je veliko pomembnih konceptov, vendar izstopata dva: masa in moč. Na sili, ki je bila že omenjena prej, in potem je seznam najpomembnejših konceptov, ki se z njo pojavijo pri preučevanju dinamike:

Inercija

Lastnost je, da se morajo predmeti upreti spremembam v stanju počitka ali gibanja. Vsi predmeti z maso imajo vztrajnost in jih doživljajo zelo pogosto, na primer pri potovanju v avtomobilu, ki pospeši, potniki ponavadi ostanejo v mirovanju, kar je občutek, da se držijo varnostne kopije sedeža.

In če se avto močno ustavi, potniki ponavadi zapustijo Bruces, po gibanju naprej, ki so ga imeli prej, zato je pomembno, da vedno nosite varnostne pasove.

Slika 4. Ko potujemo z avtomobilom, nas inercija odpravlja iz Brucesa, ko se avtomobil močno zavore. Vir: Pixabay.

Masa

Masa je merilo vztrajnosti, saj večja kot je masa telesa, težje ga je premakniti ali spremeniti njegovo gibanje. Masa je skalarna količina, to pomeni, da je za določitev mase telesa potrebno dati številčno vrednost in izbrano enoto, ki so lahko kilogrami, kilogrami, grami in še več.

Vam lahko služi: Lenz zakon: formula, enačbe, aplikacije, primeri

Utež

Teža je sila, s katero zemlja pritegne v svoj center predmete, ki so blizu njene površine.

Ker je sila, je teža vektorska, zato je popolnoma določena, kadar so navedena njegova velikost ali številčna vrednost, njegova smer in pomen, za katerega že vemo, da je navpično navzdol navzdol.

Torej, čeprav sorodna, teža in masa nista enaka, niti enakovredna, saj je prvi vektor, drugi pa skalar.

Referenčni sistemi

Opis gibanja se lahko razlikuje glede na izbrano referenco. Tisti, ki se dvigajo v dvigalo.

Če telo doživlja gibanje glede referenčnega okvira, v drugem pa je v mirovanju, Newtonovih zakonov ni mogoče uporabiti za oba. Pravzaprav so Newtonovi zakoni uporabni za nekatere referenčne sisteme: tisti, ki so inercialni.

V Inercialni referenčni sistemi, Telesa se ne pospešijo, razen če jih na nek način moti -s pomočjo sile-.

Izmišljene sile

Fiktivne ali psevdo sile se pojavijo, ko se gibanje telesa analizira v pospešenem referenčnem okviru. Izmišljena sila se razlikuje, ker ni mogoče prepoznati agenta, ki je odgovoren za njegov videz.

Centrifugalna sila je dober primer izmišljene sile. Vendar dejstvo, da je, ne pomeni manj resničnega za tiste, ki to doživljajo, ko se obrnejo v svoje avtomobile in menijo, da jih nevidna roka potisne iz krivulje.

Pospešek

Ta pomemben vektor je bil že omenjen. Predmet doživi pospeševanje, dokler obstaja sila, ki spreminja njegovo hitrost.

Delo in energija

Ko sila deluje na predmet in spremeni svoj položaj, je sila opravila delo. In to delo je mogoče shraniti v energijski obliki. Zato se delo opravlja na objektu, zahvaljujoč temu, da pridobi energijo.

Naslednji primer pojasnjuje točko: predpostavimo, da oseba dvigne lonec določeno višino nad nivojem tal.

Če želite to narediti, morate uporabiti silo in premagati gravitacijo, zato opravlja delo na loncu in to delo je shranjeno v obliki gravitacijske potencialne energije v loncu, sorazmerno z njegovo maso in na vrhuncu, ki jo je dosegla tla:

U = m.g.h

Kje m To je testo, g Je gravitacija in h Je višina. Kaj lahko lonec stori, ko bo odvisen h? No, lahko pade in ko pade, se gravitacijska potencialna energija, ki jo ima, zmanjšuje, medtem ko se kinetična ali gibalna energija povečuje.

Da bi sila lahko delovala, je treba ustvariti premik, ki mora biti vzporeden. Če se to ne zgodi, sila še vedno deluje na predmet, vendar na njem ne deluje.

Povezane teme

Newtonov prvi zakon.

Drugi zakon Newtona.

Newtonov tretji zakon.

Zakon o ohranjanju zadev.

Reference

1. Bauer, w. 2011. Fizika za inženiring in znanosti. Zvezek 1. MC Graw Hill.
2. Figueroa, d. 2005. Serija: Fizika za znanost in inženiring. Zvezek 2. Dinamično. Uredil Douglas Figueroa (USB).
3. Giancoli, d.  2006. Fizika: načela z aplikacijami. 6. ... Ed Prentice Hall.
4. Hewitt, Paul. 2012. Konceptualna fizikalna znanost. 5. Ed. Pearson.
5. Kirkpatrick, l. 2007. Fizika: pogled na svet. 6. skrajšana izdaja. Cengage učenje.
6. Vitez, r.  2017. Fizika za znanstvenike in inženiring: strateški pristop.  Pearson.
7. Wikipedija. Dinamično. Okrevano od: je.Wikipedija.org.