Байгалийн үзэгдлийг туршилтын үндсэн дээр судлах нь ажиглалт, таамаглал, туршилт, онол гэсэн бүх үе шатыг ажиглаж байж л боломжтой. Ажиглалт нь баримтуудыг илчилж, харьцуулах болно, таамаглал нь тэдэнд туршилтын баталгаажуулалтыг шаарддаг нарийвчилсан шинжлэх ухааны тайлбар өгөх боломжтой болгодог. Биеийн хөдөлгөөнийг ажигласнаар сонирхолтой дүгнэлтэд хүрсэн: биеийн хурд өөрчлөгдөх нь зөвхөн өөр биеийн нөлөөн дор л боломжтой байдаг.
Жишээ нь, хэрэв та шатаар хурдан гүйх юм бол эргэхдээ хашлага барих (хөдөлгөөний чиглэлийг өөрчлөх) эсвэл зогсох (хурдны утгыг өөрчлөх) тул мөргөлдөхгүй байх хэрэгтэй. эсрэг талын хана.
Ижил төстэй үзэгдлүүдийн ажиглалт нь биеийн хурдны өөрчлөлт, хэв гажилтын шалтгааныг судалдаг физикийн салбарыг бий болгоход хүргэсэн.
Динамикийн үндэс
Физик бие яагаад нэг юмуу өөр байдлаар хөдөлдөг эсвэл амарч байгаа тухай ариун ёслолын асуултад хариулахын тулд Динамикийг дууддаг.
Амралтын байдлыг анхаарч үзээрэй. Хөдөлгөөний харьцангуйн үзэл баримтлалд үндэслэн бид туйлын хөдөлгөөнгүй бие гэж байдаггүй бөгөөд байж ч болохгүй гэж дүгнэж болно. Ямар чобъект нь нэг лавлагааны биетэй харьцуулахад хөдөлгөөнгүй, нөгөө биетэй харьцуулахад хөдөлдөг. Жишээ нь, ширээн дээр хэвтэж буй ном нь ширээний дэргэд хөдөлгөөнгүй байдаг, гэхдээ бид түүний хажуугаар өнгөрч буй хүнтэй харьцуулахад түүний байрлалыг авч үзвэл, ном хөдөлж байна гэсэн байгалийн дүгнэлтийг гаргадаг.
Тиймээс биеийн хөдөлгөөний хуулиудыг инерциал тооллын системд авч үздэг. Энэ юу вэ?
Бие амарч байх эсвэл бусад биет болон биетийн нөлөөлөл байхгүй бол жигд, шулуун хөдөлгөөнийг гүйцэтгэдэг инерцийн сануулгыг нэрлэдэг.
Дээрх жишээнд хүснэгттэй холбоотой лавлах хүрээг инерциал гэж нэрлэж болно. Нэг жигд, шулуун шугамаар хөдөлж буй хүн нь ОУСБ-ын лавлах хүрээ болж чадна. Хэрэв түүний хөдөлгөөн хурдассан бол инерцийн СО-г түүнтэй холбох боломжгүй.
Үнэндээ ийм системийг дэлхийн гадаргуу дээр хатуу бэхлэгдсэн биетүүдтэй холбож болно. Гэсэн хэдий ч гараг нь өөрийн тэнхлэгээ тойрон жигд эргэлддэг тул IFR-ийн лавлах байгууллага болж чадахгүй. Гадаргуу дээрх биетүүд төв рүү чиглэсэн хурдатгалтай.
Импульс гэж юу вэ?
Инерцийн үзэгдэл нь ISO-тай шууд холбоотой. Хэрэв хөдөлж буй машин гэнэт зогсвол юу болохыг санаж байна уу? Зорчигчид аялалаа үргэлжлүүлэх үед аюулд өртөж байна. Үүнийг урд талын суудал эсвэл суудлын бүсээр зогсоож болно. Энэ үйл явцыг зорчигчийн инерцээр тайлбарладаг. Тийм үү?
Инерци гэдэг нь хадгалалтыг урьдчилан таамаглах үзэгдэл юмбусад бие махбодид нөлөөлөхгүй байх үед биеийн тогтмол хурд. Зорчигч бүс эсвэл суудлын нөлөөн дор байна. Энд инерцийн үзэгдэл ажиглагдахгүй.
Тайлбар нь биеийн өмчид байдаг бөгөөд үүний дагуу объектын хурдыг шууд өөрчлөх боломжгүй юм. Энэ бол инерци юм. Жишээлбэл, термометр дэх мөнгөн усны идэвхгүй байдал нь термометрийг сэгсэрвэл баарыг буулгах боломжтой.
Инерцийн хэмжигдэхүүнийг биеийн масс гэнэ. Харьцах үед бага масстай биетүүдийн хувьд хурд нь илүү хурдан өөрчлөгддөг. Сүүлийнх нь бетон ханатай машин мөргөлдөх нь бараг ул мөргүй үргэлжилдэг. Машин нь ихэвчлэн эргэлт буцалтгүй өөрчлөлтөд ордог: хурд өөрчлөгддөг, мэдэгдэхүйц хэв гажилт үүсдэг. Бетон хананы инерци нь машины инерцээс илт давсан байна.
Инерцийн үзэгдэл байгальд тохиолдох боломжтой юу? Бие нь бусад биетэй холбоогүй байх нөхцөл бол сансрын хөлөг хөдөлгүүрийг унтраасан үед хөдөлдөг гүн орон зай юм. Гэхдээ энэ тохиолдолд ч таталцлын момент байдаг.
Үндсэн хэмжигдэхүүн
Туршилтын түвшинд динамикийг судлах нь физик хэмжигдэхүүнүүдийг хэмжих туршилтыг хамардаг. Хамгийн сонирхолтой:
- хурдатгал нь биеийн хурдны өөрчлөлтийн хурдыг хэмждэг; a үсгээр тэмдэглэнэ, м/с-ээр хэмжинэ2;
- масс инерцийн хэмжүүр; m үсгээр тэмдэглэгдсэн, кг-аар хэмжсэн;
- биеийн харилцан үйлчлэлийн хэмжүүр болох хүч; ихэвчлэн N (ньютон)-оор хэмжигдэх F үсгээр тэмдэглэдэг.
Эдгээр хэмжигдэхүүнүүдийн хоорондын хамааралАнглийн хамгийн агуу физикчээс гаргаж авсан гурван загварт багтсан. Ньютоны хуулиуд нь янз бүрийн биетүүдийн харилцан үйлчлэлийн нарийн төвөгтэй байдлыг тайлбарлах зорилготой юм. Түүнчлэн тэдгээрийг удирдах үйл явц. Ньютоны хуулиудыг математик харилцаатай холбодог "хурдатгал", "хүч", "масс" гэсэн ойлголтууд юм. Энэ нь юу гэсэн үг болохыг олж мэдье.
Ганц хүчний үйлчлэл бол онцгой үзэгдэл юм. Жишээлбэл, дэлхийг тойрон эргэлдэж буй хиймэл дагуулд зөвхөн таталцлын нөлөөлөл байдаг.
Үр дүн
Хэд хэдэн хүчний үйлдлийг нэг хүчээр сольж болно.
Биед үйлчлэх хүчний геометрийн нийлбэрийг үр дүн гэж нэрлэдэг.
Хүч бол вектор хэмжигдэхүүн бөгөөд зөвхөн хэрэглэх цэгээс гадна үйл ажиллагааны чиглэлээс хамаардаг тул бид геометрийн нийлбэрийн тухай ярьж байна.
Жишээ нь, хэрэв та нэлээд том хувцасны шүүгээгээ зөөх шаардлагатай бол найзуудаа урьж болно. Бид хамтдаа хүссэн үр дүндээ хүрнэ. Гэхдээ та маш хүчтэй нэг хүнийг л урьж болно. Түүний хичээл зүтгэл нь бүх найз нөхдийн үйлдэлтэй тэнцүү юм. Баатрын хэрэглэсэн хүчийг үр дүн гэж нэрлэж болно.
Ньютоны хөдөлгөөний хуулиудыг "үр дүн" гэсэн ойлголт дээр үндэслэн томъёолсон.
Инерцийн хууль
Хамгийн түгээмэл үзэгдэлтэй Ньютоны хуулиудыг судалж эхлээрэй. Нэгдүгээр хуулийг инерцийн хууль гэж нэрлэдэг, учир нь энэ нь жигд шулуун хөдөлгөөний шалтгаан эсвэл биеийн бусад байдлын төлөвийг тогтоодог.
Бие нь жигд, шулуунаар хөдөлдөг эсвэлХэрэв ямар нэгэн хүч нөлөө үзүүлэхгүй эсвэл энэ үйлдлийг нөхөхөд амарна.
Энэ тохиолдолд үр дүн нь тэгтэй тэнцүү гэж маргаж болно. Энэ төлөвт жишээлбэл, замын шулуун хэсэгт тогтмол хурдтай хөдөлж буй машин байдаг. Таталцлын хүчний үйлчлэл нь тулгуурын урвалын хүчээр нөхөгдөх ба хөдөлгүүрийн түлхэх хүч нь хөдөлгөөний эсэргүүцлийн хүчтэй үнэмлэхүй утгаараа тэнцүү байна.
Таталцлын хүчийг бэхэлгээний хурцадмал байдалаар нөхдөг тул лааны суурь нь таазан дээр байрладаг.
Зөвхөн нэг биед үйлчлэх хүчийг нөхөн төлж болно.
Ньютоны хоёр дахь хууль
Үргэлжлүүлье. Биеийн хурд өөрчлөгдөхөд хүргэдэг шалтгааныг Ньютоны хоёр дахь хуулиар авч үздэг. Тэр юу яриад байгаа юм бэ?
Биед үйлчлэх хүчний үр дүнг биеийн масс ба хүчний үйлчлэлийн дор олж авсан хурдатгалын үржвэр гэж тодорхойлно.
2 Ньютоны хууль (томьёо: F=ma) харамсалтай нь кинематик ба динамикийн үндсэн ойлголтуудын хооронд учир шалтгааны хамаарлыг тогтоодоггүй. Тэр яг юу биеийг хурдасгахад хүргэж байгааг тодорхойлж чадахгүй.
Үүнийг өөрөөр томъёолъё: Биеийн хүлээн авсан хурдатгал нь үүссэн хүчтэй шууд пропорциональ, биеийн масстай урвуу пропорциональ байна.
Тиймээс хурдны өөрчлөлт нь зөвхөн түүнд үйлчлэх хүч болон биеийн массаас шалтгаална гэдгийг тогтоож болно.
2 Ньютоны хууль, томъёо нь дараах байдалтай байж болно: a=F/m, үүнийг боломжтой болгодог тул вектор хэлбэрээр үндсэн гэж үздэг.физикийн салбаруудын хооронд холбоо тогтоох. Энд a нь биеийн хурдатгалын вектор, F нь хүчний үр дүн, m нь биеийн масс юм.
Хөдөлгүүрүүдийн зүтгүүрийн хүч нь хөдөлгөөний эсэргүүцлийн хүчнээс давсан тохиолдолд машины хурдасгасан хөдөлгөөнийг хийх боломжтой. Хүч нэмэгдэхийн хэрээр хурдатгал нь нэмэгддэг. Ачааны машинууд нь өндөр хүчин чадалтай хөдөлгүүрээр тоноглогдсон байдаг, учир нь тэдний масс нь суудлын машины массаас хамаагүй өндөр байдаг.
Өндөр хурдны уралдаанд зориулагдсан галт бөмбөлгүүдийг хамгийн бага шаардлагатай эд ангиудыг холбосон байдлаар гэрэлтүүлж, хөдөлгүүрийн хүчийг боломжийн хэмжээнд хүртэл нэмэгдүүлдэг. Спорт машины хамгийн чухал шинж чанаруудын нэг бол 100 км / цаг хүртэл хурдасгах хугацаа юм. Энэ хугацааны интервал богино байх тусам машины хурдны шинж чанар сайжирна.
Харилцааны хууль
Байгалийн хүчинд үндэслэсэн Ньютоны хуулиудад аливаа харилцан үйлчлэлийг хос хүч дагалддаг гэж заасан байдаг. Хэрэв бөмбөг утас дээр өлгөгдсөн бол түүний үйлдлийг мэдрэх болно. Энэ тохиолдолд бөмбөгний нөлөөн дор утас нь мөн сунадаг.
Гурав дахь зүй тогтлын томъёолол нь Ньютоны хуулиудыг гүйцээнэ. Товчхондоо энэ нь иймэрхүү сонсогдож байна: үйлдэл нь хариу үйлдэлтэй тэнцүү юм. Энэ юу гэсэн үг вэ?
Биеийн бие биендээ үйлчлэх хүч нь тэнцүү хэмжээтэй, эсрэг чиглэлтэй, биеийн төвүүдийг холбосон шугамын дагуу чиглүүлдэг. Сонирхолтой нь тэдгээрийг нөхөн төлбөр гэж нэрлэх боломжгүй, учир нь тэд өөр өөр биед үйлчилдэг.
Хуулийн хэрэгжилт
Алдарт "Морь ба тэрэг"-ийн асуудал төөрөгдүүлж магадгүй. Уг вагонд уясан морь түүнийг хөдөлгөдөггазраас. Ньютоны 3-р хуулийн дагуу эдгээр хоёр биет бие биендээ тэнцүү хүчээр үйлчилдэг ч практик дээр морь тэргийг хөдөлгөж чаддаг нь хэв маягийн суурьтай таарахгүй.
Биеийн энэ систем хаалттай биш гэдгийг тооцвол шийдэл олдоно. Зам нь хоёр биед нөлөөлдөг. Морины туурайнд үйлчлэх статик үрэлтийн хүч нь тэрэгний дугуйны эргэлдэх үрэлтийн хүчнээс давж гардаг. Эцсийн эцэст, хөдөлгөөний мөч нь вагоныг хөдөлгөх оролдлогоос эхэлдэг. Хэрэв байрлал өөрчлөгдсөн бол морь ямар ч тохиолдолд түүнийг байрнаасаа хөдөлгөхгүй. Түүний туурай зам дээр гулсаж, ямар ч хөдөлгөөнгүй болно.
Хүүхэд насандаа бие биенээ чаргаар гулгаж явахад хүн бүр ийм жишээтэй тааралддаг. Хэрэв чарган дээр хоёр, гурван хүүхэд суувал нэг хүүхдийн хичээл зүтгэл тэднийг хөдөлгөхөд хүрэлцэхгүй нь ойлгомжтой.
Аристотель ("Бие бүр өөрийн байр сууриа мэддэг") тайлбарласан дэлхийн гадаргуу дээр биетүүдийн уналтыг дээрх үндэслэлээр няцааж болно. Дэлхий түүн рүү хөдөлдөгтэй ижил хүчний нөлөөн дор объект дэлхий рүү хөдөлдөг. Ньютоны хоёр дахь хуулийн дагуу тэдгээрийн параметрүүдийг (Дэлхийн масс нь биеийн массаас хамаагүй их) харьцуулж үзвэл объектын хурдатгал нь дэлхийн хурдатгалаас хэд дахин их байна гэж бид баталж байна. Бид биеийн хурдны өөрчлөлтийг ажиглаж байна, Дэлхий тойрог замаасаа хөдөлдөггүй.
Хэрэглэх хязгаар
Орчин үеийн физик нь Ньютоны хуулиудыг үгүйсгэдэггүй, харин зөвхөн тэдгээрийн хэрэглэх хязгаарыг тогтоодог. 20-р зууны эхэн үе хүртэл эдгээр хуулиуд нь байгалийн бүх үзэгдлийг тайлбарладаг гэдэгт физикчид эргэлздэггүй байсан.
1, 2, 3 хуульНьютон макроскопийн биетүүдийн зан үйлийн шалтгааныг бүрэн илчилсэн. Өчүүхэн хурдтай биетүүдийн хөдөлгөөнийг эдгээр постулатуудаар бүрэн дүрсэлсэн болно.
Тэдгээрийн үндсэн дээр гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдтай биеийн хөдөлгөөнийг тайлбарлах оролдлого бүтэлгүйтэх магадлалтай. Эдгээр хурдаар орон зай, цаг хугацааны шинж чанарыг бүрэн өөрчлөх нь Ньютоны динамикийг ашиглах боломжийг олгодоггүй. Нэмж дурдахад, хуулиуд нь инерцийн бус FR-д хэлбэрээ өөрчилдөг. Тэдгээрийг хэрэглэхийн тулд инерцийн хүчний тухай ойлголтыг оруулсан болно.
Ньютоны хуулиуд нь одон орны биетүүдийн хөдөлгөөн, тэдгээрийн байршил, харилцан үйлчлэлийн дүрмийг тайлбарлаж чадна. Үүний тулд бүх нийтийн таталцлын хуулийг нэвтрүүлсэн. Жижиг биетүүдийн таталцлын үр дүнг харах боломжгүй, учир нь хүч нь бага.
Харилцан татахуй
Цэцэрлэгт суугаад алим унахыг харж байсан ноён Ньютон дэлхийн гадаргын ойролцоох биетүүдийн хөдөлгөөн болон түүний хөдөлгөөнийг тайлбарлах гэсэн гайхалтай санаа төрүүлсэн гэсэн домог байдаг. харилцан таталцлын үндсэн дээр сансрын биетүүд. Энэ нь үнэнээс тийм ч хол биш юм. Ажиглалт, үнэн зөв тооцоолол нь зөвхөн алимны уналтаас гадна сарны хөдөлгөөнтэй холбоотой байв. Энэ хөдөлгөөний хуулиуд нь таталцлын хүч харилцан үйлчлэгч биетүүдийн масс ихсэх тусам нэмэгдэж, хоорондын зай ихсэх тусам буурдаг гэсэн дүгнэлтэд хүргэж байна.
Ньютоны хоёр, гурав дахь хуулиудад тулгуурлан бүх нийтийн таталцлын хуулийг дараах байдлаар томъёолсон: Орчлон ертөнцийн бүх бие биенүүдийн төвүүдийг холбосон шугамын дагуу чиглэсэн хүчний үйлчлэлээр бие биедээ татагддаг. биеийн масс болонбиеийн төвүүдийн хоорондох зайн квадраттай урвуу пропорциональ.
Математик тэмдэглэгээ: F=GMm/r2, энд F нь таталцлын хүч, M, m нь харилцан үйлчилж буй биеүүдийн масс, r нь тэдгээрийн хоорондын зай юм.. Пропорциональ коэффициентийг (G=6.62 x 10-11 Nm2/kg2) гэж нэрлэдэг. таталцлын тогтмол.
Физик утга: энэ тогтмол нь 1м-ийн зайд байгаа 1кг масстай хоёр биений хоорондох таталцлын хүчтэй тэнцүү. Бага масстай биетүүдийн хувьд хүч нь тийм ч ач холбогдолгүй байх нь ойлгомжтой. хайхрамжгүй хандсан. Гариг, одод, галактикуудын хувьд таталцлын хүч нь тэдний хөдөлгөөнийг бүрэн тодорхойлдог асар их юм.
Пуужин хөөргөхийн тулд дэлхийн нөлөөг даван туулахын тулд ийм тийрэлтэт хүчийг бий болгож чадах түлш хэрэгтэй гэж Ньютоны таталцлын хуульд заасан байдаг. Үүнд шаардагдах хурд нь эхний зугтах хурд буюу 8 км/с.
Орчин үеийн пуужингийн технологи нь нисгэгчгүй станцуудыг нарны хиймэл дагуул болгон бусад гараг руу хөөргөх боломжийг олгож байна. Ийм төхөөрөмжийн бүтээсэн хурд нь 11 км/с-тэй тэнцэх сансрын хоёр дахь хурд юм.
Хууль хэрэглэх алгоритм
Динамикийн асуудлыг шийдвэрлэх нь тодорхой дарааллаар хийгддэг:
- Даалгаврыг шинжлэх, өгөгдөл, хөдөлгөөний төрлийг тодорхойлох.
- Биед үйлчлэх бүх хүч болон хурдатгалын чиглэлийг (хэрэв байгаа бол) харуулсан зураг зур. Координатын системийг сонгоно уу.
- Боломжоос хамааран эхний эсвэл хоёр дахь хуулийг бичнэ үүбиеийн хурдатгал, вектор хэлбэрээр. Бүх хүчийг харгалзан үзнэ (үр дүнгийн хүч, Ньютоны хуулиуд: эхнийх нь биеийн хурд өөрчлөгдөхгүй бол хоёр дахь нь хурдатгал байвал).
- Сонгосон координатын тэнхлэг дээрх проекц дахь тэгшитгэлийг дахин бичнэ үү.
- Хэрэв үүссэн тэгшитгэлийн систем хангалтгүй бол бусад зүйлийг бичнэ үү: хүчний тодорхойлолт, кинематикийн тэгшитгэл гэх мэт.
- Хүссэн утгын тэгшитгэлийн системийг шийд.
- Үүссэн томьёо зөв эсэхийг тодорхойлохын тулд хэмжээст шалгалт хийнэ.
- Тооцоо.
Ихэвчлэн эдгээр алхмууд нь аливаа стандарт даалгаварт хангалттай байдаг.
