Сансар огторгуй дахь янз бүрийн биетүүдийн хөдөлгөөнийг физикийн тусгай хэсэг болох механик судалдаг. Сүүлийнх нь эргээд кинематик ба динамик гэж хуваагддаг. Энэ өгүүлэлд бид биетүүдийн хөрвүүлэлтийн болон эргэлтийн хөдөлгөөний динамикийг анхаарч физикийн механикийн хуулиудыг авч үзэх болно.
Түүхэн мэдээлэл
Бие хэрхэн, яагаад хөдөлдөг нь эрт дээр үеэс философич, эрдэмтдийн сонирхлыг татсаар ирсэн. Тиймээс Аристотель объектууд зөвхөн гадны нөлөөлөл байдаг тул орон зайд хөдөлдөг гэж үздэг. Хэрэв энэ нөлөөг зогсоовол бие нь шууд зогсох болно. Эртний Грекийн олон гүн ухаантнууд бүх биеийн байгалиас заяасан байдал нь амар амгалан байдаг гэж үздэг.
Шинэ эрин бий болсноор олон эрдэмтэд механик дахь хөдөлгөөний хуулиудыг судалж эхэлсэн. Гюйгенс, Хук, Галилео зэрэг нэрсийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Сүүлийнх нь байгалийн үзэгдлийг судлах шинжлэх ухааны хандлагыг хөгжүүлж, үнэн хэрэгтээ механикийн анхны хуулийг нээсэн боловч түүний овог нэргүй.
1687 онд эрдэм шинжилгээний бүтээл хэвлэгдэн гарсан бөгөөд зохиогч ньАнгли хүн Исаак Ньютон. Тэрээр шинжлэх ухааны бүтээлдээ сансар огторгуй дахь биеийн хөдөлгөөний үндсэн хуулиудыг тодорхой томьёолж, бүх нийтийн таталцлын хуультай хамт механикийн төдийгүй орчин үеийн бүх сонгодог физикийн үндэс болсон.
Ньютоны хуулиудын тухай
Эдгээрийг 20-р зууны эхээр Альберт Эйнштейн дэвшүүлсэн релятивистээс ялгаатай нь сонгодог механикийн хуулиуд гэж нэрлэдэг. Эхнийх нь бүхэл бүтэн физикийн салбар үндэслэсэн үндсэн гурван хууль л байдаг. Тэднийг ингэж нэрлэдэг:
- Инерцийн хууль.
- Хүч ба хурдатгалын хамаарлын хууль.
- Үйлдэл ба урвалын хууль.
Яагаад эдгээр гурван хууль гол нь вэ? Энэ нь энгийн, механикийн ямар ч томьёог тэдгээрээс гаргаж авах боломжтой, гэхдээ онолын ямар ч зарчим тэдгээрийн алинд нь ч хүргэдэггүй. Эдгээр хуулиуд нь зөвхөн олон тооны ажиглалт, туршилтуудын үр дүнд бий болсон. Практикт янз бүрийн асуудлыг шийдвэрлэхэд тэдгээрийн тусламжтайгаар олж авсан таамаглалуудын найдвартай байдал нь тэдний үнэн зөвийг баталгаажуулдаг.
Инерцийн хууль
Механик дахь Ньютоны анхны хуульд гадны нөлөөгүй аливаа бие ямар ч инерциал тооллын системд тайван байдал эсвэл шулуун хөдөлгөөнийг хадгална гэж хэлдэг.
Энэ хуулийг ойлгохын тулд тайлангийн системийг ойлгох хэрэгтэй. Зөвхөн заасан хуулийг хангасан тохиолдолд үүнийг инерциал гэж нэрлэдэг. Өөрөөр хэлбэл инерцийн системд байхгүйАжиглагчдад мэдрэгдэх зохиомол хүч байдаг. Жишээлбэл, жигд, шулуун шугамаар хөдөлж буй системийг инерциал гэж үзэж болно. Нөгөөтэйгүүр, тэнхлэгийн эргэн тойронд жигд эргэлддэг систем нь төвөөс зугтах зохиомол хүч байдаг тул инерцийн бус байдаг.
Хөдөлгөөний шинж чанар өөрчлөгдөх шалтгааныг инерцийн хууль тогтоодог. Энэ шалтгаан нь гадны хүчин байгаа явдал юм. Бие махбодид хэд хэдэн хүч нөлөөлж болохыг анхаарна уу. Энэ тохиолдолд тэдгээрийг векторын дүрмийн дагуу нэмэх ёстой, хэрэв үүссэн хүч нь тэгтэй тэнцүү бол бие жигд хөдөлгөөнөө үргэлжлүүлнэ. Сонгодог механикт биеийн жигд хөдөлгөөн болон түүний тайван байдлын хооронд ямар ч ялгаа байхгүй гэдгийг ойлгох нь чухал.
Ньютоны хоёр дахь хууль
Сансар огторгуй дахь биеийн хөдөлгөөний мөн чанарыг өөрчилсөн шалтгаан нь түүнд үйлчлэх гадны тэгээс өөр хүч байгаатай холбоотой гэж тэр хэлэв. Уг нь энэ хууль өмнөх хуулийн үргэлжлэл юм. Түүний математик тэмдэглэгээ нь дараах байдалтай байна:
F¯=ma¯.
Энд a¯ хэмжигдэхүүн нь хурдны векторын өөрчлөлтийн хурдыг тодорхойлсон хурдатгал, m нь биеийн инерцийн масс юм. m үргэлж тэгээс их байдаг тул хүч ба хурдатгалын векторууд нэг чиглэлийг заадаг.
Энэ хууль нь механикийн асар олон үзэгдлүүдэд, тухайлбал, чөлөөт уналт, машины хурдатгалтай хөдөлгөөн, налуу хавтгай дагуу гулсмал гулсах, хэлбэлзэл зэрэгт хамаарна. дүүжин,хаврын жингийн хурцадмал байдал гэх мэт. Үүнийг динамикийн гол хууль гэж хэлэхэд буруудахгүй.
Эрц ба эрч хүч
Хэрэв та Ньютоны шинжлэх ухааны ажил руу шууд хандвал эрдэмтэн өөрөө механикийн хоёрдугаар хуулийг арай өөрөөр томъёолсныг харж болно:
Fdt=dp, энд p=mv.
p утгыг импульс гэнэ. Олон хүмүүс үүнийг биеийн импульс гэж андуурдаг. Хөдөлгөөний хэмжээ нь биеийн масс ба хурдны үржвэртэй тэнцэх инерцийн энергийн шинж чанар юм.
Импульсийг тодорхой хэмжээгээр өөрчлөх dp-ийг зөвхөн dt хугацааны интервалд биед үйлчилж буй гадны F хүчээр л хийж болно. Хүчний үржвэр ба үйл ажиллагааны үргэлжлэх хугацааг хүчний импульс эсвэл зүгээр л импульс гэж нэрлэдэг.
Хоёр биетэй мөргөлдөх үед тэдгээрийн хооронд мөргөлдөх хүч үйлчилж, бие тус бүрийн импульс өөрчлөгддөг боловч энэ хүч нь судалж буй хоёр биеийн системийн хувьд дотоод шинж чанартай байдаг тул өөрчлөлт гарахгүй. системийн нийт импульст. Энэ баримтыг импульс хадгалагдах хууль гэж нэрлэдэг.
Хурдатгалтай эргүүлэх
Хэрэв Ньютоны томъёолсон механикийн хуулийг эргэлтийн хөдөлгөөнд хэрэглэвэл дараах илэрхийлэл гарна:
M=Iα.
Энд M - өнцгийн импульс - энэ нь хүчний системд эргэлт хийх чадварыг харуулсан утга юм. Хүчний моментийг вектор хүч ба тэнхлэгээс чиглэсэн радиус векторын үржвэрээр тооцнохэрэглээний цэг. I хэмжигдэхүүн нь инерцийн момент юм. Хүчний моментийн нэгэн адил энэ нь эргэлтийн системийн параметрүүд, ялангуяа тэнхлэгтэй харьцуулахад биеийн массын геометрийн тархалтаас хамаардаг. Эцэст нь хэлэхэд, α утга нь өнцгийн хурдатгал бөгөөд энэ нь өнцгийн хурд секундэд хэдэн радианаар өөрчлөгдөхийг тодорхойлох боломжийг олгодог.
Хэрэв та бичсэн тэгшитгэлийг анхааралтай ажиглаж, Ньютоны 2-р хуулиас түүний утга ба үзүүлэлтүүдийн хооронд зүйрлэвэл бид тэдгээрийн бүрэн ижил төстэй байдлыг олж авах болно.
Үйлдэл ба урвалын хууль
Механикийн гурав дахь хуулийг авч үзэх нь бидэнд үлдлээ. Хэрэв эхний хоёрыг нэг талаараа Ньютоны өмнөх хүмүүс томъёолсон бөгөөд эрдэмтэн өөрөө тэдэнд зөвхөн зохицсон математик хэлбэрийг өгсөн бол гурав дахь хууль бол агуу англи хүний анхны санаа юм. Тиймээс, хэрэв хоёр биетэй тулгарвал тэдгээрийн хооронд үйлчилж буй хүчнүүд хэмжээ нь тэнцүү бөгөөд эсрэг чиглэлтэй байна. Товчхондоо аливаа үйлдэл нь хариу үйлдэл үзүүлдэг гэж хэлж болно.
F12¯=-F21¯.
Энд F12¯ ба F21¯ - 1-р биеийн талаас 2-р тал хүртэл, 2-р талаас нь үйлчилнэ. 1-р хүч хүртэл.
Энэ хуулийг батлах олон жишээ бий. Жишээлбэл, үсрэлт хийх үед хүн дэлхийн гадаргуугаас хөөгдөж, сүүлчийнх нь түүнийг түлхэж өгдөг. Алхагчаар алхаж, усанд сэлэгчдийн усан сангийн ханыг түлхэхэд мөн адил хамаарна. Өөр нэг жишээ, хэрэв та гараа ширээн дээр дарвал эсрэгээрээ мэдрэгддэг.ширээний гарт үзүүлэх нөлөөг тулгуурын урвалын хүч гэж нэрлэдэг.
Ньютоны 3-р хуулийн хэрэглээний асуудлыг шийдэхдээ үйлчлэлийн хүч болон урвалын хүч нь өөр өөр биед үйлчилдэг тул тэдгээр нь өөр өөр хурдатгал өгдөг гэдгийг мартаж болохгүй.
