Динамика поступательного движения Основные законы динамики

В предыдущей лекции мы познакомились с кинематикой, опи­сывающей характеристики движения, но не рассматривающей причины его изменения. Теперь мы приступим к изучению дви­жения тел под действием сил.

Сило — это векторная физическая величина, описывающая внешнее воздействие на тело, которое может происходить не только со стороны других тел, но и со стороны полей. Посколь­ку сила — величина векторная, она характеризуется направле­нием, абсолютной величиной и точкой приложения. Некоторые конкрентные силы, играющие важную роль в Природе, будут рассмотрены нами в лекции №3.

Законы, получившие в дальнейшем название законов Ньюто­на, впервые были опубликоаны сэром И.Ньютоном в 1687 году в работе "Математические начала натуральной философии".

Первый закон Ньютона

Материальная точка находится в состоянии покоя или пря­молинейного равномерного движения до тех пор, пока взаимо­действие с другими телами не выведет ее из этого состояния.

Системы отсчета, в которых выполняется первый закон Нью­тона называются инерциальными. Все остальные системы от­счета именуются неинерциальными. Приведем примеры инер-циальных систем отсчета.

Геоцентрическая система отсчета. Это система отсчета, связанная с Землей. При решении задач, в которых можно пре­небречь вращением Земли вокруг оси, проходящей через центр Земли, и ее ускоренным движением вокруг Солнца, эта система может рассматриваться как инерциальная.

Гелиоцентрическая система отсчета. Это система отсчета, связанная с Солнцем. Центр гелиоцентрической системы отсче­та помещают в центр Солнца, а оси связанной с ним системы координат направляют на неподвижные звезды. Эта система отсчета по своим свойствам очень близка к инерциальной и при решении всех практических задач может рассматриваться как инерциальная. Некоторое отличие гелиоцентрической системы отсчета от инерциальной связано с вращением Солнца вместе с другими звездами вокруг центра нашей галактики, имеющей название Млечный Путь.

Понятие импульса

Массой материальной точки называется скалярная физиче­ская величина, описывающая инертные свойства тела при по­ступательном движении

Импульсом материальной точки называется векторная фи­зическая величина р. равная произведению массы материальной точки т на ее скорость v. Импульс определяется по формуле:

p=mv (1)

Второй закон Ньютона

Быстрота изменения импульса материальной точки с тече­нием времени равна действующей на нее силе:

= F (2)

Второй закон Ньютона, записанный в форме (2), является ре­лятивистски инвариантным, т.е. он применим как при малых

(t с), так и при больших (v с) скоростях движения тела. Здесь с ~ 3,00 • 10⁸м/с — универсальная мировая постоянная — скорость распространения света в вакууме. Как считается в современной физике, сигнал, информация или энергия не могут передаваться в пространстве со скоростью большей, чем с.

Если скорость тела мала (v с) и масса тела постоянна (m = const), то второй закон Ньютона можно перпеписать в классической форме

= = m = ma = F (3)

Отсюда следует, что

a= (4)

т.е. ускорение материальной точки прямо пропорционально дей­ствующей на нее силе и обратно пропорционально массе мате­риальной точки.

При больших (околосветовых) скоростях движения частиц в ускорителе необходимо использовать для расчета параметров движения только формулу (2), но никак не формулу (4). Вто­рой закон Ньютона строго выполняется только в инерциальных системах отсчета.