Модуль II динаміка

Тема 6 закони ньютона. Інерціальні системи відліку. Принцип відносності

Динаміка – це частина механіки, яка вивчає закони взаємодії тіл і відповідає на питання: «Чому рухається тіло?».

Класична динаміка ґрунтується на трьох законах Ньютона, сформульованих на підставі узагальнення дослідних фактів.

Межі застосування законів Ньютона:

- для макроскопічних тіл, які рухаються зі швидкістю, набагато меншою, ніж швидкість світла у вакуумі (3∙10⁸м/с);

- для інерціальних систем відліку.

Інерціальна система відліку (ІСВ) – це система відліку, відносно якої матеріальна точка, яка не зазнає впливу інших тіл, рухається рівномірно і прямолінійно. Будь-яка система відліку, яка рухається відносно ІСВ прямолінійно і рівномірно, також є інерціальною. Неінерціальна система відліку – це система відліку, що рухається з прискоренням відносно ІСВ.

Перший закон Ньютона

Існують такі системи відліку, відносно яких тіла, що рухаються поступально, зберігають стан спокою або рівномірного прямолінійного руху, якщо на них не діють інші тіла або дію інших тіл скомпенсовано.

Перший закон Ньютона – закон інерції.

Інерція – це явище збереження величини і напрямку швидкості руху тіла за відсутності або компенсації інших тіл.

Інертність – це властивість тіла, від якої залежить його прискорення при взаємодії з іншими тілами.

Кількісна міра інертності тіла називається масою. Чим більш інертне тіло, тим більша його маса.

Маса - це скалярна фізична величина, що є мірою інертності тіла.

Одиницею маси в системі СІ є кілограм.

= кг.

1 кілограм – це маса еталона маси. У класичній механіці Ньютона:

- маса тіла не залежить від швидкості цього тіла:

;

- маса тіла дорівнює масі всіх частин, з яких складається тіло:

;

- виконується закон збереження маси: маса тіла залишається сталою при будь-яких механічних процесах, що відбуваються в системі тіл.

Сила - це векторна фізична величина, що є мірою такої дії на дане тіло інших тіл, при якій виникає прискорення або деформація.

Сила має напрямок (вектор), модуль (абсолютне значення), точку прикладання і лінію дії сили (рис.12).

Рисунок 12

Як правило, на будь-яке рухоме тіло діє не одна сила, а декілька. Сила, яка діє на тіло так само, як декілька одночасно діючих сил, називається рівнодіючою цих сил і дорівнює векторній сумі всіх сил, що діють на тіло:

. (6.1)

Співвідношення (6.1) визначає принцип незалежності дії сил, або принцип суперпозиції. Для визначення рівнодіючої сили використовують правила додавання векторів (додаток А.1).

Другий закон Ньютона

Прискорення тіла (матеріальної точки) прямо пропорційне рівнодіючій усіх сил, прикладених до тіла, і обернено пропорційне його масі.

. (6.2)

(вектор а дорівнює вектор еф, ділене на ем).

Другий закон Ньютона свідчить:

1. прикладена до тіла рівнодіюча сила визначає його прискорення;

2. дія на дане тіло інших тіл – причина зміни швидкості тіла;

3. напрям прискорення завжди збігається з напрямом сили (рис. 13);

4. справедливий для будь-яких сил.

Рисунок 13 Рисунок 14

На підставі другого закону Ньютона визначається одиниця сили в СІ:

ньютон.

1 ньютон – це сила, з якою потрібно діяти на тіло масою 1 кг, щоб надати йому прискорення 1 м/с². Одиниця сили названа на честь англійського вченого Ісаака Ньютона (1643-1727).

З формули (6.2) можна одержати динамічне рівняння руху тіла:

(6.3)

(вектор еф дорівнює ем вектор а).