2. Динамика Краткие теоретические сведения

Динамика – раздел физики, изучающий движение тела с учётом причин, вызывающих его изменение. Причиной изменения движения тела является сила.

Динамика поступательного движения

Основными характеристиками поступательного движения являются масса, сила, импульс тела, импульс силы.

Масса – скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела при поступательном движении.

Инертность – свойство тела сохранять свою скорость постоянной при отсутствии действия на тело сил.

Сила – векторная физическая величина, являющаяся мерой взаимодействия тел.

Импульс тела – векторная физическая величина, являющаяся мерой движения тела. Равен произведению массы тела на его скорость:

.

Импульс силы – векторная физическая величина, являющаяся мерой воздействия силы на тело за данный промежуток времени. Импульс и силы равен произведению силы на время её действия ( ).

Работа силы – физическая величина, равная интегралу от скалярному произведению вектора силы на вектор элементарного перемещения перемещения.

.

Если тело движется под действием постоянной силы по прямой в одну сторону, то работу силы можно найти так:

,

где S – пройденный путь, - угол между вектором силы и перемещением.

Кинетическая энергия – энергия движущегося тела. Кинетическую энергию можно найти по формуле:

.

Потенциальная энергия тела – энергия взаимодействия. Вид формулы для расчёта потенциальной энергии зависит от вида взаимодействия (силы).

Основные законы динамики поступательного движения

Основными законами, на которых построена динамика, являются законы Ньютона.

I закон Ньютона вводит понятие инерциальных систем отсчёта (ИСО). ИСО – это такие системы отсчёта, в которых тело покоится или движется равномерно и прямолинейно, если на него не действуют силы или сумма всех действующих на тело сил равна нулю.

II закон Ньютона: сумма всех сил, действующих на тело равна произведению массы тела на его ускорение:

.

Надо отметить, что это упрощённая, «школьная» формулировка закона. В общем виде II закон Ньютона выглядит так:

.

Смысл этого уравнения заключается в том, что результатом действия силы является изменение импульса тела. И лишь при постоянной массе тела, можно получить привычное со школы уравнение II закона Ньютона. В курсе физики большинства технических специальностей обычно рассматривается движение тел с постоянной массой, поэтому для решения большинства задач будет достаточно уравнения .

Важно понимать, что во II законе Ньютона рассматривается векторная сумма сил. Результат же векторной суммы зависит от взаимного направления складываемых векторов. Поэтому, при использовании данного закона для решения задач, необходимо изображать на рисунке вектора всех действующих на тело сил и находить сумму сил с учётом их направления. II закон Ньютона справедлив только для ИСО.

III закон Ньютона: тела действуют друг на друга силами, равными по модулю и противоположными по направлению. Данный закон удобно запоминать в следующей трактовке: «сила действия – равна силе противодействия». Важно помнить, что силы действия и противодействия прикладываются к разным телам!