3 Динаміка

Динаміка вивчає причину руху тіл. Вона поділяється на три розділи:

– класична динаміка вивчає рух тіл великої маси (набагато більшої, ніж маса атомів) з малими швидкостями (набагато меншими, ніж швидкість світла 310⁸ м/с). Вона базується на законах Ньютона;

– релятивістська динаміка вивчає рух тіл із швидкостями, близькими до швидкості світла;

– квантова механіка вивчає рух мікрочастинок.

Ми будемо розглядати спочатку класичну механіку.

3.1 Закони Ньютона. Маса. Сила

1-й закон Ньютона ( закон інерції). Всяке тіло зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху до тих пір, поки дія інших тіл не виведуть його із цього стану. Властивість тіл зберігати набутий стан (спокою, чи руху) називається інертністю. Мірою інертності тіл є маса (m), яка в СІ вимірюється в кг. Маса одиниці об’єму (V) тіла називається густиною ρ

. (3.1)

Є й інша редакція цього закону інерції, а саме: системи відліку, в яких тіла, що не зазнають дії інших тіл, знаходяться у стані відносного спокою, або рівномірного прямолінійного руху, називаються інерціальними. Всі системи відліку, які рухаються відносно інерціальної рівномірно і прямолінійно, або знаходяться у стані спокою, теж являються інерціальними. Всі інші системи неінерціальні. Закони Ньютона справедливі для інерціальних систем.

Сила (F) – це міра дії одного тіла на інше, яка проявляється у виникненні прискорення тіла, або в його деформації (зміні розмірів і форми).

2-й закон Ньютона. Прискорення (), з яким рухається центр маси тіла С (рис.3.1), прямо пропорційне Рисунок.3.1

векторній сумі сил, що діють на нього (рівнодіючій), обернено пропорційне масі тіла, направлене в сторону рівнодіючої і прикладене в центр маси тіла

. (3.2)

Якщо хоч одна сила змінюється з часом, формула (3.2) дає миттєве значення прискорення, тобто в даний момент часу. З цього закону визначається одиниця сили Ньютон .

3-й закон Ньютона. Два тіла взаємодіють з силами F₁ і F₂, однаковими за величиною і протилежними за напрямком. Вони не зрівноважують одна іншу, так як прикладені до різних тіл .

3.2 Імпульс. Загальне формулювання 2-го закону Ньютона. Закон збереження імпульсу

Враховуючи, що прискорення , формула (3.2) 2-го закону Ньютона набуде виду

. (3.3)

Тут добуток маси тіла на швидкість його руху називається імпульсом . Це векторна фізична величина. Швидкість його зміни з часом дає силу. Змінити ж імпульс тіла можна не тільки за рахунок зміни швидкості, а і за рахунок зміни його маси. Тому формула (3.3) 2-го закону Ньютона є більш загальною. Таке формулювання дає можливість вивчати рух тіл змінної маси, наприклад, рух ракети.

Ізольованою (замкнутою) називається система тіл, на які не діють зовнішні сили, або їхня рівнодіюча дорівнює нулю. Тобто тіла взаємодіють тільки між собою з внутрішніми силами.

При формула (3.3) дає . Тобто, імпульс ізольованої (замкнутої) системи не змінюється. Вектор імпульсу системи тіл знаходиться як векторна сума імпульсів усіх тіл цієї системи. В цьому полягає суть закону збереження імпульсу. Задамось запитанням: чи можуть швидкості усіх тіл замкнутої системи одночас-но збільшуватись? Можуть, так як це векторний закон.