Динаміка поступального руху

§4. Перший закон Ньютона. Маса. Сила

Динаміка - це розділ механіки, в якому вивчаються закони руху тіл і причини, які викликають, або змінюють ці рухи.

Слово динаміка походить від грецького слова dynamis - сила. Динаміка пояснює, за яких умов тіло рухається так, а не інакше, коли тіло рухається рівномірно і коли рівноприскорено, коли прямолінійно, а коли криволінійно.

Основою динаміки є закони руху тіл, сформульовані англійським фізиком Ісаком Ньютоном в його роботі "Математичні основи натуральної філософії", опублікованої більше 300 років тому, в 1687 р. Ця праця містила основні поняття механіки (маса, сила, імпульс, прискорення), три закони механіки, закон всесвітнього тяжіння.

Взаємодія тіл. Сила.

Дослід показує, що тіло змінює свою швидкість тільки в результаті дії на нього інших тіл. Дія одного тіла на інше тіло не може бути односторонньою. Обидва тіла діють один на одного - вони взаємодіють. Так, наприклад, куля перед пострілом знаходиться у спокої відносно рушниці. Під час пострілу куля і рушниця взаємодіють і рухаються в різні боки, так, як відбувається явище віддачі.

Якщо людина, що сидить в човні, відштовхує від себе рукою інший човен, то відбувається взаємодія і обидва човни починають рух.

У усіх наведених прикладах тіло під дією іншого тіла починає рух, зупиняється або змінює напрям свого руху. Інакше кажучи, швидкість тіла міняється при взаємодії його з іншими тілами. Мірою дії одного тіла на інше являється фізична величина сила . Для виміру сил використовують відкалібровані пружини (динамометри). Сила вимірюється по розтягуванню динамометра (рис. 1.9).

Рисунок 1.9.

Одиницею виміру сили є 1 Н (ньютон).

Велике значення має і те, до якої точки прикласти силу. Адже недаремно ручку дверей кріплять якнайдалі від петель. Спробуйте відкрити двері, штовхаючи її близько від петель, - це зробити важче, ніж відкривати двері за ручку.

З наведених прикладів можна зробити висновок: дія сили на тіло залежить від її модуля, напряму і точки прикладення.

Якщо на тіло діє одночасно декілька сил, то їх дію можна замінити дією однієї сили. Таку заміну називають складанням сил. Сума складових сил називається рівнодійною. Так, як сила є векторною фізичною величиною, правила складання сил підпорядковуються правилам складання векторів.

Інерція. Маса тіла

Явище збереження швидкості тіла за відсутності дії на нього інших тіл називають інерцією.

Завдяки інерції рухається куля, що вилетіла із рушниці. За інерцією рухається автомобіль, після виключення мотора. Прикладом руху за інерцією є рух молекули газу. Кожна молекула від одного зіткнення до іншого рухається за інерцією прямолінійно і рівномірно.

З проявом інерції тіл нам доводиться зустрічатися в повсякденному житті. Людина, яка біжить, не може відразу зупинитися, вона пробігає деяку відстань, її швидкість поступово зменшується. Коли автобус або вагон починає рухатися від зупинки пасажир за інерцією залишається в спокої, тому він нахиляється убік протилежний до руху. І, навпаки, при різкому гальмуванні, пасажир продовжує рухатися і при цьому нахиляється вперед.

Швидкості, яких набувають тіла в результаті взаємодії, можуть значно відрізнятися одна від одної (швидкості кулі і рушниці). Це пов'язано з тим, що тіла мають різну інертність.

Масою тіла називають фізичну величину m_і , яка є мірою інертності тіла. За одиницю маси прийнятий кілограм -1 кг.Кілограм - це маса еталону (ретельно виготовленого зразка). Еталон відлитий із сплаву двох металів: платини і іридію. Міжнародний еталон маси зберігається у Франції в місті Севрі, біля Парижу.

Маса тіла також характеризує здатність його взаємодіяти з іншими тілами згідно з законом всесвітнього тяжіння. В цьому випадку маса є мірою гравітаційної взаємодії і називається гравітаційною масою m_г. В сучасній фізиці з високим ступенем точності встановлено, що , якщо швидкість матеріальної точки набагато менша від швидкості світла у вакуумі.

Сучасна фізика має в розпорядженні досконалі способи вимірів, які дозволяють з великою точністю вимірювати розміри і маси молекул. Нині визначені маси молекул усіх речовин, а також маси елементарних частинок. Маса електрона, наприклад дорівнює 9,1 ·10^-31кг.