Təbiət hadisələrinin eksperiment əsasında öyrənilməsi o halda mümkündür ki, bütün mərhələlər müşahidə olunsun: müşahidə, fərziyyə, təcrübə, nəzəriyyə. Müşahidə faktları aşkar edəcək və müqayisə edəcək, fərziyyə onlara eksperimental təsdiq tələb edən ətraflı elmi izahat verməyə imkan verir. Cisimlərin hərəkətinin müşahidəsi maraqlı bir nəticəyə gətirib çıxardı: cismin sürətinin dəyişməsi yalnız başqa bir cismin təsiri altında mümkündür.
Məsələn, pilləkənləri sürətlə qaçırsınızsa, o zaman döngədə sadəcə məhəccərdən tutmaq (hərəkət istiqamətini dəyişdirmək) və ya dayanmaq (sürətin dəyərini dəyişdirmək) lazımdır ki, pilləkənlərlə toqquşmayın. qarşı divar.
Oxşar hadisələrin müşahidələri cisimlərin sürətindəki dəyişikliklərin və ya onların deformasiyasının səbəblərini öyrənən fizikanın bölməsinin yaradılmasına səbəb oldu.
Dynamics Basics
Dinamikaya fiziki bədənin niyə bu və ya digər şəkildə hərəkət etməsi və ya istirahət etməsi ilə bağlı müqəddəs suala cavab verməyə çağırılır.
İstirahət vəziyyətini nəzərə alın. Hərəkətin nisbiliyi konsepsiyasına əsaslanaraq belə nəticəyə gələ bilərik: tamamilə hərəkətsiz cisimlər yoxdur və ola da bilməz. Hər hansıbir istinad cismə nisbətən hərəkətsiz olan cisim digərinə nisbətən hərəkət edir. Məsələn, stolun üstündə uzanan kitab stola nisbətən hərəkətsizdir, lakin onun yoldan keçən şəxslə bağlı mövqeyini nəzərə alsaq, təbii nəticə çıxarırıq: kitab hərəkət edir.
Ona görə də cisimlərin hərəkət qanunları inersial istinad sistemlərində nəzərdən keçirilir. Bu nədir?
Bədənin istirahətdə olduğu və ya digər cisimlərin və ya cisimlərin ona heç bir təsiri olmamaq şərti ilə vahid və düzxətli hərəkət etdiyi inertial istinad sistemi adlanır.
Yuxarıdakı misalda cədvəllə əlaqəli istinad çərçivəsini inertial adlandırmaq olar. Eyni və düz bir xəttdə hərəkət edən bir şəxs ISO üçün istinad çərçivəsi kimi xidmət edə bilər. Əgər onun hərəkəti sürətlənirsə, onda inertial CO-nu onunla əlaqələndirmək mümkün deyil.
Əslində belə bir sistem Yerin səthində sərt şəkildə sabitlənmiş cisimlərlə əlaqələndirilə bilər. Bununla belə, planetin özü IFR üçün istinad orqanı rolunu oynaya bilməz, çünki o, öz oxu ətrafında bərabər fırlanır. Səthdəki cisimlər mərkəzə doğru sürətlənməyə malikdir.
İmpuls nədir?
Ətalət fenomeni birbaşa ISO ilə bağlıdır. Hərəkət edən avtomobil qəfil dayansa nə olacağını xatırlayın? Sərnişinlər səyahətə davam etdikləri üçün təhlükə ilə üzləşirlər. Onu öndəki oturacaq və ya təhlükəsizlik kəmərləri ilə dayandırmaq olar. Bu proses sərnişinin ətaləti ilə izah olunur. Düzdür?
Ətalət qorunmanı nəzərdə tutan bir hadisədirdigər orqanların ona təsiri olmadıqda bədənin sabit sürəti. Sərnişin kəmərlərin və ya oturacaqların təsiri altındadır. Burada ətalət hadisəsi müşahidə edilmir.
İzahat cismin xassəsindədir və ona görə cismin sürətini dərhal dəyişmək mümkün deyil. Bu ətalətdir. Məsələn, termometrdəki civənin təsirsizliyi, termometri silkələsək, çubuğu aşağı salmağa imkan verir.
Ətalət ölçüsünə bədənin kütləsi deyilir. Qarşılıqlı əlaqə zamanı kütləsi az olan cisimlər üçün sürət daha tez dəyişir. Sonuncu üçün bir avtomobilin beton divarla toqquşması demək olar ki, izsiz davam edir. Avtomobil ən çox geri dönməz dəyişikliklərə məruz qalır: sürət dəyişir, əhəmiyyətli deformasiya baş verir. Belə çıxır ki, beton divarın ətaləti avtomobilin ətalətini xeyli üstələyir.
Təbiətdə ətalət hadisəsinə rast gəlmək mümkündürmü? Bədənin digər cisimlərlə əlaqəsiz olduğu vəziyyət, kosmik gəminin mühərrikləri söndürməklə hərəkət etdiyi dərin boşluqdur. Lakin bu halda da qravitasiya anı mövcuddur.
Əsas miqdarlar
Dinamikanın eksperimental səviyyədə öyrənilməsi fiziki kəmiyyətlərin ölçülməsi ilə sınaqdan keçir. Ən maraqlısı:
- cisimlərin sürətinin dəyişmə sürətinin ölçüsü kimi sürətlənmə; onu a hərfi ilə təyin edin, m/s ilə ölçün2;
- kütlə ətalət ölçüsü kimi; m hərfi ilə işarələnmiş, kq ilə ölçülür;
- qüvvə cisimlərin qarşılıqlı təsirinin ölçüsü kimi; ən çox N (nyuton) ilə ölçülən F hərfi ilə işarələnir.
Bu kəmiyyətlər arasındakı əlaqəən böyük ingilis fiziki tərəfindən alınan üç nümunə ilə müəyyən edilmişdir. Nyuton qanunları müxtəlif cisimlərin qarşılıqlı təsirinin mürəkkəbliyini izah etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Eləcə də onları idarə edən proseslər. Nyuton qanunlarını riyazi əlaqələrlə bağlayan “sürətlənmə”, “qüvvə”, “kütlə” anlayışlarıdır. Gəlin bunun nə demək olduğunu anlamağa çalışaq.
Yalnız bir qüvvənin hərəkəti müstəsna bir hadisədir. Məsələn, Yer ətrafında dövr edən süni peyk yalnız cazibə qüvvəsindən təsirlənir.
Nəticə
Bir neçə qüvvənin hərəkəti bir qüvvə ilə əvəz edilə bilər.
Cismə təsir edən qüvvələrin həndəsi cəminə nəticə deyilir.
Söhbət həndəsi cəmdən gedir, çünki qüvvə vektor kəmiyyətdir və bu, təkcə tətbiq nöqtəsindən deyil, həm də hərəkət istiqamətindən asılıdır.
Məsələn, kifayət qədər böyük bir qarderobu köçürmək lazımdırsa, dostları dəvət edə bilərsiniz. İstənilən nəticəni birlikdə əldə edirik. Ancaq yalnız bir çox güclü insanı dəvət edə bilərsiniz. Onun səyi bütün dostların hərəkətinə bərabərdir. Qəhrəmanın tətbiq etdiyi qüvvəni nəticə adlandırmaq olar.
Nyutonun hərəkət qanunları "nəticə" anlayışı əsasında tərtib edilmişdir.
Ətalət qanunu
Ən ümumi fenomenlə Nyuton qanunlarını öyrənməyə başlayın. Birinci qanun adətən ətalət qanunu adlanır, çünki o, vahid düzxətli hərəkətin səbəblərini və ya cisimlərin qalan vəziyyətini təyin edir.
Bədən bərabər və düzxətli hərəkət edir və yaona heç bir qüvvə təsir etmədikdə və ya bu hərəkət kompensasiya edildikdə dayanır.
Bu halda nəticənin sıfıra bərabər olduğunu iddia etmək olar. Bu vəziyyətdə, məsələn, yolun düz hissəsində sabit sürətlə hərəkət edən bir avtomobildir. Cazibə qüvvəsinin hərəkəti dəstəyin reaksiya qüvvəsi ilə kompensasiya edilir və mühərrikin itələmə qüvvəsi mütləq qiymətdə hərəkətə müqavimət qüvvəsinə bərabərdir.
Çilçıraq tavana söykənir, çünki cazibə qüvvəsi onun qurğularının gərginliyi ilə kompensasiya olunur.
Yalnız bir bədənə tətbiq olunan qüvvələr kompensasiya edilə bilər.
Nyutonun ikinci qanunu
Davam edək. Cisimlərin sürətinin dəyişməsinə səbəb olan səbəblər Nyutonun ikinci qanunu ilə nəzərdən keçirilir. O nə danışır?
Cismə təsir edən qüvvələrin nəticəsi cismin kütləsi ilə qüvvələrin təsiri altında əldə edilən sürətlənmənin məhsulu kimi müəyyən edilir.
2 Nyuton qanunu (formula: F=ma), təəssüf ki, kinematikanın və dinamikanın əsas anlayışları arasında səbəb-nəticə əlaqəsi yaratmır. O, cəsədlərin sürətlənməsinə nəyin səbəb olduğunu dəqiq deyə bilmir.
Bunu başqa cür formalaşdıraq: cismin aldığı sürətlənmə nəticədə yaranan qüvvələrlə düz mütənasibdir və bədənin kütləsi ilə tərs mütənasibdir.
Beləliklə, müəyyən etmək olar ki, sürət dəyişikliyi yalnız ona tətbiq olunan qüvvədən və bədənin kütləsindən asılı olaraq baş verir.
2 Formulu aşağıdakı kimi ola bilən Nyuton qanunu: a=F/m vektor formasında əsas hesab olunur, çünki bunu mümkün edir.fizikanın sahələri arasında əlaqə qurur. Burada a cismin sürətlənmə vektoru, F qüvvələrin nəticəsi, m cismin kütləsidir.
Avtomobilin sürətləndirilmiş hərəkəti mühərriklərin dartma qüvvəsi hərəkətə qarşı müqavimət qüvvəsindən artıq olarsa mümkündür. İtki artdıqca, sürətlənmə də artır. Yük maşınları yüksək güclü mühərriklərlə təchiz olunub, çünki onların kütləsi minik avtomobilinin kütləsindən xeyli yüksəkdir.
Yüksək sürətli yarışlar üçün nəzərdə tutulmuş atəş topları elə işıqlandırılır ki, onlara minimum lazımi hissələr yapışdırılır və mühərrik gücü mümkün həddə qədər artırılır. İdman avtomobillərinin ən vacib xüsusiyyətlərindən biri 100 km/saat sürətlənmə vaxtıdır. Bu vaxt intervalı nə qədər qısa olarsa, avtomobilin sürət xüsusiyyətləri bir o qədər yaxşı olar.
Qarşılıqlı təsir qanunu
Təbiət qüvvələrinə əsaslanan Nyuton qanunları hər hansı qarşılıqlı təsirin bir cüt qüvvənin görünüşü ilə müşayiət olunduğunu bildirir. Top bir ipdən asılırsa, o zaman hərəkətini yaşayır. Bu zaman topun təsiri altında sap da uzanır.
Üçüncü qanunauyğunluğun tərtibi Nyuton qanunlarını tamamlayır. Bir sözlə, belə səslənir: hərəkət reaksiyaya bərabərdir. Bu nə deməkdir?
Cismlərin bir-birinə təsir göstərdiyi qüvvələr böyüklük baxımından bərabərdir, istiqamətləri əksdir və cisimlərin mərkəzlərini birləşdirən xətt boyunca yönəldilmişdir. Maraqlıdır ki, onları kompensasiyalı adlandırmaq olmaz, çünki onlar müxtəlif orqanlarda hərəkət edirlər.
Qanunların icrası
Məşhur "At və Araba" problemi çaşdırıcı ola bilər. Sözügedən vaqona taxılan at onu hərəkət etdiriryerdən. Nyutonun üçüncü qanununa uyğun olaraq, bu iki cisim bir-birinə bərabər qüvvələrlə təsir edir, lakin praktikada at naxışın əsaslarına uyğun gəlməyən arabanı hərəkət etdirə bilər.
Bu cisimlər sisteminin qapalı olmadığını nəzərə alsaq, həll yolu tapılır. Yol hər iki bədənə öz təsirini göstərir. Atın dırnaqlarına təsir edən statik sürtünmə qüvvəsi araba təkərlərinin yuvarlanan sürtünmə qüvvəsini üstələyir. Axı, hərəkət anı vaqonu hərəkət etdirmək cəhdi ilə başlayır. Mövqe dəyişirsə, at heç bir halda onu yerindən tərpətməyəcək. Onun ayaqları yolda sürüşəcək və heç bir hərəkət olmayacaq.
Uşaqlıqda bir-birinə xizək sürərkən belə bir nümunəyə hamı rast gələ bilərdi. İki və ya üç uşaq xizəkdə oturursa, bir uşağın səyi onları hərəkət etdirmək üçün kifayət deyil.
Aristotelin izah etdiyi cisimlərin yerin səthinə düşməsi (“Hər cisim öz yerini bilir”) yuxarıda deyilənlər əsasında təkzib edilə bilər. Cisim Yerin ona doğru hərəkət etdiyi kimi, eyni qüvvənin təsiri altında yerə doğru hərəkət edir. Onların parametrlərini müqayisə edərək (Yerin kütləsi bədənin kütləsindən çox böyükdür) Nyutonun ikinci qanununa uyğun olaraq, biz iddia edirik ki, bir cismin sürətlənməsi Yerin sürətindən dəfələrlə böyükdür. Bədənin sürətində dəyişiklik müşahidə edirik, Yer öz orbitindən tərpənmir.
Tətbiq məhdudiyyətləri
Müasir fizika Nyuton qanunlarını inkar etmir, ancaq onların tətbiq oluna biləcəyi hüdudlarını müəyyən edir. 20-ci əsrin əvvəllərinə qədər fiziklər bu qanunların bütün təbiət hadisələrini izah etdiyinə şübhə etmirdilər.
1, 2, 3 qanunuNyuton makroskopik cisimlərin davranışının səbəblərini tam açır. Cisimlərin cüzi sürətlə hərəkəti bu postulatlarla tam təsvir edilmişdir.
İşıq sürətinə yaxın sürətlə cisimlərin hərəkətini onların əsasında izah etmək cəhdi uğursuzluğa məhkumdur. Bu sürətlərdə məkan və zamanın xassələrinin tam dəyişməsi Nyuton dinamikasından istifadə etməyə imkan vermir. Bundan əlavə, qanunlar qeyri-inertial FR-lərdə öz formasını dəyişir. Onların tətbiqi üçün ətalət qüvvəsi anlayışı təqdim olunur.
Nyuton qanunları astronomik cisimlərin hərəkətini, onların yerləşməsi və qarşılıqlı təsir qaydalarını izah edə bilər. Bu məqsədlə universal cazibə qanunu tətbiq edilir. Kiçik cisimlərin cazibəsinin nəticəsini görmək mümkün deyil, çünki qüvvə azdır.
Qarşılıqlı cazibə
Bir əfsanə var ki, bağda oturub almaların düşməsini seyr edən cənab Nyutonun parlaq bir fikri var: Yer səthinə yaxın cisimlərin hərəkətini və onun hərəkətini izah etmək. qarşılıqlı cazibə əsasında kosmik cisimlər. Bu, həqiqətdən o qədər də uzaq deyil. Müşahidələr və dəqiq hesablama təkcə almaların düşməsi ilə deyil, həm də ayın hərəkəti ilə bağlı idi. Bu hərəkətin qanunları belə nəticəyə gəlməyə əsas verir ki, cazibə qüvvəsi qarşılıqlı təsir göstərən cisimlərin kütlələrinin artması ilə artır və aralarındakı məsafə artdıqca azalır.
Nyutonun ikinci və üçüncü qanunlarına əsaslanaraq, ümumdünya cazibə qanunu aşağıdakı kimi tərtib edilmişdir: kainatdakı bütün cisimlər cisimlərin mərkəzlərini birləşdirən xətt boyunca yönəldilmiş qüvvə ilə bir-birinə mütənasib olaraq çəkilir. bədən kütlələri vəcisimlərin mərkəzləri arasındakı məsafənin kvadratına tərs mütənasibdir.
Riyazi qeyd: F=GMm/r2, burada F cazibə qüvvəsi, M, m qarşılıqlı təsir göstərən cisimlərin kütlələri, r onlar arasındakı məsafədir. Mütənasiblik əmsalı (G=6.62 x 10-11 Nm2/kg2) adlanır qravitasiya sabiti.
Fiziki məna: bu sabit 1 m məsafədə 1 kq kütləli iki cisim arasındakı cazibə qüvvəsinə bərabərdir. Aydındır ki, kiçik kütləli cisimlər üçün qüvvə o qədər əhəmiyyətsizdir ki, ola bilər. baxımsız. Planetlər, ulduzlar, qalaktikalar üçün cazibə qüvvəsi o qədər böyükdür ki, onların hərəkətini tamamilə müəyyən edir.
Nyutonun cazibə qanunudur ki, raketləri işə salmaq üçün Yer kürəsinin təsirini dəf etmək üçün belə reaktiv qüvvə yarada bilən yanacağa ehtiyacınız var. Bunun üçün tələb olunan sürət 8 km/s olan ilk qaçış sürətidir.
Müasir raket texnologiyası Günəşin süni peykləri kimi pilotsuz stansiyaları kəşf etmək üçün digər planetlərə göndərməyə imkan verir. Belə bir cihaz tərəfindən hazırlanmış sürət ikinci kosmik sürətdir, 11 km/s-ə bərabərdir.
Qanunların tətbiqi alqoritmi
Dinamikanın problemlərinin həlli müəyyən hərəkətlər ardıcıllığına tabedir:
- Tapşırığı təhlil edin, məlumatları, hərəkət növünü müəyyənləşdirin.
- Bədənə təsir edən bütün qüvvələri və sürətlənmə istiqamətini (əgər varsa) göstərən rəsm çəkin. Koordinat sistemini seçin.
- Mövcudluqdan asılı olaraq birinci və ya ikinci qanunları yazınvektor şəklində bədən sürətlənməsi. Bütün qüvvələri nəzərə alın (nəticə qüvvəsi, Nyuton qanunları: birincisi, bədənin sürəti dəyişməzsə, ikincisi, sürətlənmə varsa).
- Seçilmiş koordinat oxları üzrə proyeksiyalarda tənliyi yenidən yazın.
- Əgər alınan tənliklər sistemi kifayət deyilsə, digərlərini yazın: qüvvələrin tərifləri, kinematik tənliklər və s.
- İstənilən dəyər üçün tənliklər sistemini həll edin.
- Nəticədə düsturun düzgün olub-olmadığını müəyyən etmək üçün ölçülü yoxlama aparın.
- Hesablayın.
Adətən bu addımlar istənilən standart tapşırıq üçün kifayətdir.
