Система понятий и законов динамики

Различают динамику поступательного и вращательного движения. Мы рассмотрим лишь динамику поступательного движения. Основными понятиями динамики поступательного движения являются масса и сила.

Масса – это скалярная (всегда положительная) физическая величина, являющаяся количественной мерой инертности тела. Масса тела обозначается буквой латинского алфавита m и в СИ измеряется в килограммах (кг). Масса определяется путем взвешивания на весах или из соотношения

,

где ρ – плотность тела, V – его объем. В рамках классической механики масса обладает свойством аддитивности: масса тела, состоящего из нескольких частей n, равна сумме масс этих частей

m = m₁ + m₂ +...+ m_n.

В классической механике также выполняется закон сохранения массы вещества: общая масса системы тел, составляющих замкнутую систему, остается неизменной при любых взаимодействиях

m_сист = m₁+m₂+...+m_N = const.

Замкнутой называют систему тел, взаимодействующих только между собой.

Инер тность – это свойство тела противиться изменению скорости, от которого зависит значение приобретаемого им ускорения при взаимодействии с другими телами. Т. е. инертность – это свойство тела сохранять свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела, или действие со стороны других тел скомпенсировано.

Инер ция – это явление, при котором тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела, или действие со стороны других тел скомпенсировано.

Сила – это векторная физическая величина, являющаяся количественной мерой взаимодействия тел. Сила имеет величину, направление и точку приложения. Точка приложения силы имеет особо важное значение в разделе «Статика». Сила обозначается буквой латинского алфавита и в СИ измеряется в ньютонах (Н), причём

.

Взаимодействием называют воздействие тел или частиц друг на друга, которое приводит к изменению состояния их движения. В природе существует четыре типа взаимодействия тел:

1. Гравитационное (сила всемирного тяготения и сила тяжести);

2. Электромагнитное (сила упругости, сила трения, сила сопротивления, сила Архимеда, вес тела и др.);

3. Слабое (взаимодействие свободных элементарных частиц);

4. Сильное (ядерные силы).

В последнее время электромагнитное и слабое взаимодействие объединено в рамках одной теории. Кроме того, существует идея объединения всех типов взаимодействия в рамках одной теории «Единой силы природы».

В классической механике выделяют контактные силы (возникающие при взаимодействии тел) и полевые силы (посредством которых тела взаимодействуют, находясь на некотором расстоянии друг от друга).

При решении задач на поступательное движение тела силы, действующие на него, показывают приложенными в центре тяжести. Центр тяжести – это точка, обладающая тем свойством, что момент сил (см. пункт №5) тяжести, действующих на различные части протяженного тела, относительно любой оси, проходящей через эту точку, равен нулю. Центр тяжести совпадает с центром масс (инерции). Центр масс – это точка, обладающая тем свойством, что любая сила, приложенная к телу вдоль прямой, проходящей через эту точку, может вызвать только поступательное движение тела.

Рассмотрим законы динамики (законы Ньютона).

Первый закон называют законом инерции: «Существуют так называемые инерциальные системы отсчета, относительно которых тело движется прямолинейно и равномерно или покоится (т. е. сохраняет свою скорость постоянной), если на него не действуют другие тела или действие со стороны других тел скомпенсировано». Первый закон не имеет математического выражения, но обладает двумя заслугами. Во-первых, он утверждает возможность существования инерциальных систем отсчета (второй и третий законы Ньютона выполняются только в инерциальных системах отсчета). Во-вторых, он отождествляет покой и равномерное прямолинейное движение. Здесь важно помнить принцип относительности Галилея: «При описании явлений классической физики все инерциальные системы отсчета равноправны. То есть все механические явления происходят одинаково во всех инерциальных системах отсчета и никакими механическими опытами нельзя доказать покоится инерциальная система отсчета или движется равномерно и прямолинейно».

Второй закон называют законом воздействия: «В инерциальной системе отсчета ускорение тела прямо пропорционально векторной сумме всех действующих на него сил (равнодействующей всех сил) и обратно пропорционально массе тела».

или

Третий закон называют законом взаимодействия: «Два тела взаимодействуют друг с другом с силами, равными по величине, противоположными по направлению и имеющими общую линию действия».

, где

– сила, с которой первое тело действует на второе;

– сила, с которой второе тело действует на первое.

Следует помнить, что силы и приложены к разным телам и поэтому не могут уравновесить друг друга. В связи с конечностью скорости распространения взаимодействия третий закон Ньютона может нарушаться при значительных расстояниях между телами в системе. Ярким примером третьего закона Ньютона являются сила реакции опоры (приложена к телу) и вес тела (приложен к опоре): .

Задание: решить задачи №№ 5 – 9.

Составить и заполнить таблицу «Силы в механике»:

Название силы	Природа взаимодействия	Закон действия	Направление действия силы	Точка приложения
Сила всемирного тяготения
Сила тяжести
Сила упругости
Сила трения
Сила сопротивления
Сила Архимеда
Вес тела

Дата добавления: 2015-07-07