Табигат кубулуштарын эксперименттин негизинде изилдөө бардык этаптар: байкоо, гипотеза, эксперимент, теория байкалганда гана мүмкүн. Байкоо фактыларды ачып берет жана салыштырат, гипотеза аларга эксперименталдык ырастоону талап кылган толук илимий түшүндүрмө берүүгө мүмкүндүк берет. Денелердин кыймылына байкоо жүргүзүү кызыктуу жыйынтыкка алып келди: дененин ылдамдыгынын өзгөрүшү башка дененин таасири астында гана мүмкүн.
Мисалы, сиз тепкич менен тез чуркай турган болсоңуз, анда бурулушта жөн гана тосмодон кармап (кыймыл багытын өзгөртүү) же токтоп (ылдамдыктын маанисин өзгөртүү) сүзүп калбаш үчүн керек. карама-каршы дубал.
Окшош кубулуштарга байкоо жүргүзүү физиканын денелердин ылдамдыгынын өзгөрүшүнүн же деформациясынын себептерин изилдөөчү бөлүмүн түзүүгө алып келди.
Динамиканын негиздери
Динамика физикалык дене эмне үчүн тигил же бул жол менен кыймылдайт же эс алып турат деген ыйык суроого жооп берүү үчүн чакырылган.
Эс алуу абалын эске алыңыз. Кыймылдын салыштырмалуулугу концепциясына таянып, мындай жыйынтык чыгарсак болот: абсолюттук кыймылсыз денелер жок жана болушу да мүмкүн эмес. каалаганбир таяныч денеге карата кыймылсыз болгон нерсе экинчисине салыштырмалуу кыймылдайт. Мисалы, столдун үстүндө жаткан китеп үстөлгө салыштырмалуу кыймылсыз, бирок анын өтүп бара жаткан адамга карата абалын эске алсак, табигый жыйынтык чыгарабыз: китеп кыймылдап жатат.
Ошондуктан телолордун кыймыл закондору инерциялык саноо системаларында каралат. Бул эмне?
Инерциялык саноо системасы деп аталат, мында дене тынч абалда болгон же ага башка объекттердин же объекттердин таасири болбосо, бир калыпта жана түз сызыктуу кыймылды аткарган.
Жогорудагы мисалда таблицага байланышкан шилтеме системасын инерциялык деп атоого болот. Бир калыпта жана түз сызыкта кыймылдаган адам ISO үчүн шилтеме катары кызмат кыла алат. Эгерде анын кыймылы тездетилген болсо, анда аны менен инерциялык СО байланыштыруу мүмкүн эмес.
Чындыгында, мындай системаны Жердин бетинде катуу бекитилген денелер менен байланыштырууга болот. Бирок, планетанын өзү IFR үчүн таяныч органы катары кызмат кыла албайт, анткени ал өз огунун айланасында бирдей айланат. Жер бетиндеги телолордун борборго карай ылдамдыгы бар.
Импульс деген эмне?
Инерция кубулушу ISO менен түздөн-түз байланыштуу. Эгер бара жаткан унаа капыстан токтоп калса эмне болорун эстейсизби? Жүргүнчүлөр сапарын улантууда коркунучта. Аны алдыңкы орундук же коопсуздук куру менен токтотууга болот. Бул процесс жүргүнчүнүн инерциясы менен түшүндүрүлөт. Туурабы?
Инерция – бул сакталышын болжолдогон кубулушага башка органдардын таасири болбогондо дененин туруктуу ылдамдыгы. Жүргүнчү курлардын же отургучтардын таасири астында. Бул жерде инерция кубулушу байкалган эмес.
Түшүндүрүү дененин касиетинде жатат жана ага ылайык, бир нерсенин ылдамдыгын заматта өзгөртүү мүмкүн эмес. Бул инерция. Мисалы, термометрдеги сымаптын инерттүүлүгү термометрди силкилдете турган болсок, тилкени түшүрүүгө мүмкүндүк берет.
Инерциянын өлчөмү дененин массасы деп аталат. Өз ара аракеттенгенде, ылдамдыгы азыраак массалуу денелер үчүн тезирээк өзгөрөт. Акыркысы үчүн бетон дубал менен унаанын кагылышы дээрлик изи жок уланууда. Машина көбүнчө кайтарылгыс өзгөрүүлөргө дуушар болот: ылдамдык өзгөрөт, олуттуу деформация пайда болот. Көрсө, бетон дубалдын инерциясы машинанын инерциясынан бир топ ашып кетет экен.
Инерция кубулушун жаратылышта кезиктирүүгө болобу? Дененин башка денелер менен өз ара байланышы жок болгон шарты – бул терең мейкиндик, анда космостук аппарат кыймылдаткычтары өчүрүлгөн абалда кыймылдайт. Бирок бул учурда да гравитациялык момент бар.
Негизги өлчөмдөр
Динамиканы эксперименталдык деңгээлде изилдөө физикалык чоңдуктарды өлчөө менен эксперимент жүргүзүүнү камтыйт. Эң кызыгы:
- тездөө денелердин ылдамдыгынын өзгөрүү ылдамдыгынын өлчөмү катары; аны а тамгасы менен белгилеңиз, м/сек менен өлчөңүз2;
- масса инерциянын өлчөмү катары; m тамгасы менен белгиленген, кг менен өлчөнгөн;
- күч денелердин өз ара аракетинин өлчөмү катары; көбүнчө N (ньютондор) менен өлчөнгөн F тамгасы менен белгиленет.
Бул чоңдуктардын ортосундагы байланышэң улуу англис физиги тарабынан алынган үч схемада белгиленген. Ньютондун мыйзамдары ар кандай денелердин өз ара аракеттенүүсүнүн татаалдыгын түшүндүрүүгө арналган. Ошондой эле аларды башкаруучу процесстер. Дал ушул «тездөө», «күч», «масса» түшүнүктөрү Ньютондун мыйзамдары математикалык байланыштар менен байланыштырат. Келгиле, анын эмнени билдирерин түшүнүүгө аракет кылалы.
Бир гана күчтүн аракети өзгөчө көрүнүш. Мисалы, Жерди айланган жасалма спутникке тартылуу күчү гана таасир этет.
Натыйжа
Бир нече күчтөрдүн аракетин бир күч менен алмаштырууга болот.
Денеге таасир этүүчү күчтөрдүн геометриялык суммасы жыйынтык деп аталат.
Биз геометриялык сумма жөнүндө айтып жатабыз, анткени күч - бул вектордук чоңдук, ал колдонуу чекитинен гана эмес, аракеттин багытынан да көз каранды.
Мисалы, сизге чоң гардеробду жылдыруу керек болсо, досторду чакырсаңыз болот. Биз бирге каалаган натыйжага жетишебиз. Бирок сиз бир гана абдан күчтүү адамды чакыра аласыз. Анын аракети бардык достордун аракетине барабар. Баатыр колдонгон күчтү натыйжа деп атоого болот.
Ньютондун кыймыл мыйзамдары «натыйжа» түшүнүгүнүн негизинде түзүлгөн.
Инерция мыйзамы
Эң кеңири таралган кубулуш менен Ньютондун мыйзамдарын изилдеп баштаңыз. Биринчи мыйзам демейде инерция мыйзамы деп аталат, анткени ал бир калыпта түз сызыктуу кыймылдын себептерин же денелердин калган абалын аныктайт.
Дене бир калыпта жана түз сызыктуу кыймылдайт жеэч кандай күч аракет кылбаса же бул аракет компенсацияланса токтойт.
Бул учурда натыйжа нөлгө барабар деп айтууга болот. Мындай абалда, мисалы, жолдун түз бөлүгүндө туруктуу ылдамдыкта бара жаткан машина. Тартуу күчүнүн аракети тирөөчтүн реакция күчү менен компенсацияланат, ал эми кыймылдаткычтын түртүү күчү абсолюттук мааниси боюнча кыймылга каршылык көрсөтүү күчүнө барабар.
Лустра шыпка таянат, анткени тартылуу күчү анын приборлорунун чыңалуусу менен компенсацияланат.
Бир денеге колдонулган күчтөрдү гана компенсациялоого болот.
Ньютондун экинчи мыйзамы
Улантайлы. Телолордун ылдамдыгынын өзгөрүшүнө себеп болгон себептер Ньютондун экинчи мыйзамында каралат. Ал эмне жөнүндө айтып жатат?
Денеге таасир этүүчү күчтөрдүн натыйжасы дененин массасынын жана күчтөрдүн таасири астында алынган ылдамдануунун көбөйтүлүшү катары аныкталат.
2 Ньютондун мыйзамы (формула: F=ma), тилекке каршы, кинематика менен динамиканын негизги түшүнүктөрүнүн ортосунда себептик байланыштарды орното албайт. Ал денелердин ылдамдашына эмне себеп болуп жатканын так айта албайт.
Башкача формулировка кылалы: дене алган ылдамдануу натыйжада пайда болгон күчтөргө түз пропорционал жана дененин массасына тескери пропорционал.
Ошентип, ылдамдыктын өзгөрүшү ага колдонулган күчкө жана дененин массасына жараша гана болоорун аныктоого болот.
2 Ньютондун мыйзамы, анын формуласы төмөнкүчө болушу мүмкүн: a=F/m, вектордук формада фундаменталдуу деп эсептелет, анткени ал муну мүмкүн кылат.физиканын тармактарынын ортосундагы байланыштарды орнотуу. Бул жерде, a - дененин ылдамдануу вектору, F - күчтөрдүн натыйжасы, m - дененин массасы.
Эгерде кыймылдаткычтардын тартуу күчү кыймылга каршылык көрсөтүү күчүнөн ашып кетсе, унаанын ылдамдатылган кыймылы мүмкүн. Тартуу күчөгөн сайын ылдамдануу да өсөт. Жүк ташуучу унаалар кубаттуу кыймылдаткычтар менен жабдылган, анткени алардын массасы жеңил унаанын массасынан бир топ жогору.
Жогорку ылдамдыкта жарыш үчүн жасалган оттуу шарлар аларга минималдуу керектүү тетиктер бекитилип, кыймылдаткыч күчү мүмкүн болгон чекке чейин көбөйтүлгөндөй жарыктандырылды. Спорттук унаалардын эң маанилүү мүнөздөмөлөрүнүн бири – 100 км/саатка чейин ылдамдатуу. Бул убакыт аралыгы канчалык кыска болсо, унаанын ылдамдык касиеттери ошончолук жакшы болот.
Өз ара аракеттенүү мыйзамы
Ньютондун жаратылыш күчтөрүнө негизделген мыйзамдары ар кандай өз ара аракеттенүү жуп күчтөрдүн пайда болушу менен коштолот деп айтылат. Топ жипке илинип калса, анда ал өз аракетин башынан өткөрөт. Бул учурда, жип да топтун аракети астында керилет.
Үчүнчү мыйзамдуулуктун формулировкасы Ньютондун мыйзамдарын толуктайт. Кыскасы, мындай угулат: аракет реакцияга барабар. Бул эмнени билдирет?
Денелер бири-бирине таасир этүүчү күчтөр чоңдуктары боюнча бирдей, багыты боюнча карама-каршы жана телолордун борборлорун бириктирген сызык боюнча багытталган. Кызыгы, аларды компенсациялуу деп айтууга болбойт, анткени алар ар кандай денелерге таасир этет.
Мыйзамдардын аткарылышы
Атактуу "Ат менен Араба" көйгөйү баш аламан болушу мүмкүн. Аталган вагонго жабдылган ат аны жылдыратжерден. Ньютондун үчүнчү мыйзамына ылайык, бул эки нерсе бири-бирине бирдей күч менен таасир этет, бирок иш жүзүндө ат арабаны жылдыра алат, ал оюмдун пайдубалына туура келбейт.
Бул денелердин системасы жабык эмес экенин эске алсак, чечим табылат. Жол эки денеге тең таасирин тийгизет. Аттын туягына таасир этүүчү статикалык сүрүлүү күчү арабанын дөңгөлөктөрүнүн айлануу сүрүлүү күчүнөн ашып кетет. Анткени, кыймыл учуру вагонду жылдырууга аракет кылуудан башталат. Эгерде абал өзгөрсө, анда ат эч кандай шартта аны ордунан жылдырбайт. Анын туяктары жолдо тайгаланып, эч кандай кыймыл болбойт.
Бала кезинде бири-бири менен чана тээп жүргөндө мындай мисал ар кимге жолугат. Чанага эки же үч бала отурса, аларды жылдырууга бир баланын аракети жетишсиз экени анык.
Аристотель ("Ар бир дене өз ордун билет") түшүндүргөн денелердин жер бетине кулашын жогоруда айтылгандардын негизинде жокко чыгарууга болот. Жер аны көздөй кыймылдагандай күчтүн таасири астында объект жерге карай жылыйт. Алардын параметрлерин (Жердин массасы дененин массасынан алда канча чоң) салыштырып, Ньютондун экинчи мыйзамына ылайык, биз нерсенин ылдамдануусу Жердин ылдамдыгынан канча эсе көп экенин ырастайбыз. Биз дененин ылдамдыгынын өзгөрүшүн байкап жатабыз, Жер өз орбитасынан кыймылдабайт.
Колдонуу чектери
Заманбап физика Ньютондун мыйзамдарын танбайт, бирок алардын колдонууга жарамдуу чегин гана белгилейт. 20-кылымдын башына чейин физиктер бул мыйзамдардын бардык жаратылыш кубулуштарын түшүндүрүп береринен күмөн санашкан эмес.
1, 2, 3 мыйзамНьютон макроскопиялык денелердин кыймыл-аракетинин себептерин толук ачып берет. Болбогон ылдамдыктагы объекттердин кыймылы бул постулаттар менен толук сүрөттөлгөн.
Жарыктын ылдамдыгына жакын ылдамдыктагы телолордун кыймылын алардын негизинде түшүндүрүү аракети ишке ашпай калат. Бул ылдамдыкта мейкиндик менен убакыттын касиеттеринин толук өзгөрүшү Ньютон динамикасын колдонууга мүмкүндүк бербейт. Мындан тышкары, мыйзамдар инерциялык эмес ФРде өзүнүн формасын өзгөртөт. Аларды колдонуу үчүн инерциялык күч түшүнүгү киргизилген.
Ньютон мыйзамдары астрономиялык денелердин кыймылын, алардын жайгашуу эрежелерин жана өз ара аракеттенүүсүн түшүндүрө алат. Бул үчүн бүткүл дүйнөлүк тартылуу мыйзамы киргизилген. Майда денелердин тартылышынын натыйжасын көрүү мүмкүн эмес, анткени күч аз.
Өз ара тартуу
Бакчада отуруп алмалардын түшүшүн карап отурган Ньютон мырзанын эң сонун идеясы бар: Жер бетине жакын жердеги нерселердин кыймылын жана Жердин кыймылын түшүндүрүү. оз ара тартуунун негизинде космос телолорунун. Бул чындыктан анчалык деле алыс эмес. Байкоо жана так эсептөө алманын түшүшүнө гана эмес, айдын кыймылына да тиешелүү. Бул кыймылдын мыйзамдары тартылуу күчү өз ара аракеттенүүчү денелердин массаларынын көбөйүшү менен көбөйөт жана алардын ортосундагы аралыктын өсүшү менен азаят деген жыйынтыкка алып келет.
Ньютондун экинчи жана үчүнчү мыйзамдарынын негизинде бүткүл дүйнөлүк тартылуу мыйзамы төмөнкүчө формулировкаланат: ааламдагы бардык телолор бири-бирине телолордун борборлорун бириктирген сызык боюнча багытталган күч менен тартылышат. денелердин массалары жанателолордун борборлорунун ортосундагы аралыктын квадратына тескери пропорционал.
Математикалык белгилер: F=GMm/r2, мында F – тартылуу күчү, M, m – өз ара аракеттенүүчү денелердин массалары, r – алардын ортосундагы аралык. Пропорционалдык коэффициент (G=6,62 x 10-11 Nm2/kg2) гравитациялык туруктуу.
Физикалык мааниси: бул константа массалары 1 кг болгон эки дененин ортосундагы 1 м аралыктагы тартылуу күчүнө барабар. Массалары аз денелер үчүн күч ушунчалык аз болгондуктан, ал кароосуз калган. Планеталар, жылдыздар, галактикалар үчүн тартылуу күчү ушунчалык зор болгондуктан, ал алардын кыймылын толугу менен аныктайт.
Бул Ньютондун тартылуу мыйзамы, ракеталарды учуруу үчүн Жердин таасирин жеңүү үчүн ушундай реактивдүү кыймылды жарата ала турган күйүүчү май керек деп айтылат. Бул үчүн талап кылынган ылдамдык биринчи качуу ылдамдыгы, ал 8 км/сек.
Заманбап ракеталык технология башка планеталарга изилдөө үчүн Күндүн жасалма спутниги катары учкучсуз станцияларды учурууга мүмкүндүк берет. Мындай аппарат иштеп чыккан ылдамдык экинчи космостук ылдамдык болуп саналат, 11 км/с барабар.
Мыйзамдарды колдонуу алгоритми
Динамиканын маселелерин чечүү белгилүү бир ырааттуулук менен аткарылат:
- Тапшырманы талдоо, маалыматтарды, кыймылдын түрүн аныктоо.
- Денеге таасир этүүчү бардык күчтөрдү жана ылдамдануу багытын (эгерде бар болсо) көрсөткөн чиймени тартыңыз. Координаттар системасын тандаңыз.
- Жеткиликке жараша биринчи же экинчи мыйзамдарды жазыңыздене ылдамдатуу, вектордук түрдө. Бардык күчтөрдү эске алыңыз (натыйжалык күч, Ньютондун мыйзамдары: биринчиси, дененин ылдамдыгы өзгөрбөсө, экинчиси, ылдамдануу болсо).
- Тандалган координат окторундагы проекциялардагы теңдемени кайра жазыңыз.
- Эгер алынган теңдемелер системасы жетишсиз болсо, анда башкаларды жазыңыз: күчтөрдүн аныктамалары, кинематика теңдемелери ж.б.
- Керектүү мааниге теңдемелер системасын чечиңиз.
- Натыйжадагы формуланын туура экенин аныктоо үчүн өлчөмдүү текшерүү жүргүзүңүз.
- Эсептөө.
Адатта бул кадамдар бардык стандарттуу тапшырмалар үчүн жетиштүү.
