Gibanje je njegov vzrok in smer. Glavni problemi študija teme "Mehanika" v srednji šoli
Kaj je razlog za gibanje? Aristotel – gibanje je možno le pod vplivom sile; v odsotnosti sil bo telo mirovalo. Galileo - telo lahko ohranja gibanje tudi v odsotnosti sil. Sila je potrebna za uravnoteženje drugih sil, na primer sila trenja Newton je oblikoval zakone gibanja.
Diapozitiv 4 iz predstavitve "Interakcija teles, Newtonovi zakoni". Velikost arhiva s predstavitvijo je 304 KB.Fizika 10. razred
povzetek druge predstavitve""Sila trenja" 10. razred" - Vzroki sile trenja. Vrste trenja. Tabela za pomnjenje formul. Meč je kostni podaljšek ribje zgornje čeljusti. Sila trenja. Drgljivi materiali. Kako se trenje zmanjša in poveča. Določanje koeficienta drsnega trenja. Koliko sile je treba uporabiti na sani. Kako lahko povečate silo trenja? Govorimo o večkratnem zmagovalcu. Sila, ki nastane, ko se telo premika vzdolž površine.
"Toplotni motorji" 10. razred - Varnost okolju. Toplotni stroji in varstvo okolja. Glavne komponente motorja. Zgodovina ustvarjanja. Fizika kot znanost ne vključuje le študija teorije. Dizelski motorji. Raketni motorji. Malo o ustvarjalcu. Denis Papin. Aplikacija. Humphrey Potter. Pionirji raketne in vesoljske tehnologije. Dvotaktni motor. Ognjeno srce. Preventivni ukrepi. Kako rešiti problem. Varstvo narave.
"Vrste laserjev" - Tekoči laser. Polprevodniški laser. Vir elektromagnetnega sevanja. Razvrstitev laserjev. Lastnosti laserskega sevanja. Kemični laser. Ojačevalniki in generatorji. Plinski laser. Polprevodniški laserji. Uporaba laserja. Ultravijolični laser. Laser.
"Zakoni enosmernega električnega toka" - Vrste povezave prevodnikov. Skupni upor vezja. Serijske in vzporedne povezave. Poznavanje osnovnih zakonitosti enosmernega toka. Delovanje električnega toka. Ohmov zakon za odsek vezja. "Slabosti" povezav. Pretvorba vezij. Sheme povezav. Napake. Elektrika. Odpornost. Moč toka. Voltmeter. "Prednosti" povezav. Osnovne formule teme. Splošna odpornost. Zakoni enosmernega toka.
"Nasičena in nenasičena para" - kondenzacijski higrometer. Odvisnost nasičenega parnega tlaka od temperature. Absolutna vlažnost zraka. Začnimo reševati probleme. Relativna vlažnost zrak. Zanimivi pojavi. Izoterme realnega plina. Izhlapevanje tekočine. Cona udobja za osebo. Rosa. Določanje vlažnosti zraka. Mraz. Higrometer za lase. Naučimo se uporabljati tabelo. Vreti. Procesi, ki potekajo v zaprti posodi.
"Določanje površinske napetosti" - Koeficient površinske napetosti. Rezultati raziskav. Odnos do učne snovi. Virtualno laboratorijsko delo. Dolžina žice. Sferična površina. Površinska napetost. Problematična izkušnja. Kako se milni mehurčki povezujejo. Popravek znanja. Postopek nastajanja milnih mehurčkov. Pihajte milne mehurčke. Milni mehurčki različnih velikosti. Katere sile delujejo vzdolž površine tekočine.
2. del. Dinamika proučuje zakone gibanja teles in vzroke, ki povzročajo ali spreminjajo to gibanje. Odgovori na vprašanje: Zakaj se gibanje telesa spremeni?
Del 3. Statika proučuje pogoje (zakone) ravnovesja telesa ali sistema teles. Odgovori na vprašanje: Kaj je potrebno, da se telo ne premika?
Del 4. Ohranitveni zakoni definirajo temeljne invariante pri vseh spremembah. Odgovorijo na vprašanje: Kaj se shrani v sistem, ko se v njem izvedejo spremembe?
Predmet obravnave je eno telo ali sistem teles. Na primer, obstaja razlika v tem, kar imenujemo gibalna količina enega telesa in kaj je gibalna količina sistema teles. Podajte ustrezne definicije!
Materialna točka– model telesa z maso, katere mere lahko pri tem problemu zanemarimo. Preučevanje gibanja poljubnega telesa (dimenzij in določene oblike) se zmanjša na preučevanje gibanja sistema materialnih točk.
Metodična navodila. Vedeti je treba, da se v bistvu vse, kar se preučuje na srednješolski ravni, nanaša samo na mehanika materialne točke. Torej koordinate določajo le položaj eno točke, in če mislimo na telo, ki ima vedno neke dimenzije, potem je nemogoče določiti njegov položaj z eno trojko (v prostoru) koordinat! Navedete lahko le položaj nekaterih njegovih točk, pogosteje je to središče mase (točka C) tega telesa.
Poleg tega se pomen pojma "razdalja" (v primeru, ko govorimo o dveh objektih) vedno zmanjša na razdalja med dvema točkama. Če imata dve telesi obliko krogle, lahko razdaljo med njima vzamemo kot razdaljo med točkama njunih središč. Na primer, če upoštevamo gibanje Zemlje okoli Sonca, potem, če zanemarimo linearne dimenzije teh teles, se razdalja med njimi šteje za razdaljo med točkama njihovih težišč (če upoštevamo Zemljo in Sonce da so simetrične krogle po gostoti, dobimo, da težišče vsake od njih sovpada po položaju v prostoru z njenim geometrijskim središčem). Če so oblike teles poljubne, se bo najverjetneje razdalja med njimi štela za najkrajšo razdaljo med katerima koli točkama na njihovih površinah.
Pri tem nas uporaba modela materialne točke teoretično razbremeni marsikatere nevšečnosti in nejasnosti. Pomembno pa je tudi spremljati, kako drugačni so rezultati, dobljeni s to abstrakcijo, od tega, kar je v resnici. Z drugimi besedami, kako natančno model ustreza dejanski situaciji, ki jo preučujemo. Potreba po uvedbi abstrakcij (modelov) je pogosto posledica zahteve po uporabi natančnega matematičnega aparata.
Če je telo modelirano z materialno točko, se lahko premika na enega od naslednjih preprostih načinov:
ravno in enakomerno
premočrtno s konstantnim pospeškom (enakomerno),
enakomerno po obodu,
v krogu s pospeškom,
nihanje – periodično gibanje ali gibanje s ponavljanjem.
Gibanje telesa, vrženega pod kotom na horizontalo, je sestavljena oblika gibanja: =1+2, tj. enakomerno vzdolž osi X in enako spremenljiv vzdolž osi pri. Dodatek teh gibov daje gibanje v skladu s to vrsto.
Če je telo modelirano kot ATT, potem so vrste gibanja različne in to se odraža v terminologiji.
Gibanje naprej - gibanje, pri katerem katera koli ravna črta, togo povezana s premikajočim se telesom, ostane vzporedna s prvotnim položajem. Trajektorije vseh točk so popolnoma enake (popolnoma združene), parametri gibanja so vedno enaki. Zato je za opis translacijskega gibanja ATT dovolj, da opišemo gibanje katere koli njegove točke.
Rotacijsko gibanje- gibanje, pri katerem se vse točke telesa gibljejo v krožnicah, katerih središča ležijo na eni premici, imenovani vrtilna os. Vse točke imajo enake kotne značilnosti gibanja in različne linearne.
Za opis mehanskega gibanja potrebujemo lastna sredstva. Njihova celota se imenuje referenčni sistem.
Upoštevanje relativnosti gibanja vključuje določitev položaja materialne točke glede na neko drugo, poljubno izbrano telo, imenovano referenčno telo. Z njim je povezan koordinatni sistem. Referenčni sistem– niz referenčnega telesa, koordinatnega sistema in ure. Štetje časa se začne od trenutka, ko se ura »vklopi« (uro bomo razumeli kot napravo za štetje časovnih intervalov). Pojma "točka v času" in "časovno obdobje" sta različna! Vrednost časovnega obdobja ni odvisna od tega, s katero uro se meri (če vse obravnavane ure merijo čas v istih enotah). Časovni trenutek je, nasprotno, popolnoma določen s tem, kdaj je bila ura "vklopljena", tj. položaj začetek štetja časa.
Gibanje je mogoče opisati v različnih jezikih:
Imenuje se formula, ki izraža odvisnost koordinat telesa (ali prevožene razdalje) od časa zakon gibanja.
Komentiraj . Relativnost gibanja se izraža v tem, da so lahko položaj (koordinata ali oddaljenost od referenčnega telesa), hitrost in čas gibanja obravnavanega telesa v različnih referenčnih sistemih različni. V zvezi s tem ima formula za zakon gibanja istega predmeta različno obliko v različnih referenčnih sistemih, tj. oblika zapisa gibalnega zakona (istovrstnega gibanja) je odvisna od izbire lege izhodišča časa in razdalje (v primeru podajanja koordinate pa tudi od izbire pozitivne smeri gibanja). koordinatna os). Najpogosteje v zvezi s tem izbrano izhodišče časa sovpada z začetkom obravnavanega gibanja telesa, izhodišče koordinat pa je postavljeno na točko začetnega položaja tega telesa.
Upoštevajte tudi, da je vrsta gibanja telesa lahko različna, če ga obravnavamo glede na različne referenčne sisteme.
Trajektorija–linija, po kateri se premika telo.
Pot–dolžina trajektorije (razdalja, ki jo telo prepotuje vzdolž poti); skalarna nenegativna količina. Določite l, Včasih S.
p 
premestitev–vektor, ki povezuje začetni in končni položaj telesa. Določite 
.
Hitrost–vektor fizikalna količina (ki označuje spremembo položaja točke), enaka prvi odvod poti (ali koordinate) glede na čas in usmeril tangentna na trajektorijo v smeri gibanja. Določite 
.Komentiraj. Hitrost Nenehno usmerjen tangencialno na trajektorijo v ustrezni točki v smeri gibanja.
Povprečna hitrost - vrednost, ki je enaka razmerju med celotno potjo in časom, porabljenim za njen prehod (ustreza določenemu vrzelčas). Trenutna hitrost označuje hitrost pri nekaterih trenutekčas.
U 
pospešek–vektor vrednost, ki označuje spremembo hitrosti (v velikosti enako prvi odvod hitrosti glede na čas ali drugi odvod poti (ali koordinate) glede na čas; poslano kot tisti, ki to kliče sila).
Metodična navodila. Poudariti je treba, da je v fiziki treba jasno razlikovati med dvema vrstama količin: vektorskimi in skalarnimi. Skalarna fizična količina je popolnoma določena s svojo velikostjo (včasih z upoštevanjem znaka "+" ali "-"). Vektorsko fizikalno količino določa vsaj dva značilnosti: številčna vrednost (številsko vrednost včasih imenujemo modul vektorske količine; v določenem merilu je enaka DOLŽINI odseka, ki jo prikazuje, in je zato vedno pozitivno število) in smer (ki lahko upodabljajo na sliki ali nastavite numerično skozi kot, ki ga tvori ta vektor s katero koli izbrano smerjo: obzorjem, navpičnico itd.). Rekli bomo, da je vektor (vektorska fizikalna količina) znan, če o njem natančno povemo: 1) čemu je enak, IN 2) kako je usmerjen. To je še posebej pomembno upoštevati pri analizi sprememb katere koli vektorske fizikalne količine!
Pri reševanju nalog so možne naslednje situacije: 1) govorimo o vektorski količini (hitrost, sila, pospešek itd.), vendar upoštevamo samo njegov pomen(smer je v tem primeru očitna ali nepomembna ali preprosto ne zahteva opredelitve itd.). To lahko dokazuje zlasti vprašanje naloge (na primer »S kakšno hitrostjo v premika ...«, tj. navedena samo oznaka modul hitrost. 2) Potrebno je najti količino kot vektor: »Kolikšna je hitrost v telesa? – kjer so vektorske količine označene s krepkim poševnim tiskom. 3) Ni neposredne navedbe vrste tega, kar se išče: "Kakšna je hitrost telesa?" V tem primeru, če dane naloge dovoljujejo, je treba dati popoln odgovor (kot o vektorju), ki temelji na definicije(hitrost ali drugo).
Izpostavimo več vrst interakcij: gravitacijsko (zaradi prisotnosti mase), elastično (zaradi interakcije mikrodelcev, ki tvorijo dano telo), elektrostatično (zaradi prisotnosti električni naboj) in magnetni (zaradi gibanja nabojev). Namen te razvrstitve je potrditi spodnjo definicijo glavne fizikalne količine v dinamiki.
sila - merilo interakcije; vektorska količina, ki ima velikost in smer. Sila vedno deluje z enega telesa (ali sistema teles) na drugo telo (ali sistem). Na primer, gravitacija je sila, s katero deluje »Zemlja« na »dano telo z maso«. V zvezi s tem bomo govorili o kateri koli sili po naslednji shemi:
kdo deluje - na koga deluje - kako je usmerjen - čemu je enak.
Glavne sile, ki se upoštevajo pri reševanju problemov, bodo opisane spodaj, po študiju Newtonovih zakonov, ker razmerja med nekaterimi izhajajo iz tretjega Newtonovega zakona.
Newtonova dinamika temelji na trditvi, da razlog spremembe Gibanje telesa zagotavlja določena sila (ali več sil), ki delujejo nanj. Sicer pa telo ne spremeni svojega gibanja, če nanj ne deluje zunanja sila. Če je sil več, potem mislimo na rezultanto sile - vektorsko vsoto vseh zunanjih sil, ki delujejo na telo. Poleg tega v odsotnosti sil telesu ni treba mirovati; lahko se giblje, vendar s konstantno hitrostjo, tj. enakomerno in ravno. to pojav imenujemo enakomerno in pravokotno gibanje telesa brez zunanjih vplivov vztrajnost.
Toda za spremembo gibanja materialnega telesa ni dovolj samo prisotnost zunanje delujoče sile! Potrebujem še nekaj čas njena dejanja, da se ta sprememba zgodi. Tisti. materialno telo ne spremeni svojega gibanja v trenutku. V nasprotnem primeru kaže nekaj odpora do spreminjanja svojega gibanja. Lastnina imenujemo telesa, ki se upirajo spremembam v svojem gibanju vztrajnost. Za karakterizacijo inertnih lastnosti teles je bilo potrebno uvesti novo količino: vztrajnostno maso kot merilo za prožnost telesa. zunanji vpliv. Torej, utež– merilo vztrajnosti telesa; skalarni aditiv pozitivna količina, odvisna od količine snovi.
Kot se je izkazalo, se lastnost vztrajnosti ne kaže v vseh referenčnih sistemih! Na primer, glede na pospeševalni vlak se drevesni štor na jasi premika pospešeno brez zunanjih sil v vodoravni smeri. Zato vse referenčne sisteme delimo na inercialne (glede na katere se pojavi vztrajnost) in neinercialne (sicer). Pridemo do naslednje definicije:
Inercialni referenčni sistem je referenčni sistem, glede na katerega telo ohranja stanje mirovanja ali enakomernega gibanja, če nanj ne delujejo zunanje sile ali je njihovo delovanje kompenzirano (to pomeni, da je rezultanta teh sil enaka nič). Takšni sistemi so referenčni sistemi, povezani z Zemljo (znotraj zemeljsko površje) ali s Soncem (v širšem obsegu) itd. Poleg tega je vsak referenčni sistem, ki miruje ali se enakomerno premika glede na inercialnega, prav tako inercialen. Na primer, peron ali vlak, ki se premika s konstantno hitrostjo. Neinercialni referenčni sistemi so povezani s telesi, ki se gibljejo pospešeno (premokotno ali krožno ali vzdolž katere koli ukrivljene črte).
Zdaj se obrnemo na formulacijo treh zakonov klasične dinamike Isaaca Newtona.
Newtonov prvi zakon:obstajajo inercialni referenčni sistemi.
Newtonov drugi zakon– osnovni zakon translacijskega gibanja – odgovarja na vprašanje, kako se spremeni mehansko gibanje telesa pod vplivom delujoče sile: (2.1).
Tisti. pospešek, ki ga telo pridobi pod vplivom sile F premosorazmeren z velikostjo te sile. Proporcionalni koeficient je v tem primeru recipročna vrednost mase telesa, kar pomeni, da je pospešek obratno sorazmeren z maso tega telesa.
Pri reševanju problemov več preprosta oblika evidence tega zakona: (2.2).
Komentiraj. Vendar mora biti zakon oblikovan v obliki (2.1)!
Metodična navodila. V praksi so možni naslednji primeri uporabe tega zakona ( obrazci uporaba drugega Newtonovega zakona):
1) pospešek, s katerim se telo giblje, povzroča samo ena sila F, potem bo formula (2.2) zapisana samo za to silo. V tem primeru bo na desni in levi le po en vektor, tako da lahko vektorsko ikono izpustite in formulo takoj prepišete v skalarni obliki: F = m × a, Kje A– velikost pospeška telesa, ki ga povzroči sila, ki je številčno enaka F.
2) Pospešek povzroči več usmerjenih sil skupaj smeri pospeška (ali s komponentami vzdolž te smeri), potem bo na desni v formuli (2.2) zapisana vektorska vsota teh sil (vsota projekcij teh sil na smer pospeška). Poleg njih lahko delujejo še nekatere druge sile, ki so pravokotne na obravnavani pospešek in zato ne prispevajo k njegovi vrednosti in se ne upoštevajo. Nato, da dobimo skalarni zapis, to enakost projiciramo na smer pospeška.
3) Vse delujoče sile je težko ali neučinkovito razdeliti na tiste, ki prispevajo k spremembi gibanja, in tiste, ki so kompenzirane in zato ne spreminjajo gibanja. Potem bo formula (2.2) zapisana v najbolj splošnem primeru za rezultanto vseh delujočih sil. Tisti. na desni morate zapisati vektorsko vsoto vseh navedenih sil (pomembno je, da nobene sile ne izgubite izpred oči). Nato dobljeno vektorsko enakost projiciramo na več med seboj pravokotnih smeri (koordinatnih osi). To bo povzročilo več kot eno skalarno enakost, kar je pomembno v primeru več neznank.
Newtonov tretji zakon: R Obravnavana je interakcija dveh teles v obliki materialnih točk. Naj bo sila, ki deluje na prvo telo od drugega, in naj bo sila, ki deluje na drugo telo od prvega. Potem: 1) če deluje eno telo na drugo z neko silo, potem drugo telo deluje na prvo z neko silo; 2) obe interakcijski sili sta usmerjeni vzdolž črte, ki poteka skozi te materialne točke (centralna narava sil); 3) vektorska enakost velja 
(2.3) , tj. te sile so enake po velikosti in nasprotne smeri.
Metodična navodila. Včasih je ta zakon na kratko formuliran kot: sila akcije je enaka sili reakcije. Upoštevajte, da je glede na vektorsko naravo sile to popolnoma napačno: akcijska in reakcijska sila sta različno usmerjeni. Morda v besedi " proti -akcija” je ta moment upoštevan!? Vendar pa bistvo zakona še zdaleč ni omejeno na to. Glavna ideja je, da akcija vedno povzroči reakcijo, tj. je ena od strank medsebojno dejanja. Od tod zahteva: ko govorimo o sili, moramo navesti, na kateri strani interakcije govorimo o, tj. delovanje na katero telo nas zanima ta trenutek!
Za zaključek našega obravnavanja treh glavnih zakonov Newtonove dinamike bodimo še posebej pozorni na naslednje: Newtonovi zakoni veljajo le v inercialnih referenčnih sistemih!
Zato pomembno metodološka zahteva : pri reševanju nalog o dinamiki vedno navedite, glede na kateri ISO se obravnava gibanje ali sprememba gibanja (tj. stanja) telesa. Vse količine, vključene v formulo (2.2) ali (2.1), je treba določiti glede na IST referenčni sistem.
Zdaj pa si poglejmo glavne vrste sil, vključenih v dinamične probleme.
Za vsako silo morate vedeti:
Kdo nastopa?
Na koga vpliva?
Kam je namenjeno?
Čemu je enako?
5) Točka uporabe sile (pomembno v statiki!).
6) Narava sile (glej 4 temeljne interakcije: gravitacijska, elektromagnetna, močna in šibka).
1. Gravitacija .– Zemlja deluje na telo z maso m, deluje na težišče in je usmerjena proti središču Zemlje (vzdolž polmera Zemlje) od danega telesa, ki je po velikosti enak produktu m×g, Kje g– gravitacijski pospešek (stalna vrednost, enaka približno 9,8 m/s2 na površini Zemlje).
2. Reakcijska sila tal – opora deluje na telo, usmerjeno pravokotno na oporo iz opore. Vrednost je odvisna od posebnih pogojev; pogosto enaka teži telesa (v skladu s tretjim Newtonovim zakonom).
3. Telesna teža - telo deluje na oporo ali vzmetenje, usmerjeno pravokotno na oporo proti oporniku ali vzdolž vzmetenja od točke vzmetenja. Vrednost je odvisna od narave gibanja podpore (ali vzmetenja). Z drugimi besedami, telesna teža je sila, s katero telo deluje na oporo ali raztegne vzmetenje zaradi gravitacije proti Zemlji, in potem to verjamejo P = mg (pomembno je vedeti, da mora biti podpora ali vzmetenje mirujoče). Če se opora premika navpično s pospeškom A, usmerjen navzdol ali navzgor, potem je modul telesne teže enak Р=m(g-a) oz Р=m(g+a). V zvezi s tem je pomembno upoštevati, da med telesno težo in velikostjo gravitacije št nedvoumno kvantitativno povezave! Poleg tega lahko telo ob oporo pritisne še kakšna druga zunanja sila (npr. kocko lahko z roko pritisnemo na mizo, breme, ki visi na nitki, pa lahko podpremo tudi od spodaj ipd.), potem govorijo o sila pritiska obremenitev nosilca oziroma sila, s katero obremenitev deluje na vzmetenje.
4. Napetost niti - nit (vzmetenje) deluje na telo, ki je pritrjeno nanj, usmerjeno vzdolž niti od točke obešenja. Modul te sile je odvisen od posebnih pogojev problema; le včasih je po velikosti enaka telesni teži.
5. Elastična sila– vzmet ali elastična palica deluje na telo, pritrjeno nanjo ali nanjo, usmerjeno vzdolž deformacijske osi (vzdolž smeri stiskanja ali napetosti) v smeri padajoče deformacije. Vrednost je določena s Hookovim zakonom: F npr. = k×x(2.4), kjer X– velikost vzdolžne deformacije (absolutni raztezek ali stiskanje razmeroma nedeformirano stanje!).
6. Sila trenja– površina deluje na telo, ki se nahaja na njej, je usmerjena vzdolž površine v nasprotni smeri relativno gibanje telesa (pomeni dejansko ali želeno gibanje). Po tretjem Newtonovem zakonu tudi telo deluje na površino z enako veliko, a nasprotno smerno silo. Če je relativno gibanje enako nič (brez drsenja), se imenuje sila trenja sila statičnega trenja. Njegova vrednost je znotraj: 0 £ F tr. £ F tr.sk., Kje F tr.sk.– velikost sile drsnega trenja (za te površine je konstantna) in je enaka F tr.sk. = m×N(2.5), kjer n– velikost sile normalen pritisk(podprite reakcijsko silo pravokotno na površino).
7. Arhimedova moč. – voda (plin) deluje na vanjo potopljeno telo, je usmerjena navzgor od središča Zemlje in je enaka .
Komentiraj. Možnost gibanja po površini ob prisotnosti sile trenja je posledica njene omejene velikosti. Nižji kot je koeficient trenja (odvisno od kakovosti premaza, hrapavosti kontaktnih površin), manjši je upor pri gibanju.
Metodična navodila. Seveda nismo upoštevali vseh sil. Težave lahko vključujejo preprosto dane zunanje sile brez navedbe njihovih virov, na primer vlečno silo, uporabljeno silo itd. Sila je podana, če nista znani le njena smer in velikost, temveč tudi točka njenega delovanja (telo, na katerega deluje dejanja je navedeno). Če pogoj problema govori o delujočih silah ali podaja kakršne koli parametre, povezane z velikostjo določene sile, potem je to problem dinamike in ga je treba rešiti na podlagi drugega Newtonovega zakona - edine enakosti, ki vnaša sile v formula.
Algoritem za reševanje dinamičnih problemov.
1. Izberite telo, o katerem razpravljate v izjavi o problemu.
2. Na sliki označi vse sile, ki delujejo na to telo (v obliki vektorjev z ustreznimi simboli).
3. Ugotovite, ali ima to telo pospešek, in (če je možno) upodabljajte njegovo smer na sliki (znati je treba vsaj premico, po kateri je ta pospešek usmerjen, če že ni mogoče vnaprej natančno reči, v katero smer).
4. Odgovori na vprašanja: ali se telo giblje pospešeno? Katera sila (ali sile) daje telesu ta pospešek? Izberite obliko zapisa Newtonovega drugega zakona (1., 2. ali 3., glej smernice na strani 46).
5. Formulo (2.2) drugega Newtonovega zakona zapišite v vektorski obliki.
6. Izberemo in narišemo koordinatne osi (samo njihove smeri), na katere nato projiciramo zapisano vektorsko enakost.
7. Tako dobljene skalarne enačbe po potrebi dopolnimo s formulami kinematičnih odvisnosti in iz njih izrazimo želeno vrednost.
8. V okviru enega problema je mogoče obravnavati več teles (če manjka ena enakost za sile), potem se bodo vse prejšnje stopnje večkrat ponovile.
9. Preverite skladnost vzrokov in narave spremembe gibanja obravnavanih teles. Analiziraj dobljene rezultate in odgovori na vprašanje, zastavljeno v nalogi.
Primeri reševanja problemov
Primer težave 1. Voziček, ki tehta 20 kg, pelje tovor, ki tehta 5 kg. Na breme deluje sila F posredovanje pospeška vozičku s tovorom A. Sila deluje pod kotom 30 0 na vodoravno ravnino. Kolikšna je največja vrednost te sile, pri kateri breme ne bo drselo po vozičku? Koeficient trenja med bremenom in vozičkom je 0,20. Trenje med vozičkom in cesto zanemarimo. S kolikšnim pospeškom se bo gibal voziček pod vplivom sile? F?
 |
Najprej bomo glede na pogoje problema naredili risbo, na kateri bomo navedli nekaj podatkov in zahtevane količine.
Nato morate analizirati dano situacijo. Jasno je, da problem obravnava gibanje dveh teles: tovora in vozička. Poleg tega sta možni dve možnosti za njihovo gibanje: 1) obe telesi se gibata skupaj, potem sta njuna pospeška enaka 
; 2) telesa se gibljejo različno, tj. tovor drsi po vozičku in njegov pospešek je večji po velikosti, tj. a 1< а 2
. Toda v obeh primerih se telesi gibljeta pospešeno. Odgovorimo na vprašanje, katera sila daje ta pospešek vsakemu od obravnavanih teles.
Za to je treba označiti vse sile, ki delujejo ločeno na tovor in na voziček, in izbrati tiste, ki imajo smer (ali komponento) vzdolž smeri pospeška. Torej obremenitev pridobi pospešek pod vplivom dveh sil (zunanje sile in sile trenja, ki deluje nanjo). Newtonov drugi zakon zanj bo zapisan v obliki 2 (glej metodološka navodila na str. 46) za projekcije sil:
poiščemo te projekcije na smer pospeška in dobimo skalarno enakost v obliki:
m 2 × a 2 = F × cosa – F tr2(1).
Po drugi strani pa se v smeri navpične osi gibanje bremena ne spremeni, kar pomeni, da sile, ki delujejo skupaj njega, odškodninsko, t.j. vsota projekcij teh sil v določeni smeri je nič:
oz
F×sina + N 2 – m 2 g = 0 (2).
Metodična navodila. Zgornja logika sklepanja se od splošno sprejete univerzalne metode razlikuje po tem, da se pri upoštevanju izbrane smeri vnaprej zavržejo sile, ki nimajo ničelnih projekcij nanjo. Splošnejša logika je sestavljena iz zapisovanja drugega zakona v obliki 3 in njegovega nato projiciranja v želene smeri. Avtor v ničemer ne zmanjšuje prednosti tovrstnih dejanj (enostavnost uporabe, vsestranskost itd.), vendar svari pred navado delovati »po šabloni«, brez poglabljanja v fizična razmerja in brez izkazovanja prožnosti mišljenja. ! Utemeljitev, navedena kot primer, prikazuje razmerje med teorijo in prakso, tj. razkrivajo bistvo sil kot vzrokov za spremembe gibanja teles.
Tako iz upoštevanja gibanja bremena dobimo dve enakosti. Pojdimo zdaj na voziček. Pod vplivom katere sile se pospešeno premika voziček???
Kot je razvidno iz slike, ki prikazuje vse sile, ki delujejo nanjo, je taka sila sila trenja.
Metodična navodila. Posebno pozornost je treba nameniti dvojni vlogi sile trenja med gibanjem: 1. - zagotavlja upor gibanju (interferenca) in 2. - izkaže se za vzrok (vir) gibanja. Zato je treba vsakič znova analizirati situacijo, da bi ugotovili, kakšna je vloga trenja v tem primeru.
Ob upoštevanju tretjega Newtonovega zakona pridemo do zaključka, da F tr.2 = F tr.1 = F tr. (metodološka zahteva: Količine, ki so po velikosti enake, naj bodo označene enako!). Newtonov drugi zakon za voziček zapišemo v obliki 1:
,
vektor na desni je enak vektorju na levi, kar pomeni, da sta modula teh vektorjev enaka in lahko izpustite vektorske ikone: m 1 × a 1 = F tr.1 (3).
Metodična navodila. Določite moč n največkrat je to potrebno zaradi naknadnega iskanja vrednosti sile drsnega trenja. Kjer torej ni upoštevana sila trenja in ni treba posebej določati odziva nosilca, se navpična smer (in torej celoten sklop sil, ki delujejo v tej smeri) ne upošteva.
V navpični smeri na voziček delujejo 3 sile: sila reakcije ceste, sila težnosti in teža tovora, ki leži na njem. Upoštevajte, to!
Ko smo analizirali gibanje obravnavanih teles, preidemo na iskanje zahtevanih količin.
Metodična navodila. Težaven del je razumevanje dialektike mejnih vrednosti. Torej, največja vrednost sile F, ko se breme še ne premika na vozičku, je enaka najmanjši vrednosti sile F medtem ko se tovor še premika vzdolž vozička. Razlika je v smeri približevanja dani mejni vrednosti sile. Z drugimi besedami, vrednost Fmax razčleni celoten niz možnih vrednosti sile F v dva sklopa: 1) vrednosti, pri katerih tovor ne drsi po vozičku; 2) vrednosti, pri katerih tovor drsi vzdolž vozička. Ti nizi se ne sekajo (nimajo skupni elementi). Vsak element prvega niza je manjši od katerega koli elementa iz drugega niza (za drsenje obremenitve je treba očitno povečati uporabljeno silo!). Sam pomen Fmax je tako v enem kot v drugem, saj je njihova skupna meja. Ko pa govorimo o meji prvega niza, se meja imenuje as Fmax, je meja drugega niza glede na njegove preostale elemente najmanjša vrednost in je označena Fmin. Vrednote Fmin in Fmax so enaki. Ko pa iščemo Fmin smo v pogojih drsne obremenitve, če pa iščemo mejno vrednost v obliki Fmax, potem predpostavimo, da breme ne drsi po vozičku, kar pomeni, da se gibljejo kot ena enota z enako velikimi pospeški.
Iskali bomo največjo vrednost sile Fmax, pri katerem tovor še vedno ostane negiben glede na voziček (brez drsenja). Potem a 1 =a 2 =a in enakosti (1) in (3) bomo zapisali kot:
m 2 × a =F×cosa – F tr(1a).
m 1 × a =F tr(3a).
Če jih seštejemo člen za členom, dobimo zapis drugega Newtonovega zakona za sistem "tovor-voziček" (kot eno celoto!) v projekciji na os X:
(m 1 + m 2) × a = F × cosa(4).
Če analiziramo soodvisnosti med količinami, vključenimi v te enakosti, vidimo, da z naraščajočo silo F poveča se celoten pospešek sistema A, tj. poveča se zlasti pospešek vozička, zato se poveča sila trenja, ki deluje na voziček (razlog za njegov pospešek). Toda ta proces se konča, ko sila trenja doseže svojo največja vrednost F tr.sk. na velikost zunanje sile F = F maks. Potem to takoj upoštevajmo
F tr.sk. = m×N 2 ,
kjer iz (2) najdemo: N 2 = m 2 g – F max × sin ,
dobimo: F tr.sk. = m×(m 2 g – F max ×sina),
in končno nadomestimo v (4): F max × cosa = (m 1 + m 2) × a max
kje: F max × cosa = (m 1 + m 2) × m × (m 2 g – F max × sin)/m 1
končno najdemo: .
Odgovor na vprašanje o pospešku vozička je sestavljen iz dveh delov: če sila trenja ni dosegla največje vrednosti, potem se pospešek vozička ugotovi iz enakosti za sistem "obremenitev-voziček", tj. a 1 =Fcosa/(m 1 +m 2), drugače a 1 =a maks in se ne spremeni z nadaljnjim povečevanjem sile F. Dobimo:
pri
in
pri
.
Bralca prosimo, da naredi izračune. ¨
Primer težave 2. Vrv z utežmi vržemo čez breztežni blok m in 2m. Blok se premika navzgor s pospeškom a 0. Brez upoštevanja trenja poiščite pritisk bloka na os.
 |
Iskali bomo rešitev problema, izhajajoč iz tega, kar moramo najti. Glede na pogoje problema je treba določiti silo F D, s katerim blok deluje na os in jo dvigne s silo n. Po 3. Newtonovem zakonu: F D = N. Tisti. Zdaj moramo poiskati velikost sile n, ki se uporablja za blok, za to pa boste morali za blok zapisati 2. Newtonov zakon.
Metodična navodila. Za iskanje neznane sile je pogosto potrebno: 1) ugotoviti, na katero telo deluje (na katero telo se nanaša); 2) zapišite enačbo, ki vključuje to silo, ki je 2. Newtonov zakon za to telo. Z drugimi besedami, formula (2.2) je osnovna enakost, ki vključuje velikosti sil, ki delujejo na telo, in nam omogoča, da iz nje izrazimo želeno silo, razen če zanjo ne obstaja druga "osebna" formula-definicija, formula- odvisnost (povezava z drugimi količinami, podanimi v nalogi, na primer formula (2.5) za silo trenja) ali druga formula-zakon (na primer formula (2.4) za elastično silo).
Na blok delujejo tri sile: , in .
Upoštevajte, da v odsotnosti trenja med nitjo (vrvjo) in blokom ter če ni trenja med osjo in blokom in se domneva, da je masa bloka enaka nič (blok je brez teže), potem velikosti nateznih sil niti, ki delujejo na različnih straneh bloka, so med seboj enake. Zato jih na sliki označujemo enako.
V projekcijah na smer gibanja dobimo: m blok a 0 = N – 2T. Ker po stanju blok m = 0, To N=2T. In zdaj nadaljujemo z iskanjem moči T, če jo upoštevamo kot silo, ki deluje na obremenitve. Prva masa m se premika navzgor pod delovanjem dveh sil mg in T s pospeškom a 1. Podobno tehtanje druge obremenitve 2m premika pod vplivom sil 2 mg in T s pospeškom a 2(na sliki natančna smer ni navedena, podana je samo črta, vzdolž katere je ta vektor usmerjen).
Tukaj morate biti pozorni na odgovore na naslednja vprašanja:
1. V katero smer se giblje druga masa (navzgor ali navzdol)?
2. Ali sta pospeška enaka velikosti? a 1 in a 2? Zakaj?
3. Kaj je enako pri premikanju bremen, povezanih z eno nitjo?
Metodična navodila. Pomembno si je zapomniti, da morajo biti vse količine, vključene v zapis 2. Newtonovega zakona, navedene v istem ISO. Nato opazimo, da referenčni okvir, povezan z blokom, ki se pospešeno premika glede na Zemljo, ni inercialen (po definiciji). To pomeni, da je treba pospeške bremen določiti glede na fiksni referenčni sistem, glede na katerega se upošteva gibanje samega bloka! Kar zadeva gibanje bremen glede na blok, je enakomerno pospešeno in ustrezni pospešek, enak za obe bremeni, bo označen z rel. Potem bo treba absolutne pospeške obremenitev najti s formulo, ki je podobna formuli za seštevanje hitrosti (glejte poglavje Kinematika, Relativnost gibanja): 
(2.6).
Torej, zapišemo 2. Newtonov zakon za vsako obremenitev v projekcijah na os pri:
ma 1у = T– mg in 2ma 2у = T – 2mg(A).
Ob upoštevanju formule (2.6) imamo: 
– za prvo obremenitev in 
– za drugo obremenitev, kjer a rel1 = a rel2.
Nato v projekcijah na isto os: a 1у =а 0 + а rel in a 2у = a 0 – a rel.
Zdaj je jasno, da zaradi pospešek prve mase, ki je enak vsoti dveh pozitivnih količin, je pozitiven, nato se giblje navzgor. Toda o drugem tovoru ni mogoče reči ničesar nedvoumnega, ker ... predznak njenega skupnega pospeška je odvisen od razmerja količin a 0 in rel: Če a 0 > a rel, potem se bo druga obremenitev premaknila navzgor (v smeri osi y), če a 0< а отн , nato – navzdol (nasproti osi pri).
Nadomestek v (a): T – mg = m(a 0 + a rel) in T – 2mg = 2m(a 0 – a rel).
Tako dobimo dva enačbe z dva neznano T in rel, od koder brez druge neznanke najdemo vrednost natezne sile niti, nato silo n in poda končni odgovor na problemsko vprašanje.
Prvo enačbo pomnožimo z 2 in jo seštejemo člen za členom z drugo:
2(T - mg) + (T – 2mg) = 2m(a 0 + a rel) + 2m(a 0 – a rel), odprite oklepaje in predstavite podobne izraze:
3T – 4 mg = 4ma 0, od tod 3T = 4m(a 0 +g) ali T = 4/3m(a 0 +g).
Potem je sila pritiska bloka na os enaka F d = 8/3m(a 0 +g) . ¨
Metodična navodila. Pri težavah z bloki so možni naslednji primeri: 1) namestitev vključuje premični blok; 2) blok v konstrukciji je pritrjen nepremično glede na svojo os; 3) premični in fiksni bloki so povezani s skupno nitjo. V prvem in drugem primeru so natezne sile niti v različnih odsekih najpogosteje enake, sam blok pa je potreben samo za spremembo smeri sile (na primer pri dvigovanju tovora z nitjo). vržen čez mirujoč blok: s kakšno silo vlečemo vrv, takšno in dvigne breme). V tretjem primeru sistem enega para "premičnih in stacionarnih" blokov poleg tega omogoča dvojno povečanje moči.
Primer težave 3. Na os gibljivega bloka je pritrjena masa mase m. S kakšno silo F morate potegniti konec niti, vržen čez drugi blok, tako da se obremenitev premika navzgor s pospeškom A? Torej, da breme miruje? Zanemarimo maso blokov in niti.
rešitev. Najprej ugotavljamo, da je natezna sila niti na kateri koli točki enaka in je po velikosti enaka sili, s katero se vleče konec niti:
T=F(b)
Ob upoštevanju 2. Newtonovega zakona za gibajočo se kocko dobimo P = 2T(c), ker masa bloka je nič. Po 3. Newtonovem zakonu P = N(d), tj. Sila, s katero breme deluje na os bloka, je enaka sili, s katero os deluje na breme. Iz 2. Newtonovega zakona za obremenitev v projekcijah na smer gibanja imamo:
ma = N – mg,
Zamenjajmo (b), (c) in (d): ma = 2F – mg, kje F = ½ m(a + g) . ¨
Opombe. Upoštevajte, da se fiksni blok uporablja samo za spreminjanje smeri sile. Medtem ko je premični blok, če so navoji na obeh straneh vzporedni (razdalja med točkami njihovega stika z blokom je enaka 2R) poveča moč za 2-krat (upošteva se rotacija bloka glede na eno od točk stika z navojem). Zaporedna povezava več parov izmeničnih premičnih in fiksnih blokov daje zasnovo z večkratnim povečanjem moči.
Veliko skupino problemov sestavljajo problemi, ki obravnavajo gibanje teles po nagnjeni ravnini. Izpostavimo nekaj glavnih točk, na katere morate biti pozorni pri njihovem reševanju.
Metodična navodila. Obstajata dva možna primera:
1) nagnjena ravnina je nepremična glede na vodoravno površino. V tem primeru je pospešek telesa glede na nagnjeno ravnino njegov absolutni pospešek in ga lahko vključimo v zapis Newtonovega zakona za telo. Prav tako je treba določiti vrsto gibanja (tj. ali je pospešek ali nič). Pospešek telesa je enak nič, če telo miruje ali se giblje s konstantno hitrostjo. Newtonov drugi zakon je najbolje zapisati v obliki 3 za rezultanto sile (splošen primer). In smer osi je najpogosteje izbrana vzdolž nagnjene ravnine (osi X) in pravokotno nanjo (os pri). Projekcija na te osi vodi do dveh skalarnih enačb za sile, ki delujejo na telo. Poleg njih je ob prisotnosti trenja na nagnjeni ravnini pri drsenju telesa zapisana formula (2.5) za silo drsnega trenja in bo zagotovo uporabljena pri reševanju problema. V rešitev je vključen tudi pod pogojem, da telo ne drsi, ampak je v mejnem stanju (tj. da bo začelo drseti ali je pravkar nehalo drseti). Dodatek so lahko nekatere kinematične odvisnosti.
2) sama nagnjena ravnina se premika s pospeškom. Potem Newtonovega 2. zakona ni mogoče zapisati glede na nagnjeno ravnino, tj. pospešek telesa je treba določiti glede na fiksni referenčni sistem (z uporabo formule (2.6)), v katerem bo zapisana formula (2.2), tako za telo kot za ravnino, če je to potrebno in zahtevano na podlagi pogoje in podatke problema.
Primer težave 4. S kolikšnim pospeškom se mora gibati nagnjena ravnina v vodoravni smeri, da je na njej telo mase m se brez trenja premaknila glede na nagnjeno ravnino?
Rešitev: Najprej upoštevajte, da referenčni sistem, povezan z nagnjeno ravnino, ni inercialen. Zato ni mogoče upoštevati gibanja telesa glede nanj, da bi zapisali Newtonov drugi zakon. To pomeni, da bomo upoštevali gibanje telesa glede na vodoravno fiksno ravnino C1. V C1 se nagnjena ravnina giblje pospešeno in če se telo ne giblje vzdolž nagnjene ravnine, potem to pomeni, da se giblje na popolnoma enak način kot sama nagnjena ravnina, tj. z enakim pospeškom. Zdaj navedemo vse sile, ki delujejo na telo (slika). Rezultanta teh sil daje telesu ta pospešek, tj. njihova vektorska vsota je usmerjena vodoravno v smeri pospeška (na sliki desno). Zapišimo 2. Newtonov zakon za telo v sistemu C1:
- vektorska oblika. V projekcijah na os
X: mgsina + 0 = ma, od tu najdemo: a = gsina , ¨
l: -mgcosa + N = 0.
Metodična navodila. Vektorsko enakost je treba oblikovati člen za členom: premikanje od prvega člena k drugemu itd. in skrbno določanje projekcij vsakega od njih. Da bi to naredili, upoštevamo pravila: če je vektor usmerjen vzdolž osi, potem je velikost njegove projekcije enaka modulu ustrezne sile, znak pa je določen s sovpadanjem ali nesovpadanjem smeri osi in vektorja te sile (»+« oziroma »-«). Če je vektor sile usmerjen pod kotom na os, potem skozi njen začetek narišemo ravno črto, vzporedno z osjo, spustimo navpičnico s konca vektorja na to ravno črto in dobimo pravokotni trikotnik, enega od ostrih katerega kota je enak naklonskemu kotu ravnine a (najdemo ga po pravilu: kota, ki ju tvorita med seboj pravokotni stranici, sta enaka). Nato iz razmerja dolžin in kotov v pravokotnem trikotniku najdemo dolžino kraka, enaka vrednosti projekcijo sile na os in podobno določimo predznak te projekcije.
Tukaj je mogoče podati še en pristop. Znano je, da je vsak vektor mogoče razstaviti na dve med seboj pravokotni komponenti različne poti. Potem projekcija vektorja na os sovpada s projekcijo njegove ustrezne komponente na to os.
NALOGE za razdelek "Dinamika".
Aristotel – gibanje je možno le pod vplivom sile; v odsotnosti sil bo telo mirovalo.
Galileo - telo lahko ohranja gibanje tudi v odsotnosti sil. Sila je potrebna za uravnoteženje drugih sil, kot je trenje
Newton - oblikoval zakone gibanja
Newtonovi zakoni so izpolnjeni le v inercialnih referenčnih sistemih.
Inercialni - referenčni sistemi, v katerih je vztrajnostni zakon izpolnjen (referenčno telo miruje ali se giblje enakomerno in premočrtno)
Neinercialen - zakon ni izpolnjen (sistem se giblje neenakomerno ali krivočrtno)
Newtonov prvi zakon: Telo miruje ali se giblje enakomerno in premočrtno, če so delovanja drugih teles kompenzirana (uravnotežena).
(Telo se bo gibalo enakomerno ali pa bo mirovalo, če je vsota vseh sil, ki delujejo na telo, enaka nič)
Newtonov drugi zakon: Pospešek, s katerim se telo giblje, je premo sorazmeren z rezultanto vseh sil, ki delujejo na telo, obratno sorazmeren z njegovo maso in usmerjen na enak način kot rezultanta sile:
Utež je lastnost telesa, ki označuje njegovo vztrajnost. Pod enakim vplivom okoliških teles lahko eno telo hitro spremeni svojo hitrost, drugo pa pod enakimi pogoji veliko počasneje. Običajno rečemo, da ima drugo od teh dveh teles večjo vztrajnost ali, z drugimi besedami, drugo telo ima večjo maso.
Sila je kvantitativno merilo medsebojnega delovanja teles. Sila povzroči spremembo hitrosti telesa. V Newtonovi mehaniki imajo lahko sile različne fizikalne vzroke: sila trenja, gravitacija, elastična sila itd. Sila je vektorska količina. Vektorsko vsoto vseh sil, ki delujejo na telo, imenujemo rezultanta sile.
Tretji zakon: Pri interakciji dveh teles sta sili enaki po velikosti in nasprotni smeri
«) okoli 5. stoletja. pr. n. št e. Očitno je bil eden prvih predmetov njenega raziskovanja mehanski dvižni stroj, ki se uporablja v gledališču za dvigovanje in spuščanje igralcev, ki upodabljajo bogove. Od tod tudi ime znanosti.
Ljudje že dolgo opažajo, da živijo v svetu premikajočih se predmetov – drevesa se zibljejo, ptice letajo, ladje plujejo, puščice, izstreljene iz loka, zadenejo tarče. Razlogi za tako skrivnostne pojave so takrat zasedli misli starodavnih in srednjeveških znanstvenikov.
Leta 1638 je Galileo Galilei zapisal: "V naravi ni nič bolj starodavnega od gibanja in filozofi so o tem napisali veliko, veliko zvezkov." Že stari in predvsem znanstveniki srednjega veka in renesanse (N. Kopernik, G. Galilej, I. Kepler, R. Descartes itd.) so nekatera vprašanja gibanja pravilno interpretirali, na splošno pa ni bilo jasnega razumevanja gibanja. zakoni gibanja v času Galileja.
Nauk o gibanju teles se prvič pojavi kot stroga, dosledna znanost, zgrajena, tako kot Evklidova geometrija, na resnicah, ki ne zahtevajo dokazov (aksiomi), v temeljnem delu Isaaca Newtona "Matematični principi naravne filozofije", objavljenem leta 1687. Ko je ocenil prispevek predhodnikov znanstvenikov k znanosti, je veliki Newton dejal: "Če smo videli dlje od drugih, je to zato, ker smo stali na ramenih velikanov."
Gibanja na splošno, gibanja, ki ni povezano z ničemer, ni in ga ne more biti. Gibanje teles se lahko pojavi le glede na druga telesa in prostore, ki so z njimi povezani. Zato se Newton na začetku svojega dela načelno odloča pomembno vprašanje o prostoru, glede na katerega bomo proučevali gibanje teles.
Da bi temu prostoru dal konkretnost, mu Newton pridruži koordinatni sistem, sestavljen iz treh medsebojno pravokotnih osi.
Newton uvede koncept absolutnega prostora, ki ga definira takole: “Absolutni prostor po svojem bistvu, ne glede na vse zunanje, vedno ostaja enak in negiben.” Opredelitev prostora kot negibnega je enaka predpostavki o obstoju absolutno negibnega koordinatnega sistema, glede na katerega se upošteva gibanje materialnih točk in togih teles.
Newton je za tak koordinatni sistem vzel heliocentrični sistem , katerega začetek je postavil v središče, tri namišljene med seboj pravokotne osi pa je usmeril na tri »nepremične« zvezde. Toda danes je znano, da na svetu ni nič popolnoma negibnega - vrti se okoli svoje osi in okoli Sonca, Sonce se premika glede na središče Galaksije, Galaksija - glede na središče sveta itd.
Tako, strogo gledano, ni absolutno fiksnega koordinatnega sistema. Vendar pa je gibanje "nepremičnih" zvezd glede na Zemljo tako počasno, da je za večino problemov, ki jih rešujejo ljudje na Zemlji, to gibanje mogoče zanemariti in "nepremične" zvezde lahko štejemo za resnično negibne, predlagan pa je absolutno negiben koordinatni sistem Newtona res obstaja.
V zvezi z absolutno negibnim koordinatnim sistemom je Newton formuliral svoj prvi zakon (aksiom): "Vsako telo se še naprej vzdržuje v stanju mirovanja ali enakomernega premočrtnega gibanja, dokler in razen če ga uporabljene sile prisilijo, da spremeni to stanje."
Od takrat so bili in se poskušajo uredniško izboljšati Newtonovo formulacijo. Ena od formulacij zveni takole: "Telo, ki se giblje v prostoru, teži k ohranjanju velikosti in smeri svoje hitrosti" (kar pomeni, da je mirovanje gibanje s hitrostjo, ki je enaka nič). Tu je že predstavljen koncept ene najpomembnejših značilnosti gibanja - translacijske ali linearne hitrosti. Običajno je linearna hitrost označena z V.
Bodimo pozorni na dejstvo, da prvi Newtonov zakon govori le o translacijskem (linearnem) gibanju. Vendar pa vsi vedo, da obstaja še eno, bolj zapleteno gibanje teles na svetu - krivočrtno, a o tem kasneje ...
Želja teles, da "ohranijo svoje stanje" in "ohranijo velikost in smer svoje hitrosti", se imenuje vztrajnost, oz vztrajnost, tel. Beseda "inercija" je latinska, v prevodu v ruščino pomeni "počitek", "nedelovanje". Zanimivo je omeniti, da je vztrajnost organska lastnost materije na splošno, »prirojena sila materije«, kot je rekel Newton. Značilno je ne le mehansko gibanje, ampak tudi na druge naravne pojave, na primer električne, magnetne, toplotne. Inertnost se kaže tako v življenju družbe kot v vedenju posameznikov. A vrnimo se k mehaniki.
Merilo za vztrajnost telesa pri translacijskem gibanju je masa telesa, običajno označena z m. Ugotovljeno je bilo, da pri translacijskem gibanju na velikost vztrajnosti ne vpliva porazdelitev mase v prostornini, ki jo zaseda telo. To daje podlago pri reševanju številnih problemov v mehaniki, da se abstrahiramo od specifičnih dimenzij telesa in ga nadomestimo z materialno točko, katere masa je enaka masi telesa.
Lokacija te pogojne točke v prostornini, ki jo zaseda telo, se imenuje središče mase telesa, ali, kar je skoraj isto, a bolj znano, težišče.
Mera mehanskega premočrtnega gibanja, ki jo je predlagal R. Descartes leta 1644, je količina gibanja, definirana kot produkt mase telesa in njegove linearne hitrosti: mV.
Gibajoča se telesa praviloma ne morejo dolgo časa vzdrževati enake količine gibanja: med letom se porabijo zaloge goriva, kar zmanjša maso letala, vlaki se upočasnjujejo in pospešujejo, spreminjajo svojo hitrost. Kateri razlog povzroči spremembo gibalne količine? Odgovor na to vprašanje daje Newtonov drugi zakon (aksiom), ki v sodobni formulaciji zveni takole: hitrost spremembe gibalne količine materialne točke je enaka sili, ki deluje na to točko.
Vzrok, ki torej povzroči gibanje teles (če je najprej mV = 0) ali spremeni njihovo gibalno količino (če sprva mV ni enako O) glede na absolutni prostor (drugih prostorov Newton ni upošteval) so sile. Te sile so kasneje dobile pojasnjevalna imena - fizično, oz Newtonov, moč. Ponavadi so označeni kot F.
Sam Newton je dal naslednjo definicijo fizičnih sil: "Uporabljena sila je dejanje, ki se izvaja na telo, da se spremeni njegovo stanje mirovanja ali enakomernega linearnega gibanja." Obstaja veliko drugih definicij moči. L. Cooper in E. Rogers, avtorja čudovitih priljubljenih knjig o fiziki, ki se izogibata dolgočasnim strogim definicijam sile, uvajata svojo definicijo z določeno mero lukavstva: "Sile so tisto, kar vleče in potiska." Ni povsem jasno, vendar se pojavlja nekaj idej o tem, kaj je moč.
Fizikalne sile vključujejo: sile, magnetne (glej članek ""), sile elastičnosti in plastičnosti, sile upora okolja, svetlobe in mnoge druge.
Če se med gibanjem telesa njegova masa ne spremeni (samo ta primer bomo obravnavali naprej), potem je formulacija drugega Newtonovega zakona močno poenostavljena: "Sila, ki deluje na materialno točko, je enaka produktu mase točka in sprememba njene hitrosti."
spremeniti linearna hitrost telo ali točka (po velikosti ali smeri - zapomnite si to) se imenuje linearni pospešek telo ali točka in je običajno označena z a.
Imenujemo pospeške in hitrosti, s katerimi se telesa gibljejo glede na absolutni prostor absolutni pospeški in hitrosti.
Poleg absolutnega koordinatnega sistema si lahko predstavljamo (seveda z določenimi predpostavkami) še druge koordinatne sisteme, ki se glede na absolutni gibljejo premočrtno in enakomerno. Ker sta (po prvem Newtonovem zakonu) mirovanje in enakomerno premočrtno gibanje enakovredna, veljajo v takih sistemih Newtonovi zakoni, zlasti prvi zakon - zakon vztrajnosti. Zaradi tega se imenujejo koordinatni sistemi, ki se gibljejo enakomerno in premočrtno glede na absolutni sistem inercijski koordinatni sistemi.
Vendar pa v večini praktičnih problemov ljudi zanima gibanje teles ne glede na oddaljeni in neotipljivi absolutni prostor ali celo glede na inercialne prostore, temveč glede na druga bližja in povsem materialna telesa, na primer potnik glede na telo avtomobila. Toda ta druga telesa (ter z njimi povezani prostori in koordinatni sistemi) se sama gibljejo glede na absolutni prostor nepremokotno in neenakomerno. Koordinatni sistemi, povezani s takimi telesi, se imenujejo mobilni. Za reševanje so bili prvič uporabljeni gibljivi koordinatni sistemi kompleksne naloge mehanika L. Euler (1707-1783).
V življenju se nenehno srečujemo s primeri gibanja teles glede na druga gibljiva telesa. Ladje plujejo po morjih in oceanih, premikajo se glede na površino Zemlje, vrtijo se v absolutnem prostoru; sprevodnik, ki streže čaj po celotnem kupeju, se premika glede na stene hitrega potniškega vagona; brizganje čaja iz kozarca ob nenadnih sunkih kočije itd.
Za opisovanje in preučevanje tako kompleksnih pojavov, konceptov prenosno gibanje in relativno gibanje ter njihove ustrezne prenosne in relativne hitrosti in pospeški.
V prvem od navedenih primerov bo vrtenje Zemlje glede na absolutni prostor prenosno gibanje, gibanje ladje glede na površino Zemlje pa bo relativno gibanje.
Če želite preučiti gibanje prevodnika glede na stene avtomobila, morate najprej sprejeti, da vrtenje Zemlje nima bistvenega vpliva na gibanje prevodnika in zato lahko Zemljo v tem problemu obravnavamo kot mirujočo. Nato gibanje osebnega avtomobila je prenosno gibanje, gibanje vodnika glede na avtomobil pa je relativno gibanje. Pri relativnem gibanju telesa vplivajo druga na drugo neposredno (z dotikom) ali na daljavo (na primer magnetne in gravitacijske interakcije).
Naravo teh vplivov določa tretji Newtonov zakon (aksiom). Če se tega spomnimo fizična moč, ki se uporablja za telesa, Newton imenuje akcija, potem lahko tretji zakon formuliramo takole: "Akcija je enaka reakciji." Upoštevati je treba, da se delovanje uporabi za eno, reakcija pa za drugo od dveh medsebojno delujočih teles. Akcija in reakcija nista uravnotežena, temveč povzročata pospešek medsebojno delujočih teles, pri čemer se telo, katerega masa je manjša, giblje z večjim pospeškom.
Spomnimo se tudi, da tretji Newtonov zakon za razliko od prvih dveh velja v katerem koli koordinatnem sistemu in ne le v absolutnem ali inercialnem.
Poleg premočrtnega gibanja je v naravi razširjeno tudi krivuljno gibanje, katerega najenostavnejši primer je krožno gibanje. V prihodnje bomo obravnavali le ta primer, gibanje v krožnici pa bomo imenovali krožno gibanje. Primeri krožnega gibanja: vrtenje Zemlje okoli svoje osi, gibanje vrat in gugalnic, vrtenje neštetih koles.
Krožno gibanje teles in materialnih točk se lahko pojavi bodisi okoli osi bodisi okoli točk.
Krožno gibanje (pa tudi premočrtno) je lahko absolutno, figurativno in relativno.
Tako kot premočrtno gibanje je tudi krožno gibanje označeno s hitrostjo, pospeškom, faktorjem sile, mero vztrajnosti in mero gibanja. Kvantitativno so vse te značilnosti v veliki meri odvisne od razdalje, na kateri se vrteča materialna točka nahaja od osi vrtenja. To razdaljo imenujemo polmer vrtenja in ga označimo r .
V giroskopski tehnologiji se kotni moment običajno imenuje kinetični moment in se izraža z značilnostmi krožnega gibanja. Tako je kinetični moment produkt vztrajnostnega momenta telesa (glede na vrtilno os) in njegove kotne hitrosti.
Seveda Newtonovi zakoni veljajo tudi za krožno gibanje. Če jih uporabimo za krožno gibanje, bi lahko te zakone formulirali nekoliko poenostavljeno, kot sledi.
- Prvi zakon: rotirajoče telo si prizadeva ohraniti glede na absolutni prostor velikost in smer svojega kotnega momenta (tj. velikost in smer njegovega kinetičnega momenta).
- Drugi zakon: sprememba v času kotne količine (kinetičnega momenta) je enaka uporabljenemu navoru.
- Tretji zakon: moment akcije je enak momentu reakcije.
