Osnovni zakoni mehanike-opis, značajke i formule

Kretanje različitih tijela u prostoru u fizici proučava poseban odjeljak-mehanika. Potonji se pak dijeli na kinematika i dinamika. U ovom ćemo članku razmotriti zakone mehanike u fizici, usredotočujući se na dinamiku translacijskog i rotacijskog kretanja tijela.

Povijesna pozadina

Kako i zašto se tijela kreću, filozofe i znanstvenike zanima od davnina. Tako je Aristotel vjerovao da se predmeti kreću u prostoru samo zato što na njih postoji neki vanjski utjecaj. Ako se taj utjecaj zaustavi, tijelo će se odmah zaustaviti. Mnogi Starogrčki filozofi vjerovali su da je prirodno stanje svih tijela mir.

Dolaskom modernog doba mnogi su znanstvenici počeli proučavati zakone kretanja u mehanici. Treba napomenuti prezimena kao što su Guigens, Hooke i Galileo. Potonji je razvio znanstveni pristup proučavanju prirodnih pojava i, zapravo, otkrio prvi zakon mehanike, koji, međutim, ne nosi njegovo prezime.

1687. objavljena je znanstvena publikacija čiji je autor bio Englez isaac Njutn. U svom znanstvenom radu jasno je formulirao osnovne zakone kretanja tijela u prostoru, koji zajedno s zakon univerzalne gravitacije, tvorili su osnovu ne samo mehanike, već i sve moderne klasične fizike.

O Njutnovim zakonima

Nazivaju ih i zakonima klasične mehanike, za razliku od relativističkih, čije je postulate početkom stoljeća iznio Albert Einstein. U prvom postoje samo tri glavna zakona na temelju kojih se temelji cijela grana fizike. Zovu se tako:

1. Zakon inercije.
2. Zakon odnosa sile i ubrzanja.
3. Zakon djelovanja i protivljenja.

Zašto su ta tri zakona glavna? Sve je jednostavno, bilo koja formula mehanike može se dobiti na temelju njih, međutim, niti jedan teorijski Princip ne vodi ni do jednog od njih. Navedeni zakoni slijede isključivo iz brojnih promatranja i eksperimenata. Njihova valjanost potvrđuje se pouzdanošću predviđanja dobivenih uz pomoć njih u rješavanju različitih problema u praksi.

Inercija zakon

Prvi Njutnov zakon u mehanici kaže da svako tijelo u nedostatku vanjski utjecaj na njega zadržat će stanje mirovanja ili pravocrtnog kretanja u bilo kojem inercijskom sustavu izvještaja.

Da biste razumjeli ovaj zakon, trebali biste razumjeti sustav izvješća. Naziva se inercijalnim samo ako zadovoljava navedeni zakon. Drugim riječima, u inercijskom sustavu ne postoje fiktivne sile koje bi promatrači osjetili. Na primjer, sustav koji se kreće ravnomjerno i u ravnoj liniji može se smatrati inercijskim. S druge strane, sustav koji se ravnomjerno okreće oko osi je neinercijalan zbog prisutnosti fiktivne centrifugalne sile u njemu.

Zakon inercije utvrđuje uzrok, kojim se mijenja priroda pokreta. Taj je razlog prisutnost vanjske sile. Imajte na umu da nekoliko sila može djelovati na tijelo. U ovom slučaju moraju se zbrajati prema pravilu vektora, ako je rezultirajuća sila jednaka nuli, tada će tijelo nastaviti svoje jednoliko kretanje. Također je važno shvatiti da u klasičnoj mehanici ne postoji razlika između jednolikog kretanja tijela i njegovog stanja mirovanja.

Drugi Njutnov zakon

Kaže da je razlog promjene prirode kretanja tijela u prostoru prisutnost vanjske sile koja nije nula na njega. Zapravo je ovaj zakon nastavak prethodnog. Njegov matematički zapis je sljedeći:

F¯ = m*a¯.

Ovdje je magnituda ama ubrzanje koje opisuje brzinu promjene vektora brzine, a ama je inercijalna tjelesna masa. Budući da je internet uvijek veći od nule, vektori sile i ubrzanja usmjereni su u istom smjeru.

Zakon koji se razmatra primjenjiv je na ogroman broj pojava u mehanici, na primjer, na opis procesa slobodnog pada, kretanje s ubrzanjem automobila, klizanje šipke duž nagnute ravnine, osciliranje njihala, istezanje opružne vage i tako dalje. Sigurno je reći da je on glavni zakon dinamike.

Količina pokreta i zamah

Ako se izravno obratimo Njutnovom znanstvenom radu, možemo vidjeti da je sam znanstvenik formulirao drugi zakon mehanike nešto drugačije:

F*dt = dp, gdje je p = m*v.

Magnituda se zove količina gibanja. Mnogi ga pogrešno nazivaju impulsom tijela. Količina gibanja je inercijalno-energetska karakteristika jednaka umnošku tjelesne mase i njegove brzine.

Samo vanjska sila koja djeluje na tijelo tijekom vremenskog razdoblja može promijeniti količinu kretanja za određeni iznos od strane asa. Umnožak sile za vrijeme njenog djelovanja naziva se impuls sile ili jednostavno impuls.

Kada se dva tijela sudare, tada između njih djeluje sila sudara koja mijenja količine gibanja svakog tijela, međutim, budući da je ta sila unutarnja u odnosu na proučavani sustav dvaju tijela, ona ne dovodi do promjene ukupnog zamaha sustava. Ta se činjenica naziva zakonom očuvanja zamaha.

Rotacija s ubrzanjem

Ako se na gibanje rotacije Primijeni Zakon mehanike formuliran Njutnom, tada se dobiva sljedeći izraz:

M = I*α.

Ovdje je momentni moment na pola puta veličina koja pokazuje sposobnost sile da napravi zaokret u sustavu. Moment sile izračunava se kao umnožak vektorske sile s radijusom-vektorom usmjerenim od osi do točke primjene. Magnituda je trenutak inercije. Kao i moment sile, on ovisi o parametrima rotirajućeg sustava, posebno o geometrijskoj raspodjeli mase tijela oko osi. Konačno, magnituda za ocean je kutno ubrzanje koje vam omogućuje da odredite za koliko radijana u sekundi kutna brzina varira.

Ako pažljivo pogledamo zapisanu jednadžbu i povučemo analogiju između njezinih veličina i eksponenata iz drugog njutnovskog zakona, tada dobivamo njihov potpuni identitet.

Zakon djelovanja i protivljenja

Ostaje nam razmotriti treći zakon mehanike. Ako su prva dva, na ovaj ili onaj način, formulirali prethodnici Njutna, a sam znanstvenik im je samo dao skladan matematički izgled, tada je treći zakon izvorno zamisao velikog Engleza. Dakle, kaže: Ako dva tijela uspostave kontakt sile, tada su sile koje djeluju između njih jednake po modulu i suprotne u smjeru. Sažetije se može reći da bilo koja radnja izaziva protivljenje.

F₁₂¯ = -F₂₁¯.

Ovdje F₁₂ i F₂₁ - djelujući sa strane 1. tijela na 2. i sa strane 2. na 1. silu, respektivno.

Postoji mnogo primjera koji potvrđuju ovaj zakon. Na primjer, tijekom skoka osoba se odguruje od površine zemlje, potonja je gura prema gore. Isto vrijedi i za hodanje pješaka i guranje od zida bazena plivača. Drugi primjer, ako pritisnete ruku na stol, tada se osjeća suprotan učinak stola na ruku, koji se naziva reakcijska sila potpore.

Prilikom rješavanja problema primjene trećeg njutnovskog zakona, ne treba zaboraviti da se sila djelovanja i sila reakcije primjenjuju na različita tijela, stoga im daju različita ubrzanja.