Doğal fenomenlerin bir deney temelinde incelenmesi, ancak tüm aşamalar gözlemlenirse mümkündür: gözlem, hipotez, deney, teori. Gözlem, gerçekleri ortaya çıkaracak ve karşılaştıracaktır, hipotez, onlara deneysel doğrulama gerektiren ayrıntılı bir bilimsel açıklama vermeyi mümkün kılar. Cisimlerin hareketinin gözlemlenmesi ilginç bir sonuca yol açtı: Bir cismin hızındaki bir değişiklik ancak başka bir cismin etkisi altında mümkündür.
Örneğin, merdivenleri hızlı bir şekilde çıkarsanız, dönüşte çarpmamak için korkuluğu tutmanız (hareket yönünü değiştirme) veya durmanız (hız değerini değiştirme) gerekir. karşı duvar.
Benzer fenomenlerin gözlemleri, cisimlerin hızlarındaki veya deformasyonlarındaki değişikliklerin nedenlerini inceleyen bir fizik dalının yaratılmasına yol açtı.
Dinamik Temelleri
Dinamik, fiziksel bedenin neden bir şekilde hareket ettiği veya hareketsiz olduğuyla ilgili kutsal soruyu yanıtlamak için çağrılır.
Dinlenme durumunu düşünün. Hareketin göreliliği kavramına dayanarak, şu sonuca varabiliriz: kesinlikle hareketsiz cisimler yoktur ve olamaz. Hiçbir referans cismine göre hareketsiz olan bir nesne, diğerine göre hareket eder. Örneğin, masanın üzerinde duran bir kitap masaya göre hareketsizdir, ancak geçen bir kişiye göre konumunu düşünürsek, doğal bir sonuç çıkarıyoruz: kitap hareket ediyor.
Bu nedenle, cisimlerin hareket yasaları eylemsiz referans çerçevelerinde dikkate alınır. Bu nedir?
Cismin hareketsiz olduğu veya üzerinde başka nesnelerin veya nesnelerin etkisi olmaması koşuluyla düzgün ve doğrusal hareket gerçekleştirdiği eylemsiz referans çerçevesi denir.
Yukarıdaki örnekte, tabloyla ilişkili referans çerçevesi eylemsiz olarak adlandırılabilir. Düzgün ve düz bir çizgide hareket eden bir kişi, ISO için bir referans çerçevesi görevi görebilir. Hareketi hızlanırsa, atalet CO'yu onunla ilişkilendirmek imkansızdır.
Aslında, böyle bir sistem, Dünya'nın yüzeyine sıkıca sabitlenmiş cisimlerle ilişkilendirilebilir. Bununla birlikte, gezegen kendi ekseni etrafında düzgün bir şekilde döndüğü için IFR için bir referans vücut olarak hizmet edemez. Yüzeydeki cisimler merkezcil ivmeye sahiptir.
Momentum nedir?
Atalet fenomeni doğrudan ISO ile ilgilidir. Hareket eden bir araba aniden durursa ne olacağını hatırlıyor musunuz? Yolcular yola devam ederken tehlikede. Ön koltuk veya emniyet kemeri ile durdurulabilir. Bu süreç yolcunun ataleti ile açıklanmaktadır. Bu doğru mu?
Atalet, korumayı gerektiren bir olgudur.üzerinde diğer cisimlerin etkisinin yokluğunda vücudun sabit hızı. Yolcu, kemerlerin veya koltukların etkisi altındadır. Atalet olgusu burada gözlenmez.
Açıklama cismin özelliğindedir ve ona göre bir cismin hızını anında değiştirmek imkansızdır. Bu eylemsizlik. Örneğin, bir termometredeki cıvanın durağanlığı, termometreyi salladığımızda çıtayı düşürmeyi mümkün kılar.
Atalet ölçüsüne cismin kütlesi denir. Etkileşim sırasında, daha az kütleye sahip cisimler için hız daha hızlı değişir. Bir arabanın beton duvarla çarpışması, ikincisi için neredeyse iz bırakmadan ilerler. Araba en sık geri dönüşü olmayan değişikliklere uğrar: hız değişir, önemli deformasyon meydana gelir. Beton bir duvarın ataletinin bir arabanın ataletini önemli ölçüde aştığı ortaya çıktı.
Doğadaki atalet olgusuyla tanışmak mümkün mü? Vücudun diğer cisimlerle bağlantısız olduğu durum, uzay aracının motorları kapalıyken hareket ettiği derin uzaydır. Ancak bu durumda bile yerçekimi momenti mevcuttur.
Temel miktarlar
Deneysel düzeyde dinamikleri incelemek, fiziksel niceliklerin ölçümleriyle deney yapmayı içerir. En ilginç:
- cisimlerin hızındaki değişimin hızının bir ölçüsü olarak ivme; a harfiyle belirtin, m/s cinsinden ölçün2;
- atalet ölçüsü olarak kütle; m harfi ile işaretlenmiş, kg cinsinden ölçülmüştür;
- vücutların karşılıklı hareketinin bir ölçüsü olarak kuvvet; en sık F harfi ile gösterilir, N (newton) ile ölçülür.
Bu miktarlar arasındaki ilişkien büyük İngiliz fizikçi tarafından türetilen üç modelde ortaya konmuştur. Newton yasaları, çeşitli cisimlerin etkileşiminin karmaşıklığını açıklamak için tasarlanmıştır. Onları yöneten süreçlerin yanı sıra. Newton yasalarının matematiksel ilişkilerle bağdaştırdığı "ivme", "kuvvet", "kütle" kavramlarıdır. Ne anlama geldiğini bulmaya çalışalım.
Yalnızca tek bir gücün etkisi istisnai bir olgudur. Örneğin, Dünya yörüngesinde dönen yapay bir uydu yalnızca yerçekiminden etkilenir.
Sonuç
Birkaç kuvvetin hareketi tek bir kuvvetle değiştirilebilir.
Bir cisme etki eden kuvvetlerin geometrik toplamına bileşke denir.
Geometrik bir toplamdan bahsediyoruz, çünkü kuvvet sadece uygulama noktasına değil, aynı zamanda hareket yönüne de bağlı olan bir vektör miktarıdır.
Örneğin, oldukça büyük bir gardırop taşımanız gerekiyorsa arkadaşlarınızı davet edebilirsiniz. İstenen sonuca birlikte ulaşırız. Ancak yalnızca çok güçlü bir kişiyi davet edebilirsiniz. Onun çabası tüm dostların eylemlerine eşittir. Kahraman tarafından uygulanan kuvvete bileşke denilebilir.
Newton'un hareket yasaları, "sonuç" kavramı temelinde formüle edilmiştir.
Atalet yasası
En yaygın fenomenle Newton yasalarını incelemeye başlayın. Birinci yasaya genellikle eylemsizlik yasası denir, çünkü düzgün doğrusal hareketin nedenlerini veya cisimlerin geri kalanının durumunu belirler.
Vücut düzgün ve doğrusal hareket eder veyaüzerine herhangi bir kuvvet etki etmezse veya bu hareket telafi edilmezse durur.
Bu durumda sonucun sıfıra eşit olduğu iddia edilebilir. Bu durumda örneğin yolun düz bir bölümünde sabit hızla hareket eden bir araba vardır. Çekim kuvvetinin etkisi, desteğin tepki kuvveti ile dengelenir ve motorun itme kuvveti, harekete karşı direnç kuvvetine mutlak değerde eşittir.
Avize tavana yaslanır, çünkü yerçekimi kuvveti armatürlerinin gerilimi ile dengelenir.
Yalnızca bir cisme uygulanan kuvvetler telafi edilebilir.
Newton'un ikinci yasası
Hadi devam edelim. Cisimlerin hızının değişmesine neden olan nedenler Newton'un ikinci yasası tarafından ele alınır. Ne hakkında konuşuyor?
Bir cisme etki eden kuvvetlerin bileşkesi, cismin kütlesi ile kuvvetlerin etkisi altında elde edilen ivmenin çarpımı olarak tanımlanır.
2 Newton yasası (formül: F=ma), ne yazık ki, kinematik ve dinamiğin temel kavramları arasında nedensel ilişkiler kurmaz. Vücutların hızlanmasına neyin neden olduğunu tam olarak belirleyemiyor.
Farklı formüle edelim: Cismin aldığı ivme, ortaya çıkan kuvvetlerle doğru orantılı ve cismin kütlesi ile ters orantılıdır.
Böylece hızdaki değişimin yalnızca kendisine uygulanan kuvvete ve cismin kütlesine bağlı olarak meydana geldiği tespit edilebilir.
2 Formülü aşağıdaki gibi olabilen Newton yasası: a=F/m, vektör biçiminde temel kabul edilir, çünkü bunu mümkün kılar. Fizik dalları arasında bağlantılar kurar. Burada a cismin ivme vektörüdür, F kuvvetlerin bileşkesidir, m cismin kütlesidir.
Arabanın hızlandırılmış hareketi, motorların çekiş kuvveti harekete karşı direnç kuvvetini aşarsa mümkündür. İtki arttıkça ivme de artar. Kamyonlar yüksek güçlü motorlarla donatılmıştır, çünkü kütleleri bir binek otomobilin kütlesinden çok daha fazladır.
Yüksek hızlı yarışlar için tasarlanan ateş topları, üzerlerine gerekli minimum parçalar eklenecek şekilde aydınlatılır ve motor gücü mümkün olan sınırlara yükseltilir. Spor arabaların en önemli özelliklerinden biri 100 km/s hızlanma süresidir. Bu zaman aralığı ne kadar kısa olursa, arabanın hız özellikleri o kadar iyi olur.
Etkileşim yasası
Newton'un doğa güçlerine dayanan yasaları, herhangi bir etkileşime bir çift kuvvetin görünümünün eşlik ettiğini belirtir. Top bir ipte asılı kalırsa, hareketini deneyimler. Bu durumda, iplik topun hareketi altında da gerilir.
Üçüncü düzenliliğin formülasyonu Newton yasalarını tamamlar. Kısacası, kulağa şöyle geliyor: etki, tepkiye eşittir. Bu ne anlama geliyor?
Cisimlerin birbirine etki ettiği kuvvetler büyüklük olarak eşittir, zıt yönlerdedir ve cisimlerin merkezlerini birleştiren çizgi boyunca yönlendirilir. İlginç bir şekilde, farklı bedenler üzerinde hareket ettikleri için telafi denilemezler.
Yasaların uygulanması
Ünlü "At ve Araba" sorunu kafa karıştırıcı olabilir. Söz konusu vagona koşulan at onu hareket ettirir.yerden. Newton'un üçüncü yasasına göre, bu iki nesne birbirine eşit kuvvetlerle etki eder, ancak pratikte bir at, modelin temellerine uymayan bir arabayı hareket ettirebilir.
Çözüm bu cisimler sisteminin kapalı olmadığını hesaba katarsak bulunur. Yolun her iki bedende de etkisi vardır. Atın toynaklarına etki eden statik sürtünme kuvveti, araba tekerleklerinin yuvarlanma sürtünme kuvvetini aşıyor. Sonuçta, hareket anı, vagonu hareket ettirme girişimi ile başlar. Konum değişirse, at hiçbir koşulda onu yerinden hareket ettirmez. Yolda toynakları kayar ve hareket olmaz.
Çocuklukta birbirini kızdırarak böyle bir örneğe herkes rastlayabilirdi. Kızakta iki veya üç çocuk oturuyorsa, bir çocuğun çabası onları hareket ettirmeye yetmiyor.
Aristoteles'in ("Her cisim yerini bilir") açıkladığı cisimlerin yeryüzüne düşüşü yukarıdakilere dayanarak çürütülebilir. Bir nesne, Dünya'nın kendisine doğru hareket etmesiyle aynı kuvvetin etkisi altında dünyaya doğru hareket eder. Parametrelerini karşılaştırarak (Dünya'nın kütlesi vücudun kütlesinden çok daha büyüktür), Newton'un ikinci yasasına göre, bir nesnenin ivmesinin Dünya'nın ivmesinden çok daha büyük olduğunu iddia ediyoruz. Vücudun hızında bir değişiklik gözlemliyoruz, Dünya yörüngesinden hareket etmiyor.
Uygulanabilirlik sınırları
Modern fizik Newton yasalarını inkar etmez, sadece uygulanabilirliklerinin sınırlarını belirler. 20. yüzyılın başına kadar fizikçiler, bu yasaların tüm doğa olaylarını açıkladığından şüphe duymuyorlardı.
1, 2, 3 kanunuNewton, makroskopik cisimlerin davranışının nedenlerini tam olarak ortaya koymaktadır. İhmal edilebilir hızlara sahip nesnelerin hareketi, bu varsayımlarla tam olarak tanımlanır.
Işık hızına yakın hızlara sahip cisimlerin hareketini bunlara dayanarak açıklamaya çalışmak başarısızlığa mahkumdur. Bu hızlarda uzay ve zamanın özelliklerinde tam bir değişiklik, Newton dinamiğinin kullanılmasına izin vermez. Ek olarak, yasalar eylemsiz olmayan FR'lerde formlarını değiştirir. Uygulamaları için atalet kuvveti kavramı tanıtılmıştır.
Newton yasaları, astronomik cisimlerin hareketini, konumlarının ve etkileşimlerinin kurallarını açıklayabilir. Bu amaçla evrensel yerçekimi yasası getirilmiştir. Küçük cisimlerin çekiciliğinin sonucunu görmek imkansızdır çünkü kuvvet yetersizdir.
Karşılıklı çekim
Bahçede oturup elmaların düşüşünü izleyen Bay Newton'un parlak bir fikre sahip olduğuna dair bir efsane vardır: Dünya yüzeyine yakın nesnelerin hareketini ve Dünya'nın hareketini açıklamak. karşılıklı çekim temelinde uzay cisimleri. Gerçeklerden o kadar da uzak değil. Gözlemler ve doğru hesaplamalar yalnızca elmaların düşüşüyle değil, aynı zamanda ayın hareketiyle de ilgiliydi. Bu hareketin yasaları, etkileşen cisimlerin kütlelerinin artmasıyla çekim gücünün arttığı ve aralarındaki mesafe arttıkça azaldığı sonucuna götürür.
Newton'un ikinci ve üçüncü yasalarına dayanarak, evrensel yerçekimi yasası şu şekilde formüle edilir: evrendeki tüm cisimler, cisimlerin merkezlerini birbirine bağlayan çizgi boyunca yönlendirilen bir kuvvetle birbirlerine çekilirler. vücut kütleleri vecisimlerin merkezleri arasındaki uzaklığın karesiyle ters orantılıdır.
Matematiksel gösterim: F=GMm/r2, burada F çekim kuvvetidir, M, m etkileşen cisimlerin kütleleridir, r aralarındaki mesafedir. Orantılılık katsayısına (G=6.62 x 10-11 Nm2/kg2) denir. yerçekimi sabiti.
Fiziksel anlam: bu sabit, 1 m mesafedeki 1 kg kütleli iki cisim arasındaki çekim kuvvetine eşittir. Küçük kütleli cisimler için kuvvetin o kadar önemsiz olduğu açıktır ki, bakımsız. Gezegenler, yıldızlar, galaksiler için çekim gücü o kadar büyüktür ki hareketlerini tamamen belirler.
Roket fırlatmak için, Dünya'nın etkisinin üstesinden gelmek için böyle bir jet itişi yaratabilecek yakıta ihtiyacınız olduğunu belirten Newton'un yerçekimi yasasıdır. Bunun için gereken hız, 8 km/s olan ilk kaçış hızıdır.
Modern roket teknolojisi, keşfedilecek diğer gezegenlere Güneş'in yapay uyduları olarak insansız istasyonları fırlatmayı mümkün kılar. Böyle bir cihaz tarafından geliştirilen hız, ikinci uzay hızıdır, 11 km/s'ye eşittir.
Yasaları uygulamak için algoritma
Dinamik sorunları çözmek belirli bir dizi eyleme tabidir:
- Görevi analiz edin, verileri, hareket türünü tanımlayın.
- Cismin üzerine etki eden tüm kuvvetleri ve (varsa) ivmenin yönünü gösteren bir çizim çizin. Koordinat sistemini seçin.
- Müsaitliğe bağlı olarak birinci veya ikinci yasaları yazınvektör formunda vücut ivmesi. Tüm kuvvetleri hesaba katın (sonuç olarak ortaya çıkan kuvvet, Newton yasaları: birincisi, cismin hızı değişmezse, ikincisi, ivme varsa).
- Seçili koordinat eksenlerinde izdüşümlerdeki denklemi yeniden yazın.
- Ortaya çıkan denklem sistemi yeterli değilse, diğerlerini yazın: kuvvet tanımları, kinematik denklemleri, vb.
- İstenen değer için denklem sistemini çözün.
- Sonuçta elde edilen formülün doğru olup olmadığını belirlemek için bir boyut kontrolü yapın.
- Hesapla.
Genellikle bu adımlar herhangi bir standart görev için yeterlidir.
