Die Bewegung verschiedener Körper im Weltraum wird in der Physik von einer speziellen Abteilung untersucht - der Mechanik. Letztere wiederum unterteilt sich in Kinematik und Dynamik. In diesem Artikel werden wir die Gesetze der Mechanik in der Physik betrachten und uns auf die Dynamik der Translations- und Rotationsbewegung von Körpern konzentrieren.
Historischer Hintergrund
Wie und warum sich Körper bewegen, beschäftigt Philosophen und Wissenschaftler seit der Antike. Aristoteles glaubte also, dass sich Objekte im Raum nur bewegen, weil es einen äußeren Einfluss auf sie gibt. Wenn dieser Effekt gestoppt wird, hört der Körper sofort auf. Viele antike griechische Philosophen glaubten, dass der natürliche Zustand aller Körper Ruhe ist.
Mit dem Aufkommen des New Age begannen viele Wissenschaftler, die Bewegungsgesetze in der Mechanik zu studieren. Es sollten Namen wie Huygens, Hooke und Galileo erwähnt werden. Letzterer entwickelte einen wissenschaftlichen Ansatz zur Erforschung von Naturphänomenen und entdeckte tatsächlich das erste Hauptgesetz der Mechanik, das jedoch nicht seinen Nachnamen trägt.
1687 wurde eine wissenschaftliche Veröffentlichung veröffentlicht, verfasst vonEngländer Isaac Newton. In seiner wissenschaftlichen Arbeit formulierte er klar die Grundgesetze der Bewegung von Körpern im Raum, die zusammen mit dem Gesetz der universellen Gravitation die Grundlage nicht nur der Mechanik, sondern der gesamten modernen klassischen Physik bildeten.
Über die Newtonschen Gesetze
Sie werden auch die Gesetze der klassischen Mechanik genannt, im Gegensatz zur relativistischen, deren Postulate Anfang des 20. Jahrhunderts von Albert Einstein aufgestellt wurden. In der ersten gibt es nur drei Hauptgesetze, auf deren Grundlage der gesamte Zweig der Physik basiert. Sie heißen so:
- Trägheitsgesetz.
- Das Gesetz vom Zusammenhang zwischen Kraft und Beschleunigung.
- Das Gesetz von Aktion und Reaktion.
Warum sind diese drei Gesetze die wichtigsten? Es ist einfach, jede Formel der Mechanik kann daraus abgeleitet werden, aber kein theoretisches Prinzip führt zu einer von ihnen. Diese Gesetze folgen ausschließlich aus zahlreichen Beobachtungen und Experimenten. Ihre Gültigkeit wird durch die Zuverlässigkeit der mit ihrer Hilfe gewonnenen Vorhersagen bei der Lösung verschiedener Probleme in der Praxis bestätigt.
Trägheitsgesetz
Newtons erstes Gesetz in der Mechanik besagt, dass jeder Körper ohne äußeren Einfluss in jedem Trägheitsbezugssystem einen Zustand der Ruhe oder geradlinigen Bewegung beibehält.
Um dieses Gesetz zu verstehen, muss man das Meldesystem verstehen. Es wird nur dann als Trägheit bezeichnet, wenn es das angegebene Gesetz erfüllt. Mit anderen Worten, im Inertialsystem gibt es keineEs gibt fiktive Kräfte, die von Beobachtern gefühlt würden. Beispielsweise kann ein System, das sich gleichmäßig und geradlinig bewegt, als träge betrachtet werden. Andererseits ist ein System, das sich gleichmäßig um eine Achse dreht, nicht träge, da in ihm eine fiktive Zentrifugalkraft vorhanden ist.
Das Trägheitsgesetz legt fest, warum sich die Art der Bewegung ändert. Dieser Grund ist das Vorhandensein einer äußeren Kraft. Beachten Sie, dass mehrere Kräfte auf den Körper wirken können. In diesem Fall müssen sie gemäß der Vektorregel hinzugefügt werden. Wenn die resultierende Kraft gleich Null ist, setzt der Körper seine gleichmäßige Bewegung fort. Es ist auch wichtig zu verstehen, dass es in der klassischen Mechanik keinen Unterschied zwischen der gleichförmigen Bewegung eines Körpers und seinem Ruhezustand gibt.
Zweites Newtonsches Gesetz
Er sagt, dass der Grund für die Veränderung der Art der Bewegung des Körpers im Raum das Vorhandensein einer äußeren Kraft ungleich Null ist, die auf ihn einwirkt. Tatsächlich ist dieses Gesetz eine Fortsetzung des vorherigen. Seine mathematische Schreibweise lautet wie folgt:
F¯=ma¯.
Hierbei ist die Größe a¯ die Beschleunigung, die die Änderungsgeschwindigkeit des Geschwindigkeitsvektors beschreibt, m ist die träge Masse des Körpers. Da m immer größer Null ist, zeigen Kraft- und Beschleunigungsvektor in die gleiche Richtung.
Das betrachtete Gesetz ist auf eine Vielzahl von Phänomenen in der Mechanik anwendbar, zum Beispiel auf die Beschreibung des Prozesses des freien Falls, der Bewegung mit der Beschleunigung eines Autos, des Gleitens eines Balkens entlang einer schiefen Ebene, der Schwingung eines Pendels,Spannung von Federwaagen und so weiter. Man kann mit Sicherheit sagen, dass es das Hauptgesetz der Dynamik ist.
Momentum und Momentum
Wenn Sie sich direkt Newtons wissenschaftlichen Arbeiten zuwenden, sehen Sie, dass der Wissenschaftler selbst den zweiten Hauptsatz der Mechanik etwas anders formuliert hat:
Fdt=dp, wobei p=mv.
Der Wert p heißt Impuls. Viele nennen es fälschlicherweise den Impuls des Körpers. Der Betrag der Bewegung ist eine Eigenschaft der Trägheitsenergie, die dem Produkt aus der Masse des Körpers und seiner Geschwindigkeit entspricht.
Änderung des Impulses um einen Wert dp kann nur durch eine äußere Kraft F erfolgen, die während des Zeitintervalls dt auf den Körper einwirkt. Das Produkt aus Kraft und Einwirkungsdauer nennt man Kraftimpuls oder einfach Impuls.
Wenn zwei Körper kollidieren, wirkt zwischen ihnen eine Kollisionskraft, die den Impuls jedes Körpers ändert, da diese Kraft jedoch in Bezug auf das untersuchte System aus zwei Körpern intern ist, führt sie nicht zu einer Änderung im Gesamtimpuls des Systems. Diese Tatsache wird Impulserh altungssatz genannt.
Drehen mit Beschleunigung
Wendet man das von Newton formulierte Gesetz der Mechanik auf die Rotationsbewegung an, so erhält man folgenden Ausdruck:
M=Iα.
Hier M - Drehimpuls - dies ist ein Wert, der die Fähigkeit der Kraft angibt, eine Drehung im System zu bewirken. Das Kraftmoment errechnet sich als Produkt aus dem Kraftvektor und dem von der Achse nach gerichteten RadiusvektorAnwendungspunkt. Die Größe I ist das Trägheitsmoment. Es hängt wie das Kraftmoment von den Parametern des rotierenden Systems ab, insbesondere von der geometrischen Verteilung der Körpermasse relativ zur Achse. Schließlich ist der Wert α die Winkelbeschleunigung, mit der Sie bestimmen können, um wie viel Bogenmaß pro Sekunde sich die Winkelgeschwindigkeit ändert.
Wenn Sie sich die geschriebene Gleichung genau ansehen und eine Analogie zwischen ihren Werten und Indikatoren aus dem zweiten Newtonschen Gesetz ziehen, erh alten wir ihre vollständige Identität.
Das Gesetz von Aktion und Reaktion
Uns bleibt noch, den dritten Hauptsatz der Mechanik zu betrachten. Wenn die ersten beiden auf die eine oder andere Weise von Newtons Vorgängern formuliert wurden und der Wissenschaftler selbst ihnen nur eine harmonische mathematische Form gab, dann ist das dritte Gesetz die ursprüngliche Idee des großen Engländers. Es heißt also: Kommen zwei Körper in Kraftkontakt, so sind die zwischen ihnen wirkenden Kräfte gleich groß und entgegengesetzt gerichtet. Kurz gesagt können wir sagen, dass jede Aktion eine Reaktion hervorruft.
F12¯=-F21¯.
hier F12¯ und F21¯ - von der Seite des 1. Körpers zum 2. und von der Seite des 2. wirkend bis 1. Stärke.
Es gibt viele Beispiele, die dieses Gesetz bestätigen. Zum Beispiel wird eine Person während eines Sprungs von der Erdoberfläche abgestoßen, letztere drückt ihn nach oben. Dasselbe gilt für das Gehen mit einem Spaziergänger und das Abstoßen von der Beckenwand eines Schwimmers. Ein anderes Beispiel, wenn Sie Ihre Hand auf den Tisch drücken, dann ist das Gegenteil zu spüren.die Wirkung des Tisches auf die Hand, die Reaktionskraft der Stütze genannt wird.
Bei der Lösung von Aufgaben zur Anwendung des dritten Newtonschen Gesetzes sollte man nicht vergessen, dass Aktionskraft und Reaktionskraft auf unterschiedliche Körper wirken und ihnen daher unterschiedliche Beschleunigungen verleihen.
