The dynamický Je to oblast mechaniky, která studuje interakce mezi tělesy a jejich účinky. Zabývá se jejich kvalitativním a kvantitativním popisem a také předpovědí, jak se budou v průběhu času vyvíjet.
Použitím jeho principů je známo, jak se mění pohyb těla při interakci s ostatními, a také, zda jej tyto interakce deformují, protože je zcela možné, že se oba efekty vyskytují současně..
Víra velkého řeckého filozofa Aristotela (384–322 př. N. L.) Převládala jako základ dynamiky na Západě po celá staletí. Myslel si, že objekty se pohybují kvůli nějaké energii, která je tlačí jedním nebo druhým směrem..
Také si všiml, že zatímco je předmět tlačen, pohybuje se konstantní rychlostí, ale když je tlačení zastaveno, pohybuje se stále pomaleji, dokud se nezastaví..
Podle Aristotela byla akce konstantní síly nutná k tomu, aby se něco mohlo pohybovat konstantní rychlostí, ale co se stane je, že tento filozof neměl účinky tření.
Další jeho myšlenkou bylo, že těžší předměty padaly rychleji než lehčí. Byl to velký Galileo Galilei (1564-1642), který experimenty demonstroval, že všechna těla padají se stejným zrychlením bez ohledu na jejich hmotnost, přičemž zanedbávají viskózní účinky..
Ale je to Isaac Newton (1642-1727), nejpozoruhodnější vědec, který kdy žil, který je spolu s Gottfriedem Leibnizem považován za otce moderní dynamiky a matematických výpočtů.
Jeho slavné zákony, formulované během sedmnáctého století, zůstávají stejně platné a čerstvé i dnes. Jsou základem klasické mechaniky, kterou každý den vidíme a ovlivňujeme. Tyto zákony budou brzy projednány.
Rejstřík článků
Dynamika studuje interakci mezi objekty. Při interakci objektů dochází ke změnám v jejich pohybu a také k deformacím. Zvláštní oblast zvaná statická je věnována těm systémům v rovnováze, těm, které jsou v klidu nebo s rovnoměrným přímočarým pohybem..
Použitím principů dynamiky je možné pomocí rovnic předpovědět, jaké budou změny a vývoj objektů v čase. K tomu jsou stanoveny některé předpoklady v závislosti na typu studovaného systému..
Model částic je nejjednodušší začít uplatňovat principy dynamiky. Předpokládá se, že studovaný objekt má hmotu, ale žádné rozměry. Proto může být částice malá jako elektron nebo velká jako Země nebo Slunce..
Chcete-li sledovat vliv velikosti na dynamiku, je třeba vzít v úvahu velikost a tvar objektů. Model, který to bere v úvahu, je model tuhého tělesa, tělesa s měřitelnými rozměry složeného z mnoha částic, které se však nedeformuje působením sil.
A konečně, mechanika spojitého média bere v úvahu nejen rozměry objektu, ale také jeho konkrétní vlastnosti, včetně schopnosti deformovat se. Kontinuální média zahrnují tuhé i netuhé pevné látky i kapaliny.
Klíčem k pochopení toho, jak funguje dynamika, je úplné pochopení Newtonových zákonů, které kvantitativně spojují síly působící na tělo se změnami jeho stavu pohybu nebo odpočinku..
Říká to:
Když se čistá síla na objekt rovná nule, bude objekt pokračovat v klidu, pokud byl v klidu. A pokud se pohybovalo, bude jeho pohyb přímočarý a konstantní rychlostí.
První část prohlášení vypadá docela zjevně, protože je zřejmé, že předmět v klidu tak zůstane, pokud nebude narušen. A k tomu je nutná síla.
Na druhou stranu skutečnost, že objekt pokračuje v pohybu, i když je čistá síla na něj nulová, je o něco obtížnější přijmout, protože se zdá, že by předmět mohl zůstat v pohybu neurčitě. A každodenní zkušenost nám říká, že dříve či později se věci zpomalí.
Odpověď na tento zjevný rozpor je ve tření. Pokud by se objekt měl pohybovat na dokonale hladkém povrchu, mohl by to dělat na neurčito, za předpokladu, že žádná jiná síla nezmění pohyb.
Jelikož není možné úplně vyloučit tření, je situace, kdy se těleso pohybuje neomezeně konstantní rychlostí, idealizací.
Nakonec je důležité si uvědomit, že i když je čistá síla nulová, nemusí to nutně představovat úplnou absenci sil na objekt..
Objekty na zemském povrchu vždy zažívají gravitační přitažlivost. Kniha v klidu spočívající na stole tak zůstává, protože povrch stolu vyvíjí sílu, která působí proti hmotnosti.
Newtonův první zákon stanoví, co se stane s objektem, na kterém je čistá nebo výsledná síla nulová. Nyní základní zákon dynamiky nebo druhý Newtonův zákon naznačuje, co se stane, když se čistá síla nezruší:
Pokud je vnější síťová síla F působí na objekt o hmotnosti m, zažije zrychlení úměrné síle a ve stejném směru. Matematicky:
Fsíť = mna.
Ve skutečnosti platí, že čím větší je použitá síla, tím větší je změna rychlosti objektu. A pokud je stejná síla aplikována na objekty různých hmot, největší změny zažijí objekty, které jsou lehčí a snáze se pohybují. Každodenní zkušenost s těmito tvrzeními souhlasí.
Newtonovy první dva zákony odkazují na jeden objekt. Ale třetí zákon odkazuje dva předměty. Pojmenujeme je objekt 1 a objekt 2:
Když dva objekty interagují, síly, které na sebe působí, jsou vždy stejné jak ve velikosti, tak ve směru, ale v opačném směru, který je v matematické formě vyjádřen následovně:
F12 = -Fdvacet jedna
Ve skutečnosti, kdykoli je tělo ovlivněno silou, je to proto, že za jeho způsobení je odpovědné jiné. Takže objekty na Zemi mají váhu, protože je přitahuje směrem ke středu. Elektrický náboj je odpuzován jiným nábojem stejného znaménka, protože na první působí odpudivou sílu, a tím.
V dynamice existuje několik veličin, které jsou během pohybu konzervovány a jejichž studium je zásadní. Jsou jako pevný sloup, ke kterému je možné se připojit k řešení problémů, ve kterých se síly mění velmi složitým způsobem..
Příklad: právě když se dvě vozidla srazí, interakce mezi nimi je velmi intenzivní, ale krátká. Tak intenzivní, že není třeba brát v úvahu žádné další síly, proto lze vozidla považovat za izolovaný systém.
Popis této intenzivní interakce však není snadný úkol, protože zahrnuje síly, které se mění v čase i v prostoru. Avšak za předpokladu, že vozidla tvoří izolovaný systém, jsou síly mezi nimi vnitřní a hybnost je zachována..
Zachováním hybnosti je možné předpovědět, jak se vozidla budou pohybovat hned po srážce.
Zde jsou dva z nejdůležitějších principů ochrany v Dynamics:
V přírodě existují dva typy sil: konzervativní a nekonzervativní. Hmotnost je dobrým příkladem toho prvního, zatímco tření je dobrým příkladem toho druhého..
Konzervativní síly se vyznačují tím, že poskytují možnost akumulace energie v konfiguraci systému. Je to takzvaná potenciální energie.
Když má tělo potenciální energii díky působení konzervativní síly, jako je hmotnost, a jde do pohybu, je tato potenciální energie přeměněna na kinetickou energii. Součet obou energií se nazývá mechanická energie systému a je ta, která je zachována, to znamená, že zůstává konstantní.
Být NEBO potenciální energie, K. kinetická energie a Am mechanická energie. Pokud na objekt působí pouze konzervativní síly, je pravda, že:
Am = U + K = konstantní
Proto:
Am počáteční = Em finále
Tento princip platí nejen při srážce dvou vozidel. Je to zákon fyziky s rozsahem, který přesahuje makroskopický svět.
Hybnost je zachována na úrovni sluneční, hvězdné a galaxické soustavy. A dělá to také v měřítku atomu a atomového jádra, a to navzdory skutečnosti, že tam Newtonova mechanika přestává platit.
Být P vektor hybnosti daný:
P = m.proti
Driftování P s ohledem na čas:
dP / dt = d [m.proti] / dt
Pokud hmotnost zůstává konstantní:
dP / dt = m dproti/ dt = m.na
Můžeme tedy napsat druhý Newtonův zákon takto:
Fsíť = dP / dt
Pokud dvě těla m1 a mdva tvoří izolovaný systém, síly mezi nimi jsou vnitřní a podle třetího Newtonova zákona jsou stejné a opačné F1 = -Fdva, je splněno, že:
dP1 / dt = - dPdva/ dt → d [P1 + Pdva] / dt = 0
Pokud je derivace s ohledem na čas velikosti nula, znamená to, že velikost zůstává konstantní. V izolovaném systému lze tedy konstatovat, že hybnost systému je zachována:
P1 + Pdva = konstantní
I tak, P1 Y Pdva mohou se individuálně lišit. Hybnost systému lze přerozdělit, ale důležité je, že jeho součet zůstane nezměněn.
V dynamice existuje mnoho důležitých konceptů, ale dva z nich vynikají: hmotnost a síla. Na sile již dříve a níže komentované je seznam s nejvýznamnějšími koncepty, které se vedle ní objevují při studiu dynamiky:
Vlastností objektů je odolat změnám v jejich klidovém nebo pohybovém stavu. Všechny předměty s hmotou mají setrvačnost a dochází k ní velmi často, například když cestujete ve zrychlovacím voze, cestující mají tendenci zůstat v klidu, což je vnímáno jako pocit přilepení k opěradlu sedadla..
A pokud se vůz náhle zastaví, cestující mají tendenci padat naplocho na obličej po pohybu dopředu, který měli dříve, proto je důležité vždy používat bezpečnostní pásy.
Hmotnost je míra setrvačnosti, protože čím větší je hmotnost těla, tím obtížnější je s ním pohybovat nebo způsobit jeho změnu pohybu. Hmotnost je skalární veličina, to znamená, že k určení hmotnosti těla je nutné zadat číselnou hodnotu plus vybranou jednotku, kterou mohou být kilogramy, libry, gramy a další..
Váha je síla, s níž Země přitahuje objekty blízko svého povrchu směrem ke středu..
Protože se jedná o sílu, váha má vektorový charakter, proto je zcela specifikována, když je uvedena její velikost nebo číselná hodnota, její směr a její smysl, který již víme, že je svisle dolů..
I když tedy souvisejí, váha a hmotnost nejsou stejné, dokonce ani ekvivalentní, protože první je vektor a druhý skalární.
Popis pohybu se může lišit v závislosti na zvoleném odkazu. Ti, kteří jdou ve výtahu, jsou v klidu podle pevného referenčního rámu, ale viděni pozorovatelem na zemi, cestující se pohybují.
Pokud tělo zažije pohyb kolem jednoho referenčního rámce, ale je v klidu v jiném, Newtonovy zákony nemohou platit pro oba. Ve skutečnosti platí Newtonovy zákony pro určité referenční rámce: ty, které jsou setrvačné.
V inerciální referenční rámce, těla se nezrychlují, pokud nejsou nějakým způsobem narušena - působením síly-.
Fiktivní síly nebo pseudosíly se objeví, když je analyzován pohyb těla ve zrychleném referenčním rámci. Rozlišuje se fiktivní síla, protože není možné identifikovat agenta odpovědného za její vzhled.
Odstředivá síla je dobrým příkladem fiktivní síly. Skutečnost, že to není, to však nijak nezmenšuje pro ty, kteří to zažívají, když nastupují do svých vozů a mají pocit, že je ze zatáčky tlačí neviditelná ruka..
Tento důležitý vektor již byl zmíněn dříve. Objekt zažívá zrychlení, pokud existuje síla, která mění jeho rychlost.
Když síla působí na objekt a mění svou polohu, síla udělala práci. A tato práce může být uložena ve formě energie. Proto se na objektu pracuje, díky čemuž získává energii.
Následující příklad objasňuje pointu: Předpokládejme, že osoba zvedne hrnec v určité výšce nad úrovní terénu.
K tomu musí použít sílu a překonat gravitaci, proto pracuje na hrnci a tato práce je uložena ve formě gravitační potenciální energie v hrnci, úměrná jeho hmotnosti a výšce, kterou dosáhla nad podlahou:
U = m.g.h.
Kde m je hmota, G je to gravitace a h Je výška. Co může hrnec udělat, až je par h? Mohlo by to spadnout a jak klesá, gravitační potenciální energie, kterou má, klesá, zatímco kinetická nebo pohybová energie se zvyšuje..
Aby síla fungovala, musí vyprodukovat posun, který musí být rovnoběžný se silou. Pokud se tak nestane, síla stále působí na objekt, ale nepracuje na něm..
Newtonův první zákon.
Druhý Newtonův zákon.
Newtonův třetí zákon.
Zákon zachování hmoty.
Zatím žádné komentáře