Dynamics History, Aké štúdie, zákony a teórie

Ten dynamika Je to oblasť mechaniky, ktorá študuje interakcie medzi telom a ich účinkami. Zaoberá sa ich kvalitatívne a kvantitatívne opisovaním, okrem predpovedania, ako sa budú postupovať v priebehu času.

Pri použití svojich zásad je známe, ako sa pohyb tela modifikuje pri interakcii s ostatnými, a tiež ak ho tieto interakcie zdeformujú, pretože je úplne možné, že oba účinky sa vyskytnú súčasne.

postava 1. Cyklistické interakcie modifikujú svoj pohyb. Zdroj: Pixabay.

Viera veľkého gréckeho filozofa Aristotela (384-322 k.C.) prevládal ako základ dynamiky na Západe po stáročia. Myslel si, že objekty sa pohybovali kvôli určitému druhu energie, ktorá ich tlačila jedným alebo druhým smerom.

Tiež poznamenal, že zatiaľ čo objekt je tlačený, pohybuje sa konštantnou rýchlosťou, ale keď prestane tlačiť, pohybuje sa čoraz pomalšie, až kým sa nezastaví.

Podľa Aristotela bolo potrebné pôsobenie konštantnej sily, aby sa zabezpečilo, že niečo sa pohybuje konštantnou rýchlosťou, ale to, čo sa stane, je to, že tento filozof nemal účinky trenia.

Ďalšou myšlienkou bolo, že najťažšie objekty padli rýchlejšie ako najľahšie. To bol veľký Galileo Galilei (1564-1642), ktorý s experimentmi demonštroval, že všetky telá padajú s rovnakým zrýchlením bez ohľadu na ich masu a pohŕdajú viskózne účinky.

Je to však Isaac Newton (1642-1727), najvýznamnejší vedec, ktorý doteraz žil, ktorý je považovaný za otca modernej dynamiky a matematického výpočtu, spolu s Gottfriedom Leibnizom.

Obrázok 2. Isaac Newton v roku 1682 od Godfrey Kneller. Zdroj: Wikimedia Commons.

Jeho slávne zákony, formulované počas sedemnásteho storočia, si dnes zachovávajú rovnakú platnosť a čerstvosť. Predstavujú základ klasickej mechaniky, ktorú každý deň vidíme a ovplyvňuje nás. O týchto zákonoch sa bude diskutovať čoskoro.

[TOC]

Aké štúdie dynamika?

Interakcia štúdie dynamiky medzi objektmi. Keď objekty interagujú, existujú zmeny v ich pohybe a deformáciách. Konkrétna oblasť nazývaná statická, je venovaná týmto systémom v rovnováhe, ktoré sú v pokoji alebo s rovnomerným priamym pohybom.

Aplikácia princípov dynamiky je možné predpovedať prostredníctvom rovníc, aké budú zmeny a vývoj objektov v čase. Z tohto dôvodu sú stanovené niektoré predpoklady podľa typu systému, ktorý chcete študovať.

Častice, tuhé pevné látky a nepretržité prostriedky

Model častíc je najjednoduchší na začatie uplatňovania zásad dynamiky. Predpokladá sa, že objekt, ktorý sa má študovať, má hmotnosť, ale nie rozmery. Preto môže byť častica taká malá ako elektrón alebo je rovnako veľký ako zem alebo slnko.

Ak chcete pozorovať účinok veľkosti dynamiky, je potrebné zvážiť veľkosť a tvar objektov. Model, ktorý to berie do úvahy, je model pevnej pevnej látky, tela s merateľnými rozmermi zloženými z mnohých častíc, ale to nie je deformované pod účinkami síl.

Nakoniec, nepretržitá mediálna mechanika zohľadňuje nielen rozmery objektu, ale aj ich konkrétne charakteristiky vrátane schopnosti deformovať. Kontinuálne tuhé pevné látky a tie, ktoré nie sú, okrem tekutín.

Newtonove zákony

Kľúč k pochopeniu toho, ako dynamika funguje, je úplné pochopenie Newtonových zákonov, ktoré kvantitatívne spájajú sily, ktoré pôsobia na tele so zmenami v ich stave alebo odpočinku.

Newtonov prvý zákon

Vysvetlenie prvého zákona Newtona. Zdroj: Self Made.

Hovorí áno:

Keď sa čistá sila na objekt rovná nule, objekt bude pokračovať v pokoji, ak bol v pokoji. A ak sa pohyboval, jeho pohyb bude priamy a neustále.

Prvá časť vyhlásenia vyzerá celkom zjavne, pretože je zrejmé, že objekt v pokoji zostane takto, pokiaľ nie je narušený. A preto je potrebná sila.

Môže vám slúžiť: Demokritus atómový model: pozadie, charakteristiky, postuláty

Na druhej strane, skutočnosť, že objekt zostáva v pohybe, aj keď je na ňu nulová, je trochu ťažšia, pretože sa zdá, že objekt by mohol byť v pohybe na neurčito. A každodenné skúsenosti nám hovorí, že veci skôr alebo neskôr prestanú.

Reakcia na tento zjavný rozpor je v trení. Ak by sa objekt pohyboval na dokonale hladkom povrchu, mohol by to urobiť neurčito v prípade, že žiadna iná sila nemení pohyb.

Pretože nie je možné úplne odstrániť trenie, situácia, v ktorej sa telo pohybuje neurčito konštantnou rýchlosťou, je idealizácia.

Nakoniec je dôležité poznamenať, že hoci je čistá sila nula, nemusí to nevyhnutne predstavovať úplnú neprítomnosť síl na objekte.

Objekty na zemskom povrchu vždy zažívajú gravitačnú príťažlivosť. Zostavalá kniha podporovaná na stole zostáva takto, pretože povrch tabuľky vyvíja silu, ktorá pôsobí proti hmotnosti.

Druhý zákon Newtonu

Vysvetlenie Newtonovho druhého zákona. Zdroj: Self Made.

V prvom Newtonovom zákone sa zistí, čo sa stane s objektom, na ktorom je sieť alebo výsledná sila neplatná. Teraz základný zákon Newtonovej dynamiky alebo druhého zákona naznačuje, čo sa stane, keď sa čistá sila nezrušuje:

Ak externá sieťová sila F Pôsobí na predmet hmotnosti m, zažije zrýchlenie úmernú sile a rovnakým smerom. Matematicky:

F_Slepo = mdo.

Čím väčšia je aplikovaná sila, tým väčšia je zmena rýchlosti objektu. A ak sa rovnaká sila vzťahuje na objekty rôznych hmôt, hlavné zmeny zažijú ľahší a ľahšie sa pohybujú. Denná skúsenosť s týmito tvrdeniami súhlasí.

Newtonov tretí zákon

Vesmírna raketa dostáva potrebný pohon vďaka plynným vylúčeným. Zdroj: Pixabay.

Prvé dva zákony Newtona sa vzťahujú na jeden objekt. Ale tretí zákon sa týka dva predmet. Vymenujeme ich objekt 1 a objekt 2:

Interakciou dvoch objektov sú sily, ktoré sa navzájom vyvíjajú, vždy rovnaké ako v rozsahu aj v smere, ale opačného významu, ktoré sa matematickým spôsobom vyjadrujú takto:

F₁₂ = -F_{dvadsaťjeden}

V skutočnosti, vždy, keď je telo ovplyvnené silou, je to preto, že existuje iná, ktorá je zodpovedná za jeho spôsobenie. Preto objekty na Zemi majú váhu, pretože ich priťahuje do ich stredu. Elektrický náboj je odrazený iným zaťažením toho istého znamenia, pretože na prvom, a teda vyvíja odpudzovaciu silu, a teda.

Obrázok 3. Zhrnutie Newtonovho zákona. Zdroj: Wikimedia Commons. Hugo4914 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)].

Ochrana

V dynamike existuje niekoľko množstiev, ktoré sa počas pohybu zachovávajú a ktorých štúdium je zásadné. Sú ako solídny stĺpec, do ktorého je možné vyriešiť problémy, v ktorých sa sily líšia od veľmi zložitých spôsobov.

Príklad: Len keď sa zrazia dve vozidlá, interakcia medzi nimi je veľmi intenzívna, ale krátka. Tak intenzívne, že je potrebné zohľadniť iné sily, preto sa vozidlá môžu považovať za izolovaný systém.

Opis tejto intenzívnej interakcie však nie je ľahká úloha, pretože ide o sily, ktoré sa časom líšia a tiež vo vesmíre. Avšak za predpokladu, že vozidlá tvoria izolovaný systém, sily medzi nimi sú vnútorné a množstvo pohybu je zachované.

Môže vám slúžiť: Ortonormálna základňa: Vlastnosti, príklady a cvičenia

Udržiavanie množstva pohybu je možné predpovedať, ako sa vozidlá budú pohybovať hneď po zrážke.

Nižšie sú uvedené dva z najdôležitejších zásad ochrany v dynamike:

Uchovávanie energie

V prírode sa vyznačujú dva typy síl: konzervatívne a nekonzervatívne. Hmotnosť je dobrým príkladom prvého, zatiaľ čo trenie je druhé.

Konzervatívne sily sú charakterizované, pretože poskytujú možnosť ukladania energie v konfigurácii systému. Je tak -zavolaná potenciálna energia.

Keď má telo potenciálnu energiu vďaka pôsobeniu konzervatívnej sily, ako je hmotnosť a vstup do pohybu, takáto potenciálna energia sa stáva kinetickou energiou. Súčet oboch energií sa nazýva mechanická energia systému a je zachovaná, to znamená, že zostáva konštantná.

Byť Alebo Potenciálna energia, Klimatizovať kinetická energia a A_m Mechanická energia. Ak konáte na konzervatívnych silách na objekte, splní sa to:

A_m = U + k = konštanta

Preto:

A_{m počiatočný} = E_{m Konečný}

Zachovanie množstva pohybu

Tento princíp sa uplatňuje nielen vtedy, keď sa zrazia dve vozidlá. Je to zákon fyziky s rozsahom, ktorý presahuje makroskopický svet.

Množstvo pohybu sa zachováva na úrovni slnečných, hviezdnych a galaxických systémov. A tiež to robí v atómovom a atómovom jadre, napriek tomu, že tam newtonovskí mechanici prestáva platiť.

Byť P Vektorové množstvo pohybu dané:

P = m.vložka

Odvodenie P Pokiaľ ide o čas:

dP /dt = d [m.vložka]/dt

Ak cesto zostáva konštantné:

dP /dt = m dvložka/dt = m.do

Preto môžeme týmto spôsobom napísať Newtonov druhý zákon:

F_Slepo = dP /dt

Ak dve telá m₁ a m₂ Vytvárajú izolovaný systém, sily medzi nimi sú interné a podľa Newtonovho zákona sú rovnaké a opak F₁ = -F₂, splniť to:

dP₁ /dt = - dP₂/DT → D [P₁ + P₂]/dt = 0

Ak je derivát vzhľadom na čas veľkosti nula, znamená to, že takáto veľkosť zostáva konštantná. Preto v izolovanom systéme je možné potvrdiť, že sa zachuje množstvo pohybu systému:

P₁ + P₂ = konštantný

Aj tak, P₁ a P₂ Môžu sa líšiť individuálne. Množstvo pohybu systému je možné prerozdeliť, ale záleží na tom, že jeho suma zostáva nezmenená.

Začali koncepty v dynamike

V dynamike je veľa dôležitých konceptov, ale dvaja z nich vynikajú: hmotnosť a sila. Na sile, ktorá už bola spomenutá predtým a potom, existuje zoznam najvýznamnejších konceptov, ktoré sa s ním objavujú pri štúdiu dynamiky:

Zotrvačnosť

Je to vlastnosť, ktorú musia objekty odolať zmenám v stave odpočinku alebo pohybu. Všetky objekty s hmotnosťou majú zotrvačnosť a sú veľmi často, napríklad pri cestovaní v aute, ktoré sa zrýchľuje, cestujúci majú tendenciu zostať v pokoji, čo je vnímané ako pocit držania sa zálohovania sedadiel.

A ak sa auto ostro zastaví, cestujúci majú tendenciu opustiť Bruces, po pohybe vpred, ktorý predtým mali, takže je dôležité vždy nosiť bezpečnostné pásy.

Obrázok 4. Pri cestovaní autom Inertia nás núti ísť z Bruces, keď auto ostro brzdí. Zdroj: Pixabay.

Masa

Hmotnosť je miera zotrvačnosti, pretože čím väčšia je hmotnosť tela, tým ťažšie je pohnúť alebo urobiť zmenu pohybu. Hmotnosť je skalárne množstvo, to znamená, že na špecifikáciu hmotnosti tela je potrebné dať číselnej hodnote plus vybranú jednotku, ktorou môžu byť kilogramy, libry, gramy a ďalšie.

Môže vám slúžiť: Lenzov zákon: vzorec, rovnice, aplikácie, príklady

Váha

Hmotnosť je sila, s ktorou Zem priťahuje do svojho stredu predmety, ktoré sú blízko jeho povrchu.

Pretože je to sila, hmotnosť je vektor, preto je úplne špecifikovaná, keď je uvedená jeho veľkosť alebo numerická hodnota, jeho smer a jej význam, o ktorom už vieme, že je zvisle smerom nadol.

Aj keď to súvisí, hmotnosť a hmotnosť nie sú rovnaké, dokonca ani ekvivalentné, pretože prvý je vektor a druhý skalár.

Referenčné systémy

Opis pohybu sa môže líšiť v závislosti od zvolenej referencie. Tí, ktorí idú hore vo výťahu, sú v pokoji podľa súboru pevného odkazu na tento.

Ak telo zažije pohyb týkajúci sa referenčného rámca, ale v inom je v pokoji, Newtonove zákony nie je možné uplatniť na oboch. Newtonove zákony sa v skutočnosti vzťahujú na určité referenčné systémy: tie, ktoré sú zotrvačné.

V inerciálne referenčné systémy, Telá sa neurcherujú, pokiaľ nie sú nejakým spôsobom narušené -strašideli silu-.

Fiktívne sily

Fiktívne alebo pseudo-sily sa objavia, keď sa pohyb tela analyzuje v zrýchlenom referenčnom rámci. Fiktívna sila sa vyznačuje, pretože nie je možné identifikovať agenta zodpovedného za jeho vzhľad.

Centrifugálna sila je dobrým príkladom fiktívnej sily. Skutočnosť, že je, však neznamená, že je to menej skutočné pre tých, ktorí to prežívajú, keď sa otočia vo svojich autách a majú pocit, že ich neviditeľná ruka vytlačí z krivky.

Zrýchlenie

Tento dôležitý vektor už bol spomenutý už predtým. Objekt zažíva zrýchlenie, pokiaľ existuje sila, ktorá mení jej rýchlosť.

Práca a energia

Keď sila koná na objekt a zmení svoju pozíciu, sila vykonala prácu. A táto práca je možné uložiť do energetickej formy. Preto sa práca vykonáva na objekte, vďaka ktorej získava energiu.

Nasledujúci príklad objasňuje bod: Predpokladajme, že osoba zdvihne hrniec v určitej výške nad úrovňou podlahy.

Aby ste to dosiahli, musíte uplatniť silu a prekonať gravitáciu, preto vykonáva prácu na hrnci a táto práca sa ukladá vo forme gravitačného potenciálneho energie v hrnci, úmerná jej hmotnosti a vo výške, ktorú natiahla podlaha:

U = m.g.h

Kde m Je to cesto, g Je to gravitácia a h Je výška. Čo môže hrniec urobiť, keď bude robiť h? Mohlo by to spadnúť a ako klesá, gravitačná potenciálna energia, ktorú klesá, zatiaľ čo kinetická alebo pohybová energia sa zvyšuje.

Na to, aby si sila vykonávala prácu, je potrebné vyprodukovať posunutie, ktoré musí byť rovnobežné so silou. Ak sa tak nestane, sila stále pôsobí na objekt, ale na ňom nefunguje.

Súvisiace témy

Newtonov prvý zákon.

Druhý zákon Newtonu.

Newtonov tretí zákon.

Zákon o ochrane vecí.

Odkazy

1. Bauer, w. 2011. Fyzika pre inžinierstvo a vedy. Zväzok 1. MC Graw Hill.
2. Figueroa, D. 2005. Séria: Fyzika pre vedu a inžinierstvo. Zväzok 2. Dynamika. Editoval Douglas Figueroa (USB).
3. Giancoli, D.  2006. Fyzika: Princípy s aplikáciami. 6. ... Ed Prentice Hall.
4. Hewitt, Paul. 2012. Koncepčná fyzická veda. 5. Edimatizovať. Pearson.
5. Kirkpatrick, L. 2007. Fyzika: pohľad na svet. 6. skrátene vydanie. Učenie sa.
6. Rytier, r.  2017. Fyzika pre vedcov a inžinierstvo: Strategický prístup.  Pearson.
7. Wikipedia. Dynamika. Obnovené z: je.Wikipedia.orgán.