ВВЕДЕНИЕ Теория Задания Приложения Ученые


ЗаконыНьютона. Принцип относительностиГалилея



Динамика – раздел механики, изучающий законы взаимодействия тел. В природе известны четыре фундаментальных взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Проявления первых двух взаимодействий наблюдаются непосредственно органами чувств человека, в то время как сильные и слабые взаимодействия управляют процессами, происходящими в глубинах ядер атомов, и прямому наблюдению недоступны.

Гравитационное взаимодействие (ГВ) присуще всем без исключения материальным объектам во Вселенной и проявляется в притяжении тел друг к другу. ГВ действует на больших расстояниях.

Электромагнитное взаимодействие (ЭМВ) определяет структуру атомов и молекул всех веществ. Поэтому опосредованным образом именно электромагнитное взаимодействие определяет свойства и поведение всех окружающих нас тел. ЭМВ, как и ГВ, обладает свойством дальнодействия.



Сильное взаимодействие (СВ) определяет структуру фундаментальных частиц материи – протонов и нейтронов, а также структуруядер атомов. Характерной особенностью СВ является то, что оно проявляется только на очень малых расстояниях порядка размеров ядер атомов 10–15 м.



Слабое взаимодействие (СлВ)специфическое взаимодействие, присущее элементарным частицам и обуславливающее их распады (в частности, распад нейтрона). При низких энергиях СлВ имеет короткодействующий характер с радиусом действия порядка 10–17 м. При очень больших энергиях (доступных только на новейших ускорителях) СлВ объединяется с ЭМВ в единое электрослабое взаимодействие.



Фундаментальные взаимодействия между телами порождают силы взаимодействия – силу тяжести, магнитную силу, действующую на провод с током, силу трения, выталкивающую силу и т.д. Таким образом, сила есть количественная характеристика взаимодействия между телами. В реальной жизни человек непосредственно сталкивается с силами, порождаемыми мускульными усилиями и действием разного рода механизмов, с силами трения между телами, упругими силами и т.п.



Из опыта можно установить следующие общие свойства сил: Сила характеризуется как величиной, так и направлением, т.е. является вектором. Силы порождаются взаимодействием не менее двух тел. Если тело А действует на тело Б, то и тело Б действует на тело А. Если на тело А действует несколько сил со стороны других тел, то полная сила, действующая на А, получается по правилу векторного сложения (принцип суперпозиции сил). Сила заставляет тело либо деформироваться, либо двигаться с ускорением.



Основополагающие законы классической механики были установлены И. Ньютоном.

Первый законНьютона



Если сумма всех негравитационных сил, действующих на тело, равна нулю, то существует такая система отсчета, относительно которой поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость неизменной. Такая система отсчета называется инерциальной системой отсчета (ИСО). Иногда первый закон Ньютона называют законом инерции, а равномерное движение тела относительно ИСО называют движением по инерции.

Реализация ИСО – система отсчета, свободно падающая в однородном гравитационном поле. Так как невозможно создать однородное гравитационное поле во всем пространстве, то всякая свободно падающая в данном гравитационном поле система является инерциальной лишь с определенной точностью, зависящей от того, насколько неоднородно данное гравитационное поле.

Любая система отсчета, движущаяся относительно ИСО равномерно и прямолинейно, также является инерциальной. Таким образом, существует бесконечно много ИСО, которые движутся относительно друг друга с неизменными по величине и направлению скоростями.



Понятие массы

Масса тела m является количественной характеристикой инертности тела, т.е. его способности ускоряться под действием заданных сил. Метод измерения массы – взвешивание на рычажных весах (сравнение с эталоном). Единицей измерения массы в СИ является килограмм (кг).



Второй законНьютона



В ИСО ускорение тела пропорционально полной силе, действующей на тело, и обратно пропорционально массе тела:

F = ma


Учитывая, что a = dv / dt, можно записать второй закон Ньютона в дифференциальной форме:

F = mdV / dt

Иначе этот же закон можно записать в виде:

F = md2r / dt2

Следует подчеркнуть, что смысл второго закона Ньютона заключается в том, что он определяет динамический принцип классической физики: ускорение тела определяется действующими на него силами, которые, в свою очередь, независимым образом определяются из опыта. Встречающаяся иногда формулировка второго закона Ньютона в виде: сила равна произведению массы тела на его ускорение – искажает физический смысл этого закона.

Единицей измерения силы является ньютон (Н), так что размерность силы [F] = [Н].



Третий законНьютона



Для любой пары взаимодействующих тел сила F12, действующая со стороны первого тела на второе, равна по величине и противоположна по направлению силе F21, действующей со стороны второго тела на первое. Следует помнить, что эти силы приложены к разным телам!



Принцип относительностиГалилея



Преобразования Галилея (см. Кинематика равномерного поступательного движения) определяют, как преобразуются координаты и время события при переходе от одной ИСО к другой. Опыт показывает, что механические явления протекают одинаково, независимо от того, с какой постоянной скоростью движется лаборатория. Этот фундаментальный закон природы носит название принципа относительности Галилея и может быть сформулирован следующим образом.

Все законы классической механики не меняют своего вида при переходе от одной ИСО к другой, т.е. законы механики инвариантны (не меняют своего вида) относительно преобразований Галилея.

Наверх

ВВЕДЕНИЕ | Теория | Задания | Приложения | Ученые