ДИНАМИКА: ИСТОРИЈА, ОНО ШТО ПРОУЧАВА, ЗАКОНИ И ТЕОРИЈЕ - ФИЗИЧКИ - 2025

Динамичан је област механике који проучава интеракцију између тела и њихових ефеката. Бави се њиховим квалитативним и квантитативним описом, као и предвиђањем како ће се они развијати током времена.

Примјеном његових принципа познато је како се кретање тијела мијења при интеракцији с другима, а такођер и ако га те интеракције деформирају, јер је сасвим могуће да се оба ефекта јаве истовремено.

Слика 1. Интеракције бициклиста модификују њихово кретање. Извор: Пикабаи.

Веровања великог грчког филозофа Аристотела (384-322 пр.н.е.) вековима су преовладавала као темељ динамике на Западу. Мислио је да се предмети крећу због неке врсте енергије која их је гурала у једном или другом смеру.

Такође је приметио да док се неки предмет гура, он се креће константном брзином, али када је гурање заустављено, он се креће све спорије и док се не заустави.

Према Аристотелу, деловање константне силе било је потребно да се нешто креће константном брзином, али оно што се догађа је да овај филозоф није имао ефекте трења.

Друга његова идеја била је да тежи предмети падају брже од лакших. Велики Галилео Галилеи (1564-1642.) Показао је експериментима да сва тела падају истим убрзањем без обзира на њихову масу, занемарујући вискозне ефекте.

Али Исаац Невтон (1642-1727), најзнаменитији научник који је икада живео, који се сматра оцем модерне динамике и математичког израчуна, заједно са Готтфриедом Леибнизом.

Слика 2. Исаац Невтон 1682. Годфреи Кнеллер. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Њени познати закони, формулисани током 17. века, и данас остају исто тако важећи и свежи. Они су темељ класичне механике, на коју свакодневно виђамо и утичу на нас. О овим законима ће се ускоро расправљати.

Шта проучава динамика?

Динамика проучава интеракцију између објеката. Када објекти међусобно делују, долази до промена у њиховом кретању и деформација. Посебно подручје које се назива статичко посвећено је оним системима који су у равнотежи, онима који су у мировању или са равномерним правоугаоним кретањем.

Примјеном принципа динамике могуће је помоћу једначина предвидјети шта ће бити промјене и еволуција објеката у времену. Да би се то постигло, утврђују се неке претпоставке зависно од врсте система који се проучава.

Честице, круте чврсте супстанце и непрекидни медијуми

Модел честица је најједноставнији за почетак примене принципа динамике. У њему се претпоставља да предмет који се проучава има масу, али без димензија. Стога честица може бити мала као електрон или велика као Земља или Сунце.

Када желите да посматрате утицај величине на динамику, потребно је узети у обзир величину и облик предмета. Модел који ово узима у обзир је модел круте чврстоће, тела мерљивих димензија састављеног од веома много честица, али које се не деформише под дејством сила.

Коначно, механика непрекидних медија узима у обзир не само димензије објекта, већ и његове посебне карактеристике, укључујући и способност да се деформише. Континуирани медији обухватају круте и не круте чврсте материје, као и течности.

Невтонови закони

Кључ разумевања како динамика делује је потпуно разумевање Њутонових закона који квантитативно повезују силе које делују на тело са променама његовог стања кретања или мировања.

Њутнов први закон

Објашњење Невтоновог првог закона. Извор: селф маде.

Каже тако:

Први део изјаве делује прилично очигледно, јер је очигледно да ће објект у мировању остати такав, осим ако није узнемирен. А за то је потребна сила.

С друге стране, чињеница да се предмет наставља у покрету чак и када је нето сила на њега једнака нули, мало је теже прихватити, јер се чини да би предмет могао да остане у покрету у недоглед. И свакодневно искуство нам говори како се пре или касније ствари успоравају.

Одговор на ову очиту контрадикцију је у трењу. Заиста, ако би се предмет кретао по савршено глаткој површини, то би могао радити у недоглед, претпостављајући да ниједна друга сила не чини кретање промењеним.

Пошто је немогуће у потпуности елиминисати трење, ситуација у којој се тело креће у недоглед сталном брзином је идеализација.

На крају, важно је напоменути да, иако је нето сила једнака нули, то не мора нужно представљати и потпуно непостојање сила на објект.

Предмети на земљиној површини увек доживљавају гравитациону привлачност. Књига која се одмара на столу остаје таква, јер површина стола врши силу која супротставља тежини.

Други закон Њутана

Објашњење другог закона Невтона. Извор: селф маде.

Њутнов први закон утврђује шта се дешава са објектом на којем је нето или резултирајућа сила једнака нули. Сада основни закон динамике или Невтонов други закон указује на то шта ће се догодити кад нето сила не откаже:

Заправо, што је већа примењена сила, већа је промена брзине објекта. А ако се иста сила примени на објекте различитих маса, највеће промене доживеће објекти који су лакши и лакши за кретање. Свакодневно искуство се слаже са овим изјавама.

Њутнов трећи закон

Свемирска ракета добија потребан погон захваљујући избаченим гасовима. Извор: Пикабаи.

Невтонова прва два закона односе се на један објект. Али трећи закон односи се на два предмета. Назват ћемо их објектом 1 и објектом 2:

Ф ₁₂ = - Ф ₂₁

У ствари, кад год је неко тело погођено силом, то је зато што је друго одговорно за његово изазивање. Дакле, предмети на Земљи имају тежину, јер их привлачи према свом центру. Електрично наелектрисање одбацује се другим набојем истог знака, јер делује одбојно на прво, и тако даље.

Слика 3. Резиме Невтонових закона. Извор: Викимедиа Цоммонс. Хуго4914.

Принципи очувања

У динамици постоји неколико количина које се чувају током кретања и чија је студија кључна. Они су попут чврстог стуба на који је могуће причврстити решавање проблема у којима се силе разликују на врло сложен начин.

Пример: управо када се два возила сударају, интеракција између њих врло је интензивна, али кратка. Толико интензиван да се не морају узимати у обзир друге силе, стога се возила могу сматрати изолованим системом.

Али описивање ове интензивне интеракције није лак задатак, јер укључује силе које се разликују у времену, али и у простору. Међутим, претпостављајући да возила представљају изолован систем, силе између њих су унутрашње, а замах је сачуван.

Очувањем момента могуће је предвидети како ће се возила кретати одмах након судара.

Ево два најважнија принципа очувања у Динамици:

Уштеде енергије

У природи постоје две врсте сила: конзервативна и неконзервативна. Тежина је добар пример првог, док је трење добар пример другог.

Па, конзервативне снаге су окарактерисане јер нуде могућност складиштења енергије у конфигурацији система. То је такозвана потенцијална енергија.

Када тело има потенцијалну енергију захваљујући деловању конзервативне силе као што је тежина и креће у покрет, та се потенцијална енергија претвара у кинетичку енергију. Збир обе енергије назива се механичка енергија система и она се чува, односно остаје константна.

Нека је У потенцијална енергија, К кинетичка енергија, а Е _м механичка енергија. Ако на објекат делују само конзервативне снаге, тачно је да:

Тако:

Очување замаха

Овај принцип је применљив не само када се два возила сударају. То је закон физике са обимом који надилази макроскопски свет.

Снага се чува на нивоу соларног, звјезданог и галаксијског система. И то чини и на скали атома и атомског језгра, упркос чињеници да Невтонова механика тамо престаје да важи.

Нека је П вектор момента дат од:

П = м. в

Извођење П у односу на време:

Ако маса остане константна:

Стога можемо написати други закон Њутана овако:

_Нето Ф = д П / дт

Ако два тела сам ₁ и м ₂ чине изолованом систему, снаге између њих су унутрашњи и према Њутнов трећи закон, они су једнака и супротна Ф ₁ = - Ф ₂ , испуњавање да:

Ако је дериват с обзиром на време магнитуде једнак нули, то значи да величина остаје константна. Стога се у изолованом систему може констатовати да је замах система сачуван:

П ₁ + П ₂ = константа

И поред тога, П ₁ и П ₂ користити појединачно разликовати. Снага система може се прерасподелити, али оно што је важно јесте да његов збир остане непромењен.

Издвојени концепти у динамици

У динамици постоји много важних концепата, али два се истичу: маса и сила. На снази која је претходно коментирана и испод налази се листа са најистакнутијим концептима који се појављују поред ње у студији динамике:

Инерција

Објекти се морају одупријети промјенама у стању мировања или кретања. Сви предмети са масом имају инерцију и то се доживљава веома често, на пример када путују у аутомобилу који се убрзава, путници остају у мировању, што се доживљава као осећај приањања на стражњи део седишта.

А ако се аутомобил нагло заустави, путници имају тенденцију да се преврћу, пратећи кретање напред које су претходно имали, па је важно да увек носе сигурносне појасеве.

Слика 4. Када путујете аутомобилом, инерција нас узрокује да се сударимо када аутомобил нагло кочи. Извор: Пикабаи.

Миса

Маса је мерило инерције, јер што је већа маса тела, то је теже померати га или натерати да промени своје кретање. Маса је скаларна количина, то значи да је за одређивање масе тела потребно дати нумеричку вредност увећану за изабрану јединицу, која може бити килограми, килограми, грами и више.

Тежина

Тежина је сила којом Земља повлачи предмете близу своје површине према свом центру.

Пошто је сила, тежина има векторски карактер, па је потпуно прецизирана када су назначени њена величина или нумеричка вредност, смер и осећај, за које већ знамо да су вертикално према доле.

Према томе, иако су повезане, маса и маса нису једнаке, нити једнаке, јер је први вектор, а други скалар.

Референтни системи

Опис покрета може варирати у зависности од одабране референце. Они који се дижу у лифту одмарају се према референтном оквиру на њему, али кад га посматрач посматра на земљи, путници се крећу.

Ако тело доживљава кретање око једног референтног оквира, а у другом почива, Невтонови закони се не могу применити на оба. У ствари, Невтонови закони су применљиви на неке референтне оквире: оне који су инерцијални.

У инерцијалним референтним оквирима тела се не убрзавају ако их на неки начин не узнемире - применом силе.

Фиктивне снаге

Фиктивне силе или псеудо-силе појављују се када се анализира кретање тела у убрзаном референтном оквиру. Фиктивна сила се разликује по томе што није могуће идентификовати агента одговорног за њен изглед.

Центрифугална сила је добар пример измишљене силе. Међутим, чињеница да то не чини ништа мање стварним онима који то доживе када се окрену у аутомобилима и осете да их невидљива рука потискује из кривине.

Убрзање

Овај важни вектор је већ поменут. Објект доживљава убрзање све док постоји сила која мијења своју брзину.

Рад и енергија

Када сила делује на објекат и она промени свој положај, сила је учинила свој посао. И овај рад се може сачувати у облику енергије. Стога се на објекту изводе радови захваљујући којима он добија енергију.

Следећи пример разјашњава тачку: Претпоставимо да особа подигне лонац одређену висину изнад нивоа земље.

У ту сврху мора применити силу и савладати гравитацију, па ради на лонцу и тај се рад чува у облику гравитационе потенцијалне енергије у лонцу, сразмерно њеној маси и висини коју је достигла изнад пода. :

Где је м маса, г је гравитација, а х је висина. Шта лонац може учинити када је на висини х? Па, може пасти и како пада, гравитациона потенцијална енергија коју смањује, док се кинетичка или енергија покрета повећавају.

Да би сила радила, она мора да произведе помицање које мора бити паралелно са силом. Ако се то не догоди, сила и даље делује на објект, али не делује на њему.

Повезане теме

Њутнов први закон.

Други закон Њутана.

Њутнов трећи закон.

Закон очувања материје.

Референце

1. Бауер, В. 2011. Физика за инжењерство и науке. Свезак 1. Мц Грав Хилл.
2. Фигуероа, Д. 2005. Серија: Физика за науку и инжењерство. Том 2. Динамика. Уредио Доуглас Фигуероа (УСБ).
3. Гианцоли, Д. 2006. Физика: принципи примјене. 6. .. Хала Ед Прентице.
4. Хевитт, Паул. 2012. Концептуална физичка наука. 5. Ед Пеарсон.
5. Киркпатрицк, Л. 2007. Физика: поглед на свет. 6. скраћено издање. Ценгаге Леарнинг.
6. Книгхт, Р. 2017. Физика за научнике и инжењерство: стратешки приступ. Пеарсон.
7. Википедиа. Динамично. Опоравак од: ес.википедиа.орг.