Lëvizja e trupave të ndryshëm në hapësirë në fizikë studiohet nga një seksion i veçantë - mekanika. Kjo e fundit, nga ana tjetër, ndahet në kinematikë dhe dinamikë. Në këtë artikull, ne do të shqyrtojmë ligjet e mekanikës në fizikë, duke u fokusuar në dinamikën e lëvizjes përkthimore dhe rrotulluese të trupave.
Sfondi historik
Si dhe pse lëvizin trupat ka qenë me interes për filozofët dhe shkencëtarët që nga kohërat e lashta. Pra, Aristoteli besonte se objektet lëvizin në hapësirë vetëm sepse ka ndonjë ndikim të jashtëm mbi to. Nëse ky efekt ndërpritet, trupi do të ndalet menjëherë. Shumë filozofë të lashtë grekë besonin se gjendja natyrore e të gjithë trupave është prehja.
Me ardhjen e Epokës së Re, shumë shkencëtarë filluan të studiojnë ligjet e lëvizjes në mekanikë. Duhet të theksohen emra të tillë si Huygens, Hooke dhe Galileo. Ky i fundit zhvilloi një qasje shkencore për studimin e fenomeneve natyrore dhe, në fakt, zbuloi ligjin e parë të mekanikës, i cili megjithatë nuk mban mbiemrin e tij.
Në 1687, u botua një botim shkencor, me autoranglezi Isak Njuton. Në punën e tij shkencore, ai formuloi qartë ligjet bazë të lëvizjes së trupave në hapësirë, të cilat, së bashku me ligjin e gravitetit universal, formuan bazën jo vetëm të mekanikës, por të gjithë fizikës klasike moderne.
Rreth ligjeve të Njutonit
Ato quhen gjithashtu ligjet e mekanikës klasike, në ndryshim nga relativisti, postulatet e së cilës u parashtruan në fillim të shekullit të 20-të nga Albert Ajnshtajni. Në të parën, ekzistojnë vetëm tre ligje kryesore mbi bazën e të cilave bazohet e gjithë dega e fizikës. Ata quhen kështu:
- Ligji i inercisë.
- Ligji i marrëdhënies midis forcës dhe nxitimit.
- Ligji i veprimit dhe reagimit.
Pse këto tre ligje janë kryesoret? Është e thjeshtë, çdo formulë e mekanikës mund të rrjedhë prej tyre, megjithatë, asnjë parim teorik nuk të çon në asnjë prej tyre. Këto ligje rrjedhin ekskluzivisht nga vëzhgime dhe eksperimente të shumta. Vlefshmëria e tyre konfirmohet nga besueshmëria e parashikimeve të marra me ndihmën e tyre në zgjidhjen e problemeve të ndryshme në praktikë.
Ligji i inercisë
Ligji i parë i Njutonit në mekanikë thotë se çdo trup në mungesë të ndikimit të jashtëm mbi të do të mbajë një gjendje pushimi ose lëvizje drejtvizore në çdo kornizë inerciale referimi.
Për të kuptuar këtë ligj, duhet kuptuar sistemi i raportimit. Quhet inercial vetëm nëse plotëson ligjin e deklaruar. Me fjalë të tjera, në sistemin inercial nuk kaka forca fiktive që do të ndjeheshin nga vëzhguesit. Për shembull, një sistem që lëviz në mënyrë uniforme dhe në vijë të drejtë mund të konsiderohet inercial. Nga ana tjetër, një sistem që rrotullohet në mënyrë të njëtrajtshme rreth një boshti është joinercial për shkak të pranisë së forcës centrifugale fiktive në të.
Ligji i inercisë përcakton arsyen pse ndryshon natyra e lëvizjes. Kjo arsye është prania e një force të jashtme. Vini re se disa forca mund të veprojnë në trup. Në këtë rast, ato duhet të shtohen sipas rregullit të vektorëve, nëse forca që rezulton është e barabartë me zero, atëherë trupi do të vazhdojë lëvizjen e tij uniforme. Është gjithashtu e rëndësishme të kuptohet se në mekanikën klasike nuk ka dallim midis lëvizjes uniforme të një trupi dhe gjendjes së tij të prehjes.
Ligji i Dytë i Njutonit
Ai thotë se arsyeja e ndryshimit të natyrës së lëvizjes së trupit në hapësirë është prania e një force të jashtme jo zero të aplikuar në të. Në fakt, ky ligj është vazhdimësi e atij të mëparshëm. Shënimi i tij matematik është si më poshtë:
F¯=ma¯.
Këtu, sasia a¯ është nxitimi që përshkruan shpejtësinë e ndryshimit të vektorit të shpejtësisë, m është masa inerciale e trupit. Meqenëse m është gjithmonë më i madh se zero, vektorët e forcës dhe nxitimit tregojnë në të njëjtin drejtim.
Ligji i konsideruar është i zbatueshëm për një numër të madh fenomenesh në mekanikë, për shembull, për përshkrimin e procesit të rënies së lirë, lëvizjen me nxitimin e një makine, rrëshqitjen e një shufre përgjatë një plani të pjerrët, lëkundjet. e një lavjerrës,tensioni i peshoreve të pranverës dhe kështu me radhë. Është e sigurt të thuhet se është ligji kryesor i dinamikës.
Momenti dhe Momenti
Nëse i drejtoheni drejtpërdrejt punës shkencore të Njutonit, mund të shihni se vetë shkencëtari e formuloi ligjin e dytë të mekanikës disi ndryshe:
Fdt=dp, ku p=mv.
Vlera p quhet momentum. Shumë gabimisht e quajnë atë impulsi i trupit. Sasia e lëvizjes është një karakteristikë e energjisë inerciale e barabartë me produktin e masës së trupit dhe shpejtësisë së tij.
Ndryshimi i momentit me një vlerë dp mund të bëhet vetëm nga një forcë e jashtme F që vepron në trup gjatë intervalit kohor dt. Prodhimi i një force dhe kohëzgjatja e veprimit të saj quhet impuls i forcës ose thjesht impuls.
Kur dy trupa përplasen, midis tyre vepron një forcë përplasjeje, e cila ndryshon momentin e secilit trup, megjithatë, duke qenë se kjo forcë është e brendshme në lidhje me sistemin e dy trupave në studim, nuk çon në ndryshim. në vrullin total të sistemit. Ky fakt quhet ligji i ruajtjes së momentit.
Rrotullimi me nxitim
Nëse ligji i mekanikës i formuluar nga Njutoni zbatohet në lëvizjen e rrotullimit, atëherë do të merret shprehja e mëposhtme:
M=Iα.
Këtu M - momenti këndor - kjo është një vlerë që tregon aftësinë e forcës për të bërë një kthesë në sistem. Momenti i forcës llogaritet si prodhim i forcës vektoriale dhe vektorit të rrezes të drejtuar nga boshti nëpikë aplikimi. Sasia I është momenti i inercisë. Ashtu si momenti i forcës, ai varet nga parametrat e sistemit rrotullues, në veçanti, nga shpërndarja gjeometrike e masës trupore në lidhje me boshtin. Së fundi, vlera α është nxitimi këndor, i cili ju lejon të përcaktoni se sa radianë në sekondë ndryshon shpejtësia këndore.
Nëse shikoni me kujdes ekuacionin e shkruar dhe vizatoni një analogji midis vlerave dhe treguesve të tij nga ligji i dytë i Njutonit, atëherë do të marrim identitetin e tyre të plotë.
Ligji i veprimit dhe reagimit
Na mbetet të shqyrtojmë ligjin e tretë të mekanikës. Nëse dy të parat, në një mënyrë apo tjetër, u formuluan nga paraardhësit e Njutonit, dhe vetë shkencëtari u dha atyre vetëm një formë matematikore harmonike, atëherë ligji i tretë është ideja origjinale e anglezit të madh. Pra, thotë: nëse dy trupa hyjnë në kontakt në fuqi, atëherë forcat që veprojnë ndërmjet tyre janë të barabarta në madhësi dhe të kundërta në drejtim. Më shkurt, mund të themi se çdo veprim shkakton një reagim.
F12¯=-F21¯.
Këtu F12¯ dhe F21¯ - duke vepruar nga ana e trupit të parë në të dytin dhe nga ana e trupit të dytë në fuqinë e parë, respektivisht.
Ka shumë shembuj që konfirmojnë këtë ligj. Për shembull, gjatë një kërcimi, një person zmbrapset nga sipërfaqja e tokës, kjo e fundit e shtyn atë lart. E njëjta gjë vlen edhe për të ecur një këmbësor dhe për të shtyrë nga muri i pishinës së një notari. Një shembull tjetër, nëse shtypni dorën në tavolinë, atëherë ndihet e kundërta.efekti i tabelës në dorë, i cili quhet forca e reagimit të mbështetjes.
Kur zgjidhen probleme për zbatimin e ligjit të tretë të Njutonit, nuk duhet harruar se forca e veprimit dhe forca e reagimit zbatohen në trupa të ndryshëm, prandaj u japin atyre nxitime të ndryshme.
