Основы динамики

1.

Динамика

2.

ДИНАМИКА
В разделе механики — динамике — рассматриваются взаимодействия тел,
являющиеся причиной изменения движения этих тел, т. е. изменения их
скоростей.
Изменение скорости тела (а значит, ускорение) всегда вызывается
воздействием на него каких-либо других тел.
Явление, при котором тело сохраняет скорость, когда на него не действуют
другие тела, называется явлением инерции.
Если действий со стороны других тел на данное тело нет, то согласно
основному утверждению механики ускорение тела равно нулю, т. е. тело
будет покоиться или двигаться с постоянной скоростью.
Свободным телом называется тело, которое не взаимодействует с
другими телами.
Закон инерции: Тело сохраняет состояние покоя или равномерного
прямолинейного движения, если на него не действуют другие тела.

3.

ПЕРВЫЙ ЗАКОН НЬЮТОНА
Существуют такие системы отсчета, в
которых тело находится в состоянии
покоя
или
равномерного
и
прямолинейного движения, если на это
тело не действуют другие тела или их
действие взаимно скомпенсировано.

4.

СИЛА
Силой в механике называют
количественную меру действия
тел друг на друга, в результате
которого тела получают ускорения
или испытывают деформацию.
Это определение основано на
главном утверждении механики:
1) ускорения тел вызываются
силами;
2) силы, действующие на тело,
обусловлены действиями на него
других тел.
Сила — мера взаимодействия тел.
Сила векторная величина.
F
- Сила, Н (Ньютон)
1 Н = 1 кг*1 м/с²

5.

СРАВНЕНИЕ СИЛ.
Две силы независимо от их
природы считаются равными и
противоположно направленными,
если их одновременное действие на
тело не меняет его скорости (т. е. не
сообщает телу ускорение).

6.

ВИДЫ СИЛ.
Сила тяжести – сила, действующая на тело в результате
гравитационного взаимодействия.
Сила упругости – сила, с которой тело сопротивляется внешней
нагрузке.
Ее
причиной
является
электромагнитное
взаимодействие молекул тела.
Сила Архимеда – сила, связанная с тем, что тело вытесняет
некий объем жидкости или газа.
Сила реакции опоры – сила, с которой опора действует на тело,
находящееся на ней.
Сила трения – сила сопротивления относительному
перемещению контактирующих поверхностей тел.
Сила поверхностного натяжения – сила, возникающая на
границе раздела двух сред.
Вес тела – сила, с которой тело действует на горизонтальную
опору или вертикальный подвес.

7.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДИНАМОМЕТРА ОСНОВАНО НА ТОМ, ЧТО ПРИ
УПРУГОЙ ДЕФОРМАЦИИ УДЛИНЕНИЕ ПРУЖИНЫ ПРЯМО
ПРОПОРЦИОНАЛЬНО ПРИЛОЖЕННОЙ К НЕЙ СИЛЕ. ПОЭТОМУ ПО
ДЛИНЕ ПРУЖИНЫ МОЖНО СУДИТЬ О ЗНАЧЕНИИ СИЛЫ
Динамометр состоит из пружины
1,
растяжение
которой
и
показывает нам силу, стрелки 2,
скользящей по шкале 3, планки
ограничителя 4, которая не дает
растянуться пружине слишком
сильно, и крючка 5, к которому
подвешивается груз.

8.

9.

ИНЕРТНОСТЬ ТЕЛА
Инертность — свойство тел по разному изменять
свою скорость под действием одной и той же силы
Масса - количественная мера инертности, т. е. способность тела
приобретать определенное ускорение под действием силы

10.

ВТОРОЙ ЗАКОН НЬЮТОНА
Второй закон Ньютона – ускорение, приобретаемое
телом в результате действия на него силы F, прямо
пропорционально величине этой силы и обратно
пропорционально массе тела.
F
a
m

11.

Равнодействующая всех сил, действующих на тело, равна
произведению массы тела на приобретаемое в результате
действия этих сил ускорение.
F1 F2 F3 ... Fn ma
Равнодействующая
(результирующая) – это
сила, результат действия
которой
эквивалентен
суммарному
действию
всех сил, приложенных к
телу

12.

Fтяж Fтр N 0
a 0
В НСО второй закон
Ньютона приобретает вид:
a0
Fин
a
ma0 F Fин
- ускорение в неинерциальной системе отсчета
– сила инерции
F ma
– абсолютное ускорение инерциальной системы отсчета

13.

ВИДЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ФИЗИКЕ
В природе существуют четыре вида взаимодействия.
1. Гравитационное (сила тяготения) – это взаимодействие
между телами, которые обладают массой.
2. Электромагнитное. В состав любого атома входят
заряженные
частицы,
такое
взаимодействие
–
фундаментальное и мы с ним встречаемся всегда и везде.
Именно электромагнитное взаимодействие ответственно за
такие механические силы, как сила трения и сила упругости.
3. Сильное. Сильное взаимодействие удерживает протоны в
ядре. Это взаимодействие короткодействующее, то есть
действует на расстоянии порядка размера ядра.
4. Слабое. Такое взаимодействие ответственно за некоторые
виды взаимодействия среди элементарных частиц, за
некоторые виды β-распада и за другие процессы,
происходящие внутри атома, атомного ядра.

14.

ТРЕТИЙ ЗАКОН НЬЮТОНА
Третий закон Ньютона: тела действуют
друг на друга с силами, которые имеют
одинаковые модули и противоположные
направления. Или Сила действия равна
силе противодействия.
Сила действия и сила противодействия
– это всегда силы одной природы

15.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ЗАКОНАХ НЬЮТОНА
Первый закон Ньютона утверждает: если на тело не
действует посторонние тела, то оно находится в состоянии покоя
или равномерного прямолинейного движения относительно
инерциальных систем отсчёта. Из него следует, что причиной
изменения скорости тела является сила.
Второй закон Ньютона объясняет, как движется тело под
действием силы. Он устанавливает количественное отношение
между ускорением и силой.
В первом и во втором законах Ньютона рассматривается только
одно тело.
В третьем законе рассматривается взаимодействие двух
тел с силами, одинаковыми по модулю и противоположными по
направлению. Эти силы называют силами взаимодействия. Они
направлены вдоль одной прямой и приложены к разным телам.

16.

ОСНОВНОЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ЗАКОН
ДИНАМИКИ
Закон, который описывает соотношение масс тел и
ускорений,
приобретённых
в
результате
взаимодействия,
называется
основным
экспериментальным законом динамики.

17.

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТЕЛ.
ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ГАЛИЛЕЯ
1. Все силы в природе всегда возникают парами. Если
появилась
одна
сила,
то
обязательно
появится
противоположно направленная ей вторая сила, действующая
со стороны первого тела на второе. Обе эти силы одной
природы.
2. Каждая из сил взаимодействия приложена к разным телам,
следовательно, силы взаимодействия между телами не могут
компенсировать друг друга.
3. Ускорения тел в разных инерциальных системах отсчёта
одинаковы. Меняются перемещения, скорости, но ускорения
– нет. Масса тел тоже не зависит от выбора системы отсчёта,
а значит, и сила не будет зависеть от этого. То есть в
инерциальных системах отсчёта все законы механического
движения
одинаковы
–
это
и
есть
принцип
относительности Галилея.

18.

РАЗБОР КАЧЕСТВЕННЫХ ЗАДАЧ
Задача1.
Может
ли
человек поднять сам себя
по верёвке, перекинутой
через блок, если второй
конец верёвки привязан к
поясу человека, а блок
неподвижен?

19.

ОТВЕТ К 1 ЗАДАЧЕ.
С первого взгляда, кажется, что сила, с которой человек
действует на верёвку, равна силе, с которой верёвка действует
на человека. Но сила
F1
F2
– приложена через верёвку к блоку, а сила
– к человеку, следовательно, человек сможет поднять себя
по этой верёвке. Такая система не замкнутая. Система
«человек – верёвка» включает в себя блок.

20.

ЗАДАЧА 2
Может ли человек
толкать лодку, если
он сам находится в
этой
лодке
и
упирается руками в
один из бортов?

21.

ОТВЕТ К ЗАДАЧЕ 2
В этой задаче система «человек – лодка»
замкнутая, то есть сила, с которой
человек давит на борт лодки, равна
силе, с которой борт лодки действует на
человека,
но
направлена
в
противоположную сторону. Никакого
движения не будет.

22.

ЗАДАЧА 3
Может ли человек вытащить
самого себя из болота за
волосы?

23.

ОТВЕТ К 3 ЗАДАЧЕ
Система также замкнутая. Сила, с
которой рука действует на волосы,
равна силе, с которой волосы
действуют на руку, но направлена в
противоположную сторону. Человек
вытащить самого себя из болота за
волосы не может.

24.

СИЛЫ В ПРИРОДЕ
Гравитационные силы, или силы всемирного тяготения,
действуют между всеми телами, имеющими массу, — все
тела притягиваются друг к другу.
Электромагнитные силы действуют между частицами,
имеющими электрические заряды.
Ядерные(сильные) силы действуют между частицами в
атомных ядрах и определяют свойства ядер.
Слабые
взаимодействия
вызывают
взаимные
превращения
элементарных
частиц,
определяют
радиоактивный распад ядер, реакции термоядерного
синтеза.

25.

СИЛА ТЯЖЕСТИ И СИЛА ВСЕМИРНОГО
ТЯГОТЕНИЯ
Силу, с которой Земля действует на тело, называют силой тяжести.
F
a
m
Ускорение зависит от силы, действующей на тело, и его массы.
F mg
Ускорение свободного падения не зависит от массы, то ясно,
что сила тяжести должна быть пропорциональна массе.
m1 F1
m2 F2
Отношение масс двух тел равно отношению сил тяжести,
действующих на тела.
Массы тел одинаковы, если одинаковы
действующие на них силы тяжести.

26.

ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ
Сила взаимного притяжения двух тел прямо
пропорциональна произведению масс этих тел и
обратно пропорциональна квадрату расстояния между
ними:
m1m2
2/кг2 = м3/(кг • с2)
Н
м
F G
r
2
Коэффициент пропорциональности G
называется гравитационной постоянной.
G = 6,67 • 10-11 Н • м2/кг2.