Динамика поступательного движения

Классическая динамика была создана английским ученым Исааком Ньютоном в XVII веке, но не утратила своего значения до настоящего времени. Теория Ньютона связала воедино разрозненные факты и сделала возможным научное прогнозирование. Знание законов динамики позволило решить чрезвычайно широкий круг технических проблем, решение которых оказало самое большое влияние на жизнь людей. Вот почему в книге Майкла Харта "Сто великих людей" Ньютон занимает I место среди ученых.

В динамике вводятся новые понятия, такие, как сила, масса, импульс.

 

Силы в механике

Силой называется мера действия одного тела на другое, т. е. мера взаимодействия тел.

В физике известно четыре вида взаимодействия тел:

· ядерное (между нуклонами атомного ядра);

· слабое (при распаде некоторых элементарных частиц);

· электромагнитное (между частицами, имеющими электрический заряд);

· гравитационное (между любыми частицами).

Ядерное и слабое взаимодействие в механике не рассматриваются. Электромагнитное взаимодействие проявляется в механике в виде сил трения и упругости. Гравитационное взаимодействие является самым "слабым". Однако, при наличии больших масс (планеты, звезды и т. д.) оно является весьма существенным. Поэтому для большинства явлений механики, происходящих на Земле, нужно учитывать силу тяготения (т. е. гравитационное взаимодействие).

Гравитационная сила (или сила всемирного тяготения) является фундаментальной силой. Гравитация является всеобщим законом для всей Вселенной. Закон всемирного тяготения, открытый Ньютоном, формулируется следующим образом.

Два тела (рассматриваемые как материальные точки) притягиваются друг к другу по прямой, их соединяющей, с силами, прямо пропорциональными произведению их масс и обратно пропорциональными квадрату расстояния между ними

где - гравитационная постоянная.

Перечислим некоторые нефундаментальные силы, которые используются при решении задач в механике.

Сила тяжести

где - масса тела, - ускорение свободного падения.

Сила трения

где - коэффициент трения, N - сила нормального давления. Сила трения направлена против движения.

Сила упругости

,

где k - коэффициент упругости, - деформация (изменение длины тела): .
Формулу для силы упругости можно записать проще, если считать, что .

Тогда:

Сила упругости вычисляется по закону Гука, согласно которому упругая деформация пропорциональна действующей на тело силе.

 

Масса и импульс тела

Опыт показывает, что всякое тело сопротивляется попыткам изменить его состояние. Это свойство называется инертностью.

Масса - это мера инертности тела.

Масса также определяет гравитационные свойства и определяется количеством вещества, заключенного в теле.

Импульс тела равен произведению массы тела на его скорость. Это векторная величина

Законы Ньютона

В основе классической динамики лежат три закона Ньютона, полученные как результаты обобщения опытных фактов.

I закон Ньютона называют законом инерции.