Динамика – это раздел механики, изучающий механическое движение, возникающее по каким-либо причинам, под действием других тел.
Если кинематика отвечает на вопрос “как” осуществляется движение, то динамика ставит вопрос “почему” это происходит.
В основе классической динамики лежат три закона Ньютона.
Первый закон Ньютона:
всякое тело (материальная точка) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока воздействие со стороны других тел не выведет его из этого состояния.
Суть закона – существование инерциальных систем отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона.
Является система инерциальной или нет определяется опытным путем. В настоящее время инерциальность гелиоцентрической системы отсчета (связанной с центром Солнца) подтверждается всей совокупностью опытов.
Любая другая система отсчета, движущаяся равномерно и прямолинейно относительно гелиоцентрической системы, является также инерциальной.
Таким образом, существует бесчисленное множество инерциальных систем отсчета, движущихся относительно друг друга прямолинейно и равномерно.
Сила - это векторная величина, характеризующая взаимодействие тел, в результате которого возникают ускорения и деформации. В СИ единицей измерения силы является ньютон (Н).
Опыт показывает, что ускорение, которое приобретает тело в результате силового воздействия, пропорционально действующей силе:
|
1 ньютон – это сила, которая сообщает телу массой 1кг ускорение равное
1 м/с2 .
Масса тела m – это характеристика свойства инертности тела.
В СИ масса измеряется в килограммах
Масса тела выступает в роли коэффициента пропорциональности между силой и ускорением .
Произведение массы на скорость:
(1.37)
называется импульсом (количеством движения).
В общем случае вектор импульса имеет три проекции на координатные оси:
(1.38)
Второй закон Ньютона:
Скорость изменения импульса материальной точки равна действующей на нее силе:
(1.39)
или
(1.40)
В соотношениях (1.39) и (1.40) - результирующая (равнодействующая) сила, то есть векторная сумма всех сил действующих на тело (материальную точку).
В том случае, если масса остается неизменной ():
(1.41)
(1.42)
То есть ускорение, приобретаемое телом (материальной точкой) прямо пропорционально силе действующей на нее и обратно пропорционально ее массе. При этом силы существуют независимо от ускорений, поэтому хотя и можно их измерить через ускорения, но вводить более правильно независимо от ускорений.
Произведение называется импульсом силы.
Второй закон Ньютона может быть записан в другом виде:
(1.43)
Изменение импульса материальной точки равно элементарному импульсу силы.
Если на материальную точку действует несколько сил, то необходимо использовать принцип независимости действия сил: если на материальную точку одновременно действует несколько сил, то каждая из них сообщает материальной точке такое же ускорение, как если бы других сил не было, т.е. в случае действия нескольких сил:
, (1.44)
где - сила, с которой действовало бы на данную материальную точку i-ое тело в отсутствии других тел.
Если одно тело действует на другое, то и второе в свою очередь действует на первое, т.е. эти тела взаимодействуют. Ньютон постулировал следующее общее свойство всех сил взаимодействий.
Третий закон Ньютона:
силы, с которыми две материальные точки действуют друг на друга, всегда равны по модулю и направлены в противоположные стороны вдоль прямой, соединяющей эти точки:
(1.45)
Это значит, что силы взаимодействия всегда появляются парами. Обе силы приложены к разным материальным точкам и имеют одинаковую природу.
