Сили в механіці

Динаміка – аналітичний розділ механіки, встановлює залежність характеру руху від причин. Вивчає закони механічного руху тіл та причини, що викликають цей рух.

Закон інерції Галілея: тіло рухається рівномірно прямолінійно або перебуває в стані спокою, якщо на нього не діють інші тіла або дії інших тіл скомпенсовані.

Явище збереження тілом стану спокою або рівномірного прямолінійного руху за умови, що на нього не діють інші тіла та поля або їхні дії скомпенсовані, називають явищем інерції.

Систему відліку, відносно якої спостерігається явище інерції, називають інерціальною системою відліку.

Інерціальна система відліку – система відліку, у якій єдино можливою причиною зміни напрямку або швидкості руху тіла є його взаємодія з іншим тілом або тілами.

Як інерціальні зазвичай використовують СВ, пов’язані із Землею: будь-яка СВ, що рухається відносно інерціальної СВ рівномірно прямолінійно, теж є інерціальною. В усіх інерціальних СВ перебіг механічних явищ і процесів відбувається однаково за однакових початкових умов.

Розгляд руху тіл відносно:

а - інерціальної системи відліку;

б - неінерціальної системи відліку.

Принцип відносності Галілея: В усіх інерціальних системах відліку перебіг механічних явищ і процесів відбувається однаково за однакових початкових умов.

Перший закон Ньютона

Перший закон Ньютона:

Існують такі системи відліку (інерційні системи), відносно яких тіло, що рухається поступально, зберігає свою швидкість сталою, якщо на нього не діють інші тіла.

Якщо на тіло не діють інші тіла, то тіло знаходиться у стані спокою або прямолінійного рівномірного руху, доти і оскільки воно не спонукається до зміни цього стану взаємодіями з іншими тілами.

Фізичний зміст I закону Ньютона – причина того, що тіло зберігає швидкість постійною.

Перший закон Ньютона

1. Розглядає стан спокою та рівномірного прямолінійного руху за умови, що сили не діють.

2. Встановлює основні властивості простору й часу – однорідність та ізотропність.

Властивість тіла, яка полягає в тому, що для зміни швидкості руху тіла під дією сили потрібен деякий час, називають інертністю.

Маса – фізична величина, яка є мірою інертності та мірою гравітації тіла.

Міжнародний еталон кілограма, зроблений у вигляді циліндра, з діаметром і висотою 39,17 мм.

Матеріал — сплав з вмістом 90 % платини та 10 % іридію. Еталон зберігається у штаб-квартирі Міжнародного бюро мір і ваги у Севрі

Основні властивості маси:

  1. Маса тіла – величина інваріантна: вона не залежить ані від вибору системи відліку, ані від швидкості руху тіла.

  2. У класичній механіці маса тіла – величина адитивна: маса тіла дорівнює сумі мас усіх частинок, із яких складається тіло, а маса системи тіл дорівнює сумі мас тіл, що утворюють систему.

  3. У класичній механіці виконується закон збереження маси: в ході будь-яких процесів у системі тіл загальна маса системи залишається незмінною; маса тіла не змінюється під час його взаємодії з іншими тілами.

Сила – векторна фізична величина, яка є мірою взаємодії тіла з іншим тілом або полем.

Наслідком взаємодії тіл (дії сили на тіло) є зміна стану руху тіла або зміна його розмірів (деформація).

У механіці розглядають гравітаційні сили, а також два різновиди електромагнітних сил – сили пружності та сили тертя.

Взаємодія тіл → Сили → Зміна швидкості тіл (або їх частин)

Сила, якою можна замінити дію кількох сил, прикладених до тіла в одній точці, називається рівнодійною.

Другий закон Ньютона

Другий закон Ньютона: Сила, що діє на тіло, дорівнює добутку маси тіла на прискорення, якого надає ця сила.

Прискорення, надане тілу внаслідок дії на нього сили, збігається з нею за напрямом, прямо пропорційне її модулю і обернено пропорційне масі тіла.

Другий закон Ньютона:

  1. Вводить: силу як причину зміни швидкості тіл; масу як міру інертності тіл.

  2. Встановлює зв’язок між силою та прискоренням: рівнодійна сил, які діють на тіло; напрям прискорення збігається з напрямом рівнодійної сили.

  3. Дає можливість розв’язувати пряму й обернену задачі динаміки в разі руху одного тіла.

  4. Виражає причинно-наслідковий зв’язок у природі: сила – причина, прискорення – наслідок.

Третій закон Ньютона

Третій закон Ньютона як результат аналізу сил, що проявляються під час взаємодії двох ізольованих тіл. «Дії завжди існує рівна й протилежна протидія, інакше: дії двох тіл одне на одне між собою рівні й напрямлені протилежно» – так І. Ньютон сформулював свою третю й останню «аксіому руху».

Третій закон Ньютона:

  1. Розглядає систему взаємодіючих тіл, дає можливість розв’язувати задачу одночасного руху взаємодіючих тіл.

  2. Сили взаємодії виникають парами, є силами однієї природи, вони прикладені до різних тіл, рівні за значенням і протилежні за напрямком

  3. Виявляє закон діалектики – закон боротьби та єдності протилежностей.

Закони Ньютона (інтерактивне завдання)