Gövde (maddi nokta) dış etkilere maruz kalmayan, ya hareketsizdir ya da düz bir çizgide ve düzgün bir şekilde hareket eder. Böyle bir beden denir Bedava. Böyle bir cismin hareketine denir serbest dolaşım veya eylemsizlik.

Tüm serbest cisimlerin düz bir çizgide ve düzgün bir şekilde hareket ettiği bir referans çerçevesi vardır.

Dış etkilerin yokluğunda maddi bir noktanın hızının büyüklüğünü ve yönünü süresiz olarak koruduğu, atalet olarak adlandırılan bu tür referans çerçeveleri vardır.

Bu tür sistemler denir atalet referans sistemleri - Newton'un birinci yasası.

Newton'un ikinci yasası

Herhangi bir vücut, onu harekete geçirmeye çalışırken direnir, yani. biraz hız ver. cisimlerin bu özelliğine denir eylemsizlik. Atalet ölçüsü - ağırlık.

Diğer cisimlerden etkilenmeyen cisimler sistemine denir. kapalı sistem veya yalıtılmış sistem. Bu tür sistemlerde bedenler sadece birbirleriyle etkileşebilirler. kapalı sistem iki cisimden (iki maddi noktadan) oluşur. Cisimlerin hızı ve , ve bu hızların aynı zaman periyodundaki artışı. Vektörler ve zıt yönlere sahiptir ve ilişki ile ilişkilidir . ve katsayıları sabittir ve özdeş işaretler ve 1 ve 2 numaralı cisimlerin kütleleri veya eylemsizlik kütleleri olarak adlandırılır.

Nabız veya maddesel bir noktanın hareket miktarı- bir noktanın kütlesi ile hızının çarpımına eşit bir vektör.

Sistem momentumu - vektör toplamı sistemi oluşturan bireysel maddi noktaların dürtüleri: maddi noktalardan oluşan bir sistem için.

Nabız yalıtılmış sistem zamanla sabit kalır Momentumun korunumu yasası.

Kuvvet (mekanikte)- vücudun momentumunu değiştiren herhangi bir sebep (bu niteliksel bir özelliktir). nicel karakteristik denklem ile ifade edilir:

Bu denklem yalnızca şu durumlarda geçerlidir: m hıza bağlı değildir.

Eylemsiz bir referans çerçevesinde, maddi bir noktanın momentumunun zamana göre türevi, üzerine etki eden kuvvete eşittir.

Eylemsiz bir referans çerçevesinde, bir malzeme noktasının aldığı ivme, kendisine uygulanan tüm kuvvetlerin bileşkesi ile doğru orantılı ve kütlesi ile ters orantılıdır.

Yukarıdaki ifadeler iki formülasyondan başka bir şey değildir Newton'un ikinci yasası. Kanunun tanımına karşılık gelen denklem maddesel bir noktanın hareket denklemi.

Newton'un üçüncü yasası

İki maddi noktanın etkileşim kuvvetleri büyüklük olarak eşittir, zıt yönlüdür ve bu maddi noktaları birleştiren düz çizgi boyunca hareket eder.

Her etki için eşit ve zıt bir tepki vardır.

Maddi noktalar birbirlerine, bu noktaları birleştiren düz çizgi boyunca yönlendirilen, mutlak değerde eşit ve zıt yönde aynı nitelikteki kuvvetlerle çiftler halinde etki eder: . Veya sistem bir dizi maddi noktadan oluşuyorsa, o zaman , yani. maddi noktalar çiftler halinde etkileşime girer. Her iki kuvvet de bu noktaları birleştiren düz çizgi boyunca yönlendirilir.

Bu üç ifade farklı formülasyonlardır. Newton'un üçüncü yasası.

Eylemsiz bir referans çerçevesine göre ivme ile hareket eden herhangi bir sistem, eylemsiz.

I.2.1 NEWTON'UN BİRİNCİ YASASI. ATALETLİ REFERANS SİSTEMLERİ.

Newton'un birinci yasası: herhangi bir cisim, bir dış etki onu bu durumu değiştirmeye zorlayana kadar dinlenme durumunu veya düzgün doğrusal hareketini korur.

Newton'un birinci yasası, dinlenme veya düzgün doğrusal hareket durumunun, onu sürdürmek için herhangi bir dış etki gerektirmediğini belirtir. Bu, cisimlerin özel bir dinamik özelliği olarak adlandırılır. eylemsizlik . Buna göre, Newton'un birinci yasası da denir. eylemsizlik yasası ve dış etkilerden arınmış bir cismin hareketi eylemsizlik .

Newton'un birinci yasasının yukarıdaki formülasyonunda, cismin deforme olmadığı, yani cismin deforme olmadığı ima edilmektedir. kesinlikle sağlamdır ve dış etkilerin yokluğunda ilerler. Ek olarak, katı bir gövde de atalet ile düzgün bir şekilde dönebilir. Newton'un birinci yasasında bir "beden"den değil de, tanımı gereği deforme olmayan veya döndürülemeyen maddi bir noktadan bahsediyorsak, tüm bu çekincelere olan ihtiyaç ortadan kalkar. Yukarıdakilerin tümü göz önüne alındığında, bu yasanın aşağıdaki formülasyonunu verebiliriz: Maddesel bir noktanın, dış etkilerin yokluğunda, hızının büyüklüğünü ve yönünü süresiz olarak koruduğu, atalet olarak adlandırılan bu tür referans çerçeveleri vardır. Yasa, dış etkilerin mevcut olduğu, ancak karşılıklı olarak telafi edildiği bir durumda da geçerlidir (bu, Newton'un 2. yasasından kaynaklanır, çünkü telafi edilen kuvvetler vücuda sıfır toplam ivme verir).

Vücudun başka bir vücut üzerinde hareket edene kadar hareketsiz kalması (yani hızı sıfıra eşit tutması) oldukça anlaşılabilir ve günlük gözlemlerle doğrulanıyor. Taşın kendisi, biri veya bir şey tarafından hareket ettirilinceye kadar yerinden kıpırdamayacaktır. Ancak bir cismin sonsuza kadar düzgün ve doğrusal bir hareketi sürdürebileceğine inanmakta güçlük çekiyoruz. Atılan bir taş, hava direncini ve yeryüzüne çekiciliğini deneyimler. Bu etkiler olmasaydı, cisim düzgün ve doğrusal hareket durumunu koruyacaktı (yani hızının büyüklüğünü ve yönünü koruyacaktı). Veya başka bir örnek, koşan bir kişi anında duramaz veya anında yana dönemez. Koşarken bir direğin etrafından dolaşmak için, bir kişi içgüdüsel olarak onu eliyle yakalar, yani. hızının yönünü değiştirmek için başka bir cismin (sütun) etkisine başvurur.

I.2.2 GÜÇ

Zorla denilen vektör fiziksel miktar, diğer cisimlerden veya alanlardan maddi bir nokta veya cisim üzerindeki etkinin bir ölçüsüdür.

Madde parçacıklarını tek sistemlere bağlayan ve bazı parçacıkların hareketini diğerlerine sonlu bir hızla aktaran özel bir madde biçimine denir. fiziksel alan.

Maddesel bir noktaya kuvvetle etki eden alana denir. sabit alan, zamanla değişmezse, yani. alanın herhangi bir noktasında ise

Uzak cisimler arasındaki etkileşim, yerçekimi ve elektromanyetik alanlar aracılığıyla gerçekleştirilir.

yerçekimi etkileşimi- evrensel yerçekimi yasasına göre cisimler arasında ortaya çıkar.

elektromanyetik etkileşim - elektrik yüklü cisimler veya parçacıklar arasında oluşur.

Ayrıca, şunlar da var: güçlü etkileşimörneğin, atomların çekirdeğini oluşturan parçacıklar arasında bulunan ve zayıf etkileşimörneğin, bazı temel parçacıkların dönüşüm süreçlerini karakterize etmek.

Mekaniğin sorunları dikkate alınır yerçekimi kuvvetleri (yer çekimi gücü) ve iki tür elektromanyetik kuvvet - elastik kuvvetler ve sürtünme kuvvetleri.

Bazı kabul edilen vücut sistemlerinin parçaları arasındaki etkileşim kuvvetlerine denir. Iç kuvvetler.

Bu sisteme dahil olmayan diğer cisimlerden belirli bir sistemin cisimleri üzerindeki etki kuvvetlerine denir. dış kuvvetler.

Toplama fiziksel bedenler dış cisimlerle etkileşimlerin olmadığı veya telafi edildiği duruma denir. kapalı(yalıtılmış) sistem.

Modülü, yönü ve uygulama noktası verildiğinde bir kuvvet tamamen tanımlanır. Kuvvetin yönlendirildiği çizgiye denir. kuvvet hattı.

Maddi bir nokta üzerindeki birkaç kuvvetin ( , …, ) aynı anda etkisi, bir kuvvetin hareketine eşdeğerdir. sonuç veya sonuç kuvvet ve geometrik toplamlarına eşit:

Formül (I.48) kuvvetlerin süperpozisyonu ilkesi.

DOĞADAKİ KUVVET TÜRLERİ

En basit kuvvet türleri, doğrudan kuvvetten kaynaklananlardır. temas ettiklerinde bir cismin diğeri üzerindeki mekanik hareketi, bunlar şunları içerir: çekiş kuvvetleri, sürtünme, basınç, esneklik, gerginlik.

Sadece bazılarında duralım.

Elastikiyet kuvvetleri. Cisimlerin elastik deformasyonundan kaynaklanan kuvvetlere denir. elastik kuvvetler . Bu kuvvetler, deforme olabilen gövdenin temas eden katmanları arasında ve ayrıca deforme olabilen gövde ile deformasyona neden olan gövde arasındaki temas noktasında etki eder.

Örneğin, elastik olarak deforme olmuş bir levhanın yanından, üzerinde uzanan bir çubuk (Şekil 25) elastik bir kuvvetten etkilenir. Elastik kuvvetler, elektromanyetik nitelikteki kuvvetlerdir.

Bu problemde ele alınan cisme destek veya askı tarafından etki eden elastik kuvvete denir. destek tepki kuvveti(süspansiyon) veya süspansiyon gerginlik kuvveti. Şek. 26, destek tepki kuvvetlerinin (kuvvet) ve süspansiyon gerilim kuvvetinin (kuvvet) cisimlere uygulanmasına ilişkin örnekleri gösterir.

Elastik kuvvet, yalnızca belirli bir elastik cismin etkileşen parçaları arasındaki mesafelerdeki değişime bağlıdır. Elastik kuvvetin işi, yörüngenin şekline bağlı değildir ve kapalı bir yörünge boyunca hareket ederken sıfıra eşittir. Bu nedenle, elastik kuvvetler potansiyel kuvvetler (iş kavramı ve kuvvetlerin potansiyeli bu bölümde ele alınacaktır. I.3 (§ I.3.1, s. 41), (§ I.3.2, s. 45)).

Hook kanunu: elastik kuvvet, uzama (sıkıştırma) vektörü ile orantılıdır ve ona zıt yöndedir:

, (I.49)

nerede - vücut sertliği- belirli bir cismin tek bir deformasyonundan kaynaklanan elastik kuvvet tarafından belirlenen değer;

Uzama vektörü, tek boyutlu (doğrusal) gerilimi (sıkıştırma) karakterize eden bir değerdir.

Sürtünme kuvvetleri. Bir cismin diğerinin yüzeyindeki herhangi bir hareketiyle, bu harekete karşı direnç ortaya çıkar. sürtünme kuvveti bu harekete karşı.

Dış ve iç sürtünme arasında ayrım yapın. dış sürtünme temas eden iki cismin temas düzleminde göreli hareketinden kaynaklanan mekanik direnç olarak adlandırılır. Örneğin, bir çubuk ile bir çubuk arasında dış sürtünme vardır. eğik düzlemçubuğun üzerinde durduğu veya kaydığı yer. Belirli koşullar altında, dış sürtünme iç sürtünme, bir vücuttan diğerine hareket ederken temas bölgesinde hız atlaması olmadığı.

Aralarında sıvı veya gaz halinde bir tabaka yokken temas halinde olan iki katı cismin yüzeyleri arasındaki sürtünmeye denir. kuru sürtünme. Yüzey arasındaki sürtünme sağlam vücut ve cismin içinde hareket ettiği çevreleyen sıvı veya gazlı ortama denir. sıvı veya viskoz sürtünme.

Kuru sürtünme ayrılır:

§ statik sürtünme- temas eden cisimlerin nispi hareketinin yokluğunda sürtünme;

§ kayma sürtünmesi- temas eden cisimlerin nispi hareketi sırasında sürtünme.

Bir cismin diğerinin yüzeyinde hareketini engelleyen sürtünme kuvvetine denir. statik sürtünme kuvveti.

Genellikle, statik sürtünme kuvveti hakkında konuşurken şunu kastederler: statik sürtünmenin nihai kuvveti. Başka bir cisimle temas halinde olan bir cisme uygulanan harici bir kuvvet ile belirtin. Bu kuvvet temas düzlemine paraleldir. Vücudun bağıl hareketi koşul altında gerçekleşir . Statik sürtünme kuvveti, cisimlerin düz olmayan yüzeylerinin birbirine geçmesinden, bu düzensizliklerin elastik deformasyonlarından ve cisimlerin parçacıkları arasındaki mesafelerin küçük ve moleküller arası çekimin meydana gelmesi için yeterli olduğu yerlerde yapışmasından (yapışmasından) kaynaklanır. Bu bağlamda, statik sürtünme kuvveti, elastik kuvvetlerin bir tür tezahürü olarak düşünülebilir.

Maksimum statik sürtünme kuvvetinin () gövdelerin temas alanına bağlı olmadığı ve sürtünme yüzeylerini birbirine bastırarak normal basınç kuvvetinin () modülüyle yaklaşık olarak orantılı olduğu deneysel olarak tespit edilmiştir: .

Boyutsuz faktöre statik sürtünme katsayısı denir. Sürtünen yüzeylerin doğasına ve durumuna bağlıdır.

Sürtünme sürtünmesi, sürtünme yüzeylerinin pürüzlülüğünden kaynaklanır. Moleküller arası etkileşim kuvvetleri de önemli bir rol oynar.

Kayma sürtünmesi kanunları.

BEN. Sürtünme kuvvetinin basınç kuvvetine oranı (şunlar. birbirine sürtünen yüzeylere baskı yapan kuvvete) bu yüzeyler için sabit bir değer vardır. Birinci sürtünme yasası şu şekilde formüle edilebilir: sürtünme kuvveti basınç kuvveti ile doğru orantılıdır. Sürtünme sürtünme kuvvetinin normal basıncın kuvvetiyle orantılı olduğu deneysel olarak gösterilmiştir: .

II. Sürtünme katsayısı, sürtünme yüzeylerinin malzemelerine bağlıdır..

III. Sürtünme katsayısı, sürtünme yüzeylerinin boyutuna bağlı değildir.. Yüzey alanı çok küçükse, hareketli bir cisim sabit bir cisim üzerinde (örneğin bir çivinin ucu) bir çizik bırakabilirse, bu yasa artık geçerli değildir.

IV. Sürtünme katsayısı hız arttıkça azalır. Bu, yüksek hızlarda, pürüzlü yüzeylerin tüm çıkıntılarının birbirine yeterince derinden yapışması için zamana sahip olmadığı gerçeğiyle açıklanmaktadır.

Şekil 27, sürtünme katsayısının hareket hızına bağımlılığının bir grafiğini göstermektedir.

Grafikten, en büyük sürtünme katsayısının (dolayısıyla en büyük sürtünme kuvvetinin) hareketsiz durumda var olduğu görülebilir. Bu kısaca şu şekilde ifade edilir: statik sürtünme kuvvetinin maksimum değeri, kayma sürtünme kuvvetinden daha büyüktür. Kanun I, II ve III, Coulomb tarafından bir tribometre ile yapılan deneylerden bulundu.

Not: en basit durumlarda, sürtünme kuvveti ve normal basınç kuvveti, yalnızca bağıl hareketin varlığında bir eşitlik haline gelen eşitsizlik ile ilişkilidir. Bu oran denir

ifadeler birinci yasa Newton Deneysel temeli deneylerle oluşturulan, 1636'da Celile birkaç kez değişti, ancak özü aynı kaldı. Bu yasanın iki formülasyonu şu anda kullanılmaktadır. En yaygın olarak kullanılan aşağıdaki gibidir:

Aşamalı olarak hareket eden bir cismin, üzerinde başka cisimler hareket etmediğinde veya diğer cisimlerin hareketi telafi edilmediğinde hızını sabit tuttuğuna ilişkin bu tür referans çerçeveleri vardır.

Newton'un birinci yasası farklı formüle edilmiştir.

Vücut, diğer cisimlerden veya fiziksel alanlardan telafi edilmeyen harekete maruz kalana kadar bir dinlenme veya düzgün doğrusal hareket durumunu korur.

Fiziksel anlam: 1) Kanun, diğer cisimlerden etkilenmediği veya diğer cisimlerin eyleminin telafi edildiği takdirde cisme ne olacağını belirtir. 2) Newton'un birinci yasası, tüm referans çerçeveleri içinde yerine getirildiğini seçer; bu tür referans çerçevelerine atalet denir

Telafi edilmemiş dış etkilere maruz kalmayan bir cismin hızını sabit tutması olgusuna (gövde duruyorsa sıfır dahil) eylemsizlik denir ve bu tür cisimlerin sabit bir hızda hareket ettiği veya hareketsiz olduğu referans çerçevelerine göreli referans çerçeveleri. arandı atalet. Bu bağlamda, Newton'un birinci yasasına genellikle eylemsizlik yasası denir. Eylemsiz bir referans çerçevesinde bir cismin doğrusal düzgün hareketine eylemsizlik hareketi denir. Eylemsiz bir referans çerçevesi kavramı, genel olarak fizikte ve özel olarak mekanikte temeldir.

Mekanik yasaları, hangi eylemsiz referans çerçevesine atıfta bulunduklarına bağlı değildir. Başka bir deyişle, herhangi bir mekanik fenomen için tüm eylemsiz referans çerçeveleri eşittir, yani. göreli hareketi "mutlak hareket" olarak kabul edilebilecek özel, "ana" eylemsiz bir referans çerçevesi yoktur.

8. Güç. Newton'un ikinci yasası.

Newton'un birinci yasası, bir cismin hızını eylemsiz bir referans çerçevesine göre değiştirmek için, yani. Bir cismin ivmeli hareketi için başka bir cismin bu cisme etki etmesi gerekir. Böyle bir etkiye denir Kuvvet . Kuvvetlerin doğası farklı olabilir, ancak herhangi bir kuvvet için iki temel özellik karakteristiktir.

1. Kuvvet fiziksel bir niceliktir, yani. sadece onu diğer fiziksel niceliklerden ayıran niteliksel yönden değil, aynı zamanda belirli bir niceliksel yolla da ifade edilebilir. Bu, farklı kuvvetlerin farklı ivmelere neden olduğu deneysel gerçeğiyle doğrulanır.

2. Kuvvet vektörel bir büyüklüktür. Bir cisme bir kuvvetin etkisinin bir sonucu olarak, bir vektör miktarı olan bir ivme kazanır. Bu nedenle kuvvet aynı zamanda bir vektör miktarıdır: kuvvetin yönünü değiştirerek ivmenin yönünü değiştiririz. Kuvvet vektörünün modülü, belirli bir cisim üzerindeki diğer cisimlerin etkisinin ölçüsünü belirler.

Böylece, kuvvet - bir cismin diğeri üzerindeki hareketini karakterize eden, telafi edilmeyen, bu cismin ivmesinde bir değişikliğe yol açan ve böyle bir etkinin bir ölçüsü olan vektör fiziksel niceliği. SI sisteminde kuvvet 1 N'dir. Kuvvet şu şekilde karakterize edilir: uygulama noktası, modül, yön.

Cisme etki eden kuvvet ile bu cismin ivmesi arasında doğrudan nicel bir ilişki şu şekilde kurulur: Newton'un ikinci yasası :

Bir cismin bir kuvvetin etkisi altında kazandığı ivme bu kuvvetle doğru orantılıdır ve yönü bu kuvvetin yönü ile örtüşür. Veya: Bir cisme etki eden tüm kuvvetlerin bileşkesi cismin kütlesi ile ivmesinin çarpımına eşittir.

Fiziksel anlam: 1) Yasa, kinematik ve dinamik özellikler bir vücut; 2) Kanun, cisme başka cisimler veya alanlar etki ederse ne olacağını belirtir 3) Kuvvet birimi 1 Newton'dur

Dinamik, mekanikle ilgilenen dalıdır. Farklı çeşit vücutların birbirleriyle etkileşimini dikkate alarak mekanik hareketler. Dinamiğin temelleri, Newton'dan önce bile bilinen ve bizzat Newton tarafından gerçekleştirilen mekanik fenomenler alanındaki gözlem ve deneylerin genelleştirilmesinin sonucu olan Newton'un üç yasasıdır. Newton'un dinamik yasaları (klasik dinamik olarak da adlandırılır) sınırlı bir uygulanabilirlik alanına sahiptir. Işık hızından çok daha düşük hızlarda hareket eden makroskopik cisimler için geçerlidirler. Eylemsizlik olgusu Dünya'nın yüzeyiyle ilişkili sabit bir referans çerçevesi seçerek, çeşitli cisimlerin Dünya'ya göre davranışlarını gözlemleyelim. Herhangi bir cismin hızının yalnızca diğer cisimlerin etkisi altında değiştiğini göreceğiz. Örneğin, vücudun sabit bir araba üzerinde durmasına izin verin. Arabayı itelim - ve vücut harekete karşı devrilecek. Aksine, gövdeli hareketli araba aniden durdurulursa, hareket yönünde devrilecektir. Açıkçası, araba ile vücut arasında sürtünme olmasaydı, vücut devrilmezdi. Birinci durumda, şu olur: duran cismin hızı sıfır olduğundan ve arabanın hızı artmaya başladığından, araba duran cismin altından öne doğru kayardı. İkinci durumda, arabanın frenlenmesi sırasında, üzerinde duran vücut hızını koruyacak ve durdurulan arabadan ileriye doğru kayacaktır.

Başka bir örnek. Metal bir top, aynı h yüksekliğinden yatay bir düzlem üzerine eğimli bir oluk aşağı yuvarlanır (Şekil 16), bu nedenle, yatay harekete başladığı noktadaki hızı her zaman aynıdır. Önce yatay yüzeye kum serpin. Top kısa bir s1 mesafesi gidecek ve duracaktır. Kumlu yüzeyi pürüzsüz bir tahta ile değiştirin. Top, s2 mesafesinin zaten çok daha büyük olduğu bir durağa gidecektir. Tahtayı buzla değiştirin. Top çok uzun bir süre yuvarlanacak ve durana kadar s3 >> s2 mesafesini kat edecektir. Bu deney dizisi, etkiyi azaltırsak, çevre hareketli bir cisim üzerinde, Dünya'ya göre yatay hareketi süresiz olarak düzgün ve doğrusal olarak yaklaşır. (Bir cisim yatay bir yüzey boyunca hareket ettiğinde, bu cismin Dünya tarafından çekimi, destek tahtalarının, buzun vb. Esnekliği ile dengelenir.) Vücudun herhangi bir hareketi sürdürmeme eğiliminde olması, yani doğrusaldır. örneğin aşağıdaki deneyle kanıtlanmıştır (Şekil 17). Düz bir yatay yüzey boyunca doğrusal olarak hareket eden, eğrisel bir şekle sahip bir engelle çarpışan bir top, bu engelin etkisi altında bir yay içinde hareket etmeye zorlanır. Ancak top engelin kenarına ulaştığında eğrisel yönde hareketini durdurur ve tekrar düz bir çizgide hareket etmeye başlar. Yukarıdaki (ve benzer) gözlemlerin sonuçlarını özetleyerek, belirli bir cisim diğer cisimlerden etkilenmiyorsa veya eylemleri karşılıklı olarak dengeleniyorsa, bu cisim hareketsizdir veya hızı, referans çerçevesine göre sabit olarak değişmeden kalır. Dünya yüzeyi ile bağlantılı. Bir cismin bu cisim üzerindeki dış etkilerin yokluğunda veya kompanzasyonunda dinlenme veya doğrusal düzgün hareket durumunu sürdürme olgusuna atalet denir.

Atalet olgusunun varlığına ilişkin sonuç önce Galileo, sonra Newton tarafından yapılmıştır. Bu sonuç, Newton'un ilk yasası (atalet yasası) şeklinde formüle edilmiştir: vücudun (maddi nokta), üzerinde dış etkilerin yokluğunda (veya karşılıklı tazminatlarıyla) göreli olarak bu tür referans çerçeveleri vardır. , bir dinlenme veya düzgün doğrusal hareket durumunu korur. Newton'un birinci yasasının karşılandığı referans çerçevelerine eylemsizlik denir. Bu nedenle, eylemsiz referans sistemleri, üzerinde dış etkiler veya karşılıklı telafisi olmadığında, maddi noktanın hareketsiz olduğu veya düzgün ve doğrusal olarak hareket ettiği referans sistemleridir.

Gözlemler, çok yüksek bir doğruluk derecesi ile bunun eylemsiz bir referans çerçevesi olarak kabul edilebileceğini göstermektedir. güneş merkezli sistem, orijinin Güneş ile ilişkili olduğu ve eksenlerin belirli "sabit" yıldızlara yönlendirildiği. Dünya yüzeyiyle sıkı bir şekilde bağlantılı olan referans çerçeveleri, Dünya Güneş'in etrafında yörüngede hareket ettiğinden ve aynı zamanda kendi ekseni etrafında döndüğünden, kesin olarak söylemek gerekirse, eylemsiz değildir. Bununla birlikte, küresel (yani dünya çapında) bir ölçeğe sahip olmayan hareketleri tanımlarken, Dünya ile ilişkili referans sistemleri yeterli doğrulukla atalet olarak kabul edilebilir. Herhangi bir eylemsiz referans çerçevesine göre düzgün ve doğrusal hareket eden referans çerçeveleri de eylemsizdir (aşağıya bakınız). Galileo, bu sistemin durağan olup olmadığını veya eylemsiz bir referans çerçevesi içine yerleştirilmiş herhangi bir mekanik deneyle düzgün ve doğrusal hareket edip etmediğini belirlemenin imkansız olduğunu ortaya koydu. Bu ifadeye Galileo'nun görelilik ilkesi veya mekanik görelilik ilkesi denir. Bu ilke daha sonra A. Einstein tarafından geliştirilmiştir ve özel görelilik kuramının varsayımlarından biridir. atalet sistemleri referanslar fizikte son derece önemli bir rol oynar, çünkü Einstein'ın görelilik ilkesine göre, herhangi bir fizik yasasının matematiksel ifadesi, her eylemsiz referans çerçevesinde aynı forma sahiptir. Gelecekte, sadece atalet sistemlerini kullanacağız (bunu her seferinde belirtmeden). Newton'un birinci yasasının yerine getirilmediği referans çerçevelerine eylemsiz olmayan denir. Bu tür sistemler, eylemsiz referans çerçevesine göre ivme ile hareket eden herhangi bir referans çerçevesini içerir.

Newton, birinci yasa olarak Galileo'nun eylemsizlik ilkesini (1632) aldı ve onu eylemsiz bir referans çerçevesi kavramıyla tamamladı. Galileo'nun eylemsizlik ilkesine göre serbest gövde diğer cisimlerin etkisi onu bu durumdan çıkarana kadar bir dinlenme veya düzgün, doğrusal hareket durumunu korur.

Bu ilkeden, dinlenme veya düzgün doğrusal hareket durumunun, onu sürdürmek için herhangi bir dış etki gerektirmediği sonucu çıkar. Bu, cisimlerin özel bir dinamik özelliği olarak adlandırılır. eylemsizlik. Bu nedenle, Newton'un birinci yasasına eylemsizlik yasası denir ve bir cismin diğer cisimlerden gelen etkilerin yokluğunda hareketine denir. atalet hareketi.

Newton'un birinci yasası tüm referans çerçevelerinde geçerli değildir. Üzerinde çalıştığı sistemlere denir. atalet referans sistemleri.

Pratik olarak eylemsiz referans çerçevesinin, kökeni Güneş'in merkezinde olan güneş merkezli referans çerçevesi olduğu ve eksenlerin, örneğin seçilen üç uzak yıldız yönünde çizildiği deneysel olarak belirlenmiştir. karşılıklı olarak dik olmalarıdır.

Birçok pratik amaç için, makroskopik cisimler hareket ettiğinde, Dünya ile ilişkili sistem bir referans sistemi olarak kullanılır. Böyle bir referans çerçevesi, Dünya'nın günlük ve yıllık dönüşünün etkisi nedeniyle yaklaşık olarak atalet olarak kabul edilir.

Böylece, Newton'un birinci yasasının aşağıdaki formülasyonunu verebiliriz: Cismin bir dinlenme durumunu veya diğer cisimlerin etkisi onu bu durumdan çıkarana kadar düzgün doğrusal hareketini sürdürdüğü bu tür referans çerçeveleri vardır.

Eylemsiz çerçeveye göre düzgün ve doğrusal hareket eden herhangi bir referans çerçevesinin de eylemsiz olduğunu gösterelim. A cismi K hareketsiz referans çerçevesinde hareketsiz olsun (Şekil 3.1). Referans çerçevesi K "K çerçevesine göre bir hız ile düzgün ve doğrusal olarak hareket eder. K çerçevesine göre A gövdesi" bir hızla eşit ve doğrusal olarak hareket eder - , bu da Newton'un birinci yasasını karşılar. Bu nedenle, K" referans çerçevesi eylemsizdir. Bu nedenle, bilinen bir eylemsiz referans çerçevesine göre, yukarıda açıklanan yöntemi kullanarak istediğiniz kadarını oluşturmak mümkündür.

3.1.2. Newton'un ikinci yasası

Bu yasa, ileriye doğru hareket eden bir maddesel nokta ve katı bir cismin dinamiğinin temel yasasıdır.

Kanun kuvvet, kütle ve ivme arasında bir ilişki kurar.

Deneyimler, bir cismin hızının büyüklüğündeki veya yönündeki herhangi bir değişikliğin, diğer cisimlerle etkileşiminden kaynaklandığını göstermektedir.

Mekanikte kuvvet, hızlarında veya deformasyonlarında bir değişikliğe yol açan cisimlerin etkileşiminin nicel bir ölçüsü olarak tanımlanır.

Kuvvet, büyüklük, yön ve uygulama noktası ile karakterize edilir. Sonuç olarak, kuvvet vektörel bir büyüklüktür.

Deneyime dayalı modern fikirlere göre, doğada gözlemlenen tüm etkileşimler dört temele indirgenebilir: yerçekimi, zayıf, elektromanyetik ve güçlü.

yerçekimi etkileşimi tüm maddi nesnelerin doğasında vardır. Maddi cisimlerdeki kütlenin varlığı ile belirlenir ve Newton'un evrensel yerçekimi yasasına uyar. Yerçekimi etkileşiminin etki yarıçapı sınırsızdır. Mikro dünya alanında, yerçekimi etkileşiminin rolü önemsizdir.

Zayıf etkileşim- kısa menzilli, mikro kozmosta bulunur ve temel parçacıkların belirli bir tür kararsızlığına yol açan şeyde kendini gösterir.

elektromanyetik etkileşim akımların ve yüklerin etkileşiminde kendini gösterir. Elektromanyetik etkileşim aralığı sınırsızdır. Atomların, moleküllerin ve makroskopik cisimlerin oluşumunda belirleyicidir.

Nükleer veya güçlü etkileşim en yoğun olanıdır. Güçlü etkileşimin yarıçapı çok küçüktür ~10 -15 m.Bu etkileşim nedeniyle, protonların güçlü itmesine rağmen, protonlar ve nötronlar çekirdekte tutulur.

Temel olmayan kuvvetler, esneklik, sürtünme, direnç ve diğer kuvvetleri içerir. Tüm bu kuvvetler elektromanyetik veya yerçekimine indirgenebilir, ancak bu, mekanikteki problemlerin çözülmesinde önemli bir komplikasyona yol açar. Bu nedenle mekanikte temel olanlarla birlikte elastisite ve sürtünme kuvvetleri de dikkate alınır.

Ampirik olarak, mekanik etkileşimde kendini gösteren kuvvetlerin bir diğer önemli özelliği kurulmuştur. Mekanikte kuvvetler itaat eder Üstüste binme ilkesi, aşağıdaki gibidir: M parçacığının diğerleriyle eşzamanlı etkileşiminkuvvetleri olan parçacıklar

bir kuvvetin hareketine eşdeğer vektörlerinin toplamına eşittir.

. (3.1)

Kuvvet sonuç olarak adlandırılır.

Tecrübelerin gösterdiği gibi, tüm cisimler hızın büyüklüğünde ve yönünde bir değişikliği önleme özelliğine sahiptir. Bu özellik denir eylemsizlik.

Kütle iki şekilde tanımlanabilir. Bunlardan ilki aşağıdaki gibidir. Kütlesi olan bir referans cisim seçilir. m et kütle birimi olarak alınır. İncelenen cismin kütlesi m, ampirik olarak kurulan aşağıdaki orandan belirlenir:

,

nerede a ve a et - aynı kuvvetin referans ve incelenen cisimler üzerindeki etkisinin neden olduğu ivmeler. Bu sözde tanımlar atıl kütle.

İkinci yöntem, evrensel yerçekimi yasasının kullanımına dayanmaktadır. Bu sözde tanımlar yerçekimi kütlesi.

A. Einstein, yerçekimi ve eylemsizlik kütlelerinin denkliği ilkesini formüle etti: aynı cismin eylemsizlik ve yerçekimi kütleleri aynıdır.

Atalet ve yerçekimi kütlelerinin denkliği, onlar için bir ölçü birimi seçmeyi mümkün kılar. SI sisteminde bir kütle birimi olarak, kilogram (kg) kabul edilir - Fransa'da Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosunda depolanan referans platin-iridyum gövdesinin kütlesi.

Hareket eden bir cismin diğer cisimler üzerindeki dinamik etkisi, hız ve kütleye bağlıdır. Bu nedenle, trafik yoğunluğunun dinamik bir özelliği olarak, vektör miktarı cismin momentumu (veya momentumu) olarak adlandırılır ve kütlesi ile hızının çarpımına eşittir:

. (3.2)

Momentumun birimi kilogram-metre bölü saniyedir (kg m/s).

Newton'un ikinci yasasına göre, bir cismin momentumunun zamana göre türevi, ona uygulanan tüm kuvvetlerin bileşkesine eşittir:

. (3.3)

(3.3)'den şu sonuç çıkar: momentumdaki değişim bileşke kuvvet yönünde gerçekleşir . Newton'un (3.3) şeklindeki ikinci yasasının, değişken kütleli bir cismin hareketinin tanımını kabul ettiğine dikkat edin. Cismin kütlesi sabit ise, o zaman (3.2) ve (3.3)'ten Newton'un ikinci yasasının denklemini şu şekilde elde ederiz.

, (3.4)

buradan, formül (2.21) dikkate alındığında, şunu elde ederiz:

. (3.5)

SI kuvvet birimi, tanımı formül (3.5)'e dayanan türetilmiş bir birimdir. Kuvvet birimi - 1 Newton (N), 1 kg kütleli bir cisme 1 m ivme kazandıran kuvvettir./ İle birlikte 2 .

Newton'un ikinci yasasına genellikle öteleme hareketinin dinamiğinin temel yasası denir. Mekanikte bu yasanın yardımıyla, iki ana görev:

1. Doğrudan ana görev -bir cismin (noktaların) hareketine ilişkin diferansiyel denklemlerin kurulması ve bunların çözümü.

2. Ana sorunu tersine çevirin- cisimlerin etkileşim kuvvetlerinin koordinatlarına, hızlarına ve zamanlarına bağımlılığını bulmak, yani etkileşim yasalarının oluşturulması.