So'zlash birinchi qonun Nyuton , eksperimental asosi tajribalar orqali yaratilgan, 1636 yilda Galiley bir necha bor o'zgargan, ammo uning mohiyati bir xil bo'lib qolgan. Hozirgi vaqtda ushbu qonunning ikkita formulasi qo'llaniladi. Eng ko'p ishlatiladigan quyidagilar:

Shunday ma'lumotlar doiralari mavjudki, ularga nisbatan progressiv harakatlanuvchi jism o'z tezligini doimiy ravishda ushlab turadi, agar unga boshqa jismlar harakat qilmasa yoki boshqa jismlarning harakati kompensatsiya qilinmasa.

Nyutonning birinchi qonuni boshqacha tuzilgan.

Tana boshqa jismlar yoki jismoniy maydonlar tomonidan kompensatsiyalanmagan ta'sirga duchor bo'lgunga qadar dam olish holatini yoki bir xil to'g'ri chiziqli harakatni saqlaydi.

Jismoniy ma'nosi: 1) Qonunda organizmga boshqa organlar ta'sir qilmasa yoki boshqa organlarning harakati qoplansa, uning taqdiri nima bo'lishini ko'rsatadi. 2) Nyutonning birinchi qonuni barcha ma'lumotlar tizimidan u amalga oshiriladigan qonunlarni ajratib ko'rsatadi; bunday sanoq sistemalari inertial deyiladi

Kompensatsiya qilinmagan tashqi ta'sirga duchor bo'lmagan jismning tezligini doimiy ravishda ushlab turishi (jumladan, tana tinch holatda bo'lsa, nolga teng) inertsiya deb ataladi va bunday jismlar doimiy tezlikda harakatlanadigan yoki tinch holatda bo'lgan sanoq sistemalari. chaqiriladi inertial. Shu munosabat bilan Nyutonning birinchi qonuni ko'pincha inersiya qonuni deb ataladi. Jismning inersial sanoq sistemasidagi to'g'ri chiziqli bir tekis harakatiga inersiya harakati deyiladi. Inertial sanoq sistemasi tushunchasi umuman fizikada, xususan, mexanikada asosiy hisoblanadi.

Mexanika qonunlari ular qaysi inertial sanoq sistemasiga bog'liq emas. Boshqacha qilib aytganda, har qanday mexanik hodisalar uchun barcha inertial sanoq sistemalari tengdir, ya'ni. maxsus, "asosiy" inertial sanoq tizimi mavjud emas, unga nisbatan harakatni "mutlaq harakat" deb hisoblash mumkin.

8. Kuch. Nyutonning ikkinchi qonuni.

Nyutonning birinchi qonuni shuni ko'rsatadiki, jismning tezligini inertial sanoq tizimiga nisbatan o'zgartirish uchun, ya'ni. Jismning tezlashtirilgan harakati uchun bu jismga boshqa jismning harakat qilishi kerak. Bunday ta'sir deyiladi kuch . Kuchlarning tabiati har xil bo'lishi mumkin, ammo har qanday kuch uchun ikkita asosiy xususiyat xarakterlidir.

1. Kuch - jismoniy miqdor, ya'ni. uni boshqa fizik miqdorlardan ajratib turuvchi sifat tomoni bilangina tavsiflanmasdan, balki ma'lum miqdoriy jihatdan ifodalanishi ham mumkin. Bu turli kuchlar turli tezlanishlarni keltirib chiqarishi tajriba fakti bilan tasdiqlanadi.

2. Kuch vektor kattalikdir. Kuchning jismga ta'siri natijasida u vektor kattalik bo'lgan tezlanishga ega bo'ladi. Shuning uchun kuch ham vektor kattalikdir: kuch yo'nalishini o'zgartirib, biz tezlanish yo'nalishini o'zgartiramiz. Kuch vektorining moduli boshqa jismlarning berilgan jismga ta'sirining o'lchovini aniqlaydi.

Shunday qilib, kuch - vektor jismoniy miqdor, bu bir tananing boshqasiga ta'sirini tavsiflaydi, bu kompensatsiya qilinmagan holda, bu tananing tezlashuvining o'zgarishiga olib keladi va bunday ta'sirning o'lchovidir. SI tizimida kuch 1 N. Kuch quyidagi bilan tavsiflanadi: qo'llash nuqtasi, modul, yo'nalish.

Jismga ta'sir qiluvchi kuch va bu jismning tezlashishi o'rtasidagi to'g'ridan-to'g'ri miqdoriy bog'liqlik tomonidan o'rnatiladi Nyutonning ikkinchi qonuni :

Jismning kuch ta'sirida olgan tezlanishi bu kuchga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir va uning yo'nalishi bu kuchning yo'nalishiga to'g'ri keladi. Yoki: Jismga ta'sir etuvchi barcha kuchlarning natijasi tananing massasi va tezlanishi ko'paytmasiga teng.

Fizik ma'nosi: 1) Qonun kinematik va dinamik xususiyatlar bitta tana; 2) Qonunda jismga boshqa jismlar yoki maydonlar ta'sir etsa nima bo'lishini ko'rsatadi 3) Kuch birligi 1 Nyuton

Tana (moddiy nuqta) , tashqi ta'sirlarga tobe bo'lmagan, tinch holatda yoki to'g'ri chiziqda va bir xilda harakat qiladi. Bunday tana deyiladi ozod. Bunday jismning harakati deyiladi erkin harakat yoki inertsiya.

Barcha erkin jismlar to'g'ri chiziqda va bir xilda harakatlanadigan ma'lumot tizimi mavjud

Inertial deb ataladigan shunday sanoq sistemalari mavjudki, ularga nisbatan moddiy nuqta tashqi ta’sirlar bo‘lmaganda o‘z tezligining kattaligi va yo‘nalishini cheksiz saqlab qoladi.

Bunday tizimlar deyiladi inertial mos yozuvlar tizimlari - Nyutonning birinchi qonuni.

Nyutonning ikkinchi qonuni

Har qanday tanani harakatga keltirishga urinayotganda qarshilik ko'rsatadi, ya'ni. unga bir oz tezlik bering. Jismlarning bu xususiyati deyiladi inertsiya. Inertsiya o'lchovi - vazn.

Boshqa jismlar ta'sirida bo'lmagan jismlar tizimi deyiladi yopiq tizim yoki izolyatsiya qilingan tizim. Bunday tizimlarda jismlar faqat bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin yopiq tizim ikki jismdan (ikkita moddiy nuqtadan) iborat. Jismlarning tezligi va , va bu tezliklarning bir xil vaqt oralig'ida ortishi. vektorlari qarama-qarshi yo'nalishga ega va munosabat bilan bog'langan . va koeffitsientlari doimiy va ega bir xil belgilar va 1 va 2 jismlarning massalari yoki inersial massalari deyiladi.

Puls yoki moddiy nuqtaning harakat miqdori- nuqta massasi va uning tezligi ko'paytmasiga teng vektor.

Tizim tezligi - vektor yig'indisi tizimni tashkil etuvchi alohida moddiy nuqtalarning impulslari: moddiy nuqtalardan tashkil topgan tizim uchun.

Puls izolyatsiya qilingan tizim vaqt o'tishi bilan doimiy bo'lib qoladi Impulsning saqlanish qonuni.

Kuch (mexanikada)- tananing momentumini o'zgartiradigan har qanday sabab (bu sifat xarakterlidir). Miqdoriy xarakteristikasi tenglama bilan ifodalanadi:

Bu tenglama faqat agar mavjud bo'lsa m tezligiga bog'liq emas.

Inertial sanoq sistemasida moddiy nuqta impulsining vaqtga nisbatan hosilasi unga ta’sir etuvchi kuchga teng.

Inertial sanoq sistemasida moddiy nuqta oladigan tezlanish unga tatbiq etilgan barcha kuchlar natijasiga to‘g‘ridan-to‘g‘ri proportsional va uning massasiga teskari proportsionaldir.

Yuqoridagi bayonotlar ikkita formuladan boshqa narsa emas Nyutonning ikkinchi qonuni. Qonunning ta'rifiga mos keladigan tenglama hisoblanadi moddiy nuqtaning harakat tenglamasi.

Nyutonning uchinchi qonuni

Ikki moddiy nuqtaning o'zaro ta'sir kuchlari kattaligi bo'yicha teng, qarama-qarshi yo'naltirilgan va bu moddiy nuqtalarni bog'laydigan to'g'ri chiziq bo'ylab harakat qiladi.

Har bir harakat uchun teng va qarama-qarshi reaktsiya mavjud.

Moddiy nuqtalar bir-biriga bir xil tabiatli, shu nuqtalarni tutashtiruvchi to'g'ri chiziq bo'ylab yo'naltirilgan, kattaligi teng va yo'nalishi bo'yicha qarama-qarshi kuchlar bilan juft bo'lib ta'sir qiladi: . Yoki, agar tizim moddiy nuqtalar to'plamidan iborat bo'lsa, u holda , ya'ni. moddiy nuqtalar juft bo’lib o’zaro ta’sir qiladi. Ikkala kuch ham ushbu nuqtalarni bog'laydigan to'g'ri chiziq bo'ylab yo'naltiriladi.

Bu uchta ifoda turli formulalardir Nyutonning uchinchi qonuni.

Inertial sanoq sistemasiga nisbatan tezlanish bilan harakatlanuvchi har qanday tizim hisoblanadi noinertial.

I.2.1 Nyutonning birinchi qonuni. INERSIAL MA'LUMOT TIZIMLARI.

Nyutonning birinchi qonuni: Har qanday jism o'zining tinch holatini yoki bir xil to'g'ri chiziqli harakatini tashqi ta'sir uni bu holatni o'zgartirishga majburlamaguncha saqlab qoladi.

Nyutonning birinchi qonunida aytilishicha, dam olish holati yoki bir xil to'g'ri chiziqli harakat uni ushlab turish uchun hech qanday tashqi ta'sirni talab qilmaydi. Bu jismlarning maxsus dinamik xususiyatini namoyon qiladi, deyiladi inertsiya . Shunga ko'ra, Nyutonning birinchi qonuni ham deyiladi inersiya qonuni , va tashqi ta'sirlardan xoli jismning harakati inertsiya .

Nyutonning birinchi qonunining yuqoridagi formulasida tananing deformatsiyalanmaganligi nazarda tutilgan, ya'ni. mutlaqo mustahkam va tashqi ta'sirlar bo'lmasa, u oldinga siljiydi. Bundan tashqari, qattiq jism ham inertsiya bilan bir xilda aylanishi mumkin. Agar Nyutonning birinchi qonunida biz "tana" haqida emas, balki o'zining ta'rifiga ko'ra, deformatsiyalanishi yoki aylantirilishi mumkin bo'lmagan moddiy nuqta haqida gapiradigan bo'lsak, unda bu barcha rezervlashlarga bo'lgan ehtiyoj yo'qoladi. Yuqoridagilarning barchasini hisobga olgan holda, biz ushbu qonunning quyidagi formulasini berishimiz mumkin: shunday sanoq sistemalari mavjudki, ular inertiallar deb ataladi, ularga nisbatan moddiy nuqta tashqi ta'sirlar bo'lmaganda o'z tezligining kattaligi va yo'nalishini cheksiz saqlab qoladi. Qonun tashqi ta'sirlar mavjud bo'lgan, lekin o'zaro kompensatsiyalangan vaziyatda ham to'g'ri keladi (bu Nyutonning 2-qonunidan kelib chiqadi, chunki kompensatsiyalangan kuchlar tanaga nol umumiy tezlanish beradi).

Boshqa tana harakat qilmaguncha tananing dam olish holatida qolishi (ya'ni, nolga teng tezlikni saqlab turishi) juda tushunarli va kundalik kuzatishlar bilan tasdiqlanadi. Toshning o'zi uni kimdir yoki biror narsa ko'chirmaguncha qimirlamaydi. Ammo biz tananing bir tekis va to'g'ri chiziqli harakatini abadiy saqlab turishiga ishonishimiz qiyin. Otilgan tosh havo qarshiligini va erga tortishni boshdan kechiradi. Agar bunday ta'sirlar bo'lmaganida, jism bir tekis va to'g'ri chiziqli harakat holatini saqlab qolar edi (ya'ni u tezligining kattaligi va yo'nalishini saqlab qoladi). Yoki boshqa misol, yugurib kelgan odam bir zumda to'xtay olmaydi yoki bir zumda yon tomonga burilmaydi. Yugurishda ustunni aylanib o'tish uchun odam instinktiv ravishda uni qo'li bilan ushlaydi, ya'ni. tezligining yo'nalishini o'zgartirish uchun boshqa tananing (ustun) ta'siriga murojaat qiladi.

I.2.2 KUCH

Zo'rlik bilan boshqa jismlar yoki maydonlardan moddiy nuqta yoki jismga ta'sir o'lchovi bo'lgan vektor fizik miqdor deb ataladi.

Moddaning zarrachalarini yagona tizimlarga bog'laydigan va ba'zi zarralarning ta'sirini boshqasiga cheklangan tezlik bilan o'tkazadigan materiyaning maxsus shakli deyiladi. jismoniy maydon.

Moddiy nuqtaga kuch bilan ta'sir qiluvchi maydon deyiladi statsionar maydon, vaqt o'tishi bilan o'zgarmasa, ya'ni. maydonning istalgan nuqtasida bo'lsa

Uzoq jismlar orasidagi o'zaro ta'sir tortishish va elektromagnit maydonlar yordamida amalga oshiriladi.

Gravitatsion o'zaro ta'sir- olam tortishish qonuniga muvofiq jismlar orasida paydo bo'ladi.

Elektromagnit o'zaro ta'sir - elektr zaryadlari bo'lgan jismlar yoki zarralar o'rtasida sodir bo'ladi.

Bundan tashqari, ular ham bor kuchli o'zaro ta'sir, masalan, atomlarning yadrolarini tashkil etuvchi zarralar orasida mavjud bo'lgan va zaif o'zaro ta'sir masalan, ba'zi elementar zarrachalarning transformatsiya jarayonlarini tavsiflovchi.

Mexanikaning muammolari hisobga olinadi tortishish kuchlari (tortishish kuchi) va ikki turdagi elektromagnit kuchlar - elastik kuchlar va ishqalanish kuchlari.

Ba'zi ko'rib chiqilgan jismlar tizimining qismlari o'rtasidagi o'zaro ta'sir kuchlari deyiladi ichki kuchlar.

Ushbu tizimga kirmagan boshqa jismlarning ma'lum bir tizimning jismlariga ta'sir qilish kuchlari deyiladi tashqi kuchlar.

Agregat jismoniy jismlar, tashqi jismlar bilan o'zaro ta'sirlar mavjud bo'lmagan yoki kompensatsiyalangan, deyiladi yopiq(izolyatsiya qilingan) tizimi.

Agar kuch moduli, yo'nalishi va qo'llash nuqtasi berilgan bo'lsa, to'liq aniqlanadi. Kuch yo'naltirilgan chiziq deyiladi kuch chizig'i.

Bir vaqtning o'zida bir nechta kuchlarning ( , …, ) moddiy nuqtaga ta'siri bir kuchning ta'siriga ekvivalent bo'lib, deyiladi. natija yoki natijasida kuch va ularning geometrik yig'indisiga teng:

Formula (I.48) hisoblanadi kuchlarning superpozitsiyasi printsipi.

TABIATDAGI KUCHLARNING TURLARI

Kuchlarning eng oddiy turlari to'g'ridan-to'g'ri ta'sir ko'rsatadigan kuchlardir ular aloqa qilganda bir jismning boshqasiga mexanik ta'siri, bularga quyidagilar kiradi: tortish kuchlari, ishqalanish, bosim, elastiklik, kuchlanish.

Keling, ulardan faqat ba'zilariga to'xtalib o'tamiz.

Elastiklik kuchlari. Jismlarning elastik deformatsiyasidan kelib chiqadigan kuchlar deyiladi elastik kuchlar . Bu kuchlar deformatsiyalanuvchi jismning kontakt qatlamlari o‘rtasida, shuningdek, deformatsiyaga uchragan jism bilan deformatsiyani yuzaga keltiruvchi jism o‘rtasidagi aloqa nuqtasida harakat qiladi.

Masalan, elastik deformatsiyalangan taxtaning yonidan, uning ustida yotgan novda (25-rasm) elastik kuch ta'sir qiladi. Elastik kuchlar elektromagnit tabiat kuchlaridir.

Ushbu masalada ko'rib chiqilgan jismga tayanch yoki suspenziya tomonidan ta'sir qiluvchi elastik kuch deyiladi qo'llab-quvvatlovchi reaktsiya kuchi(to'xtatib turish) yoki osma kuchlanish kuchi. Shaklda. 26 jismlarga qo'llab-quvvatlash reaktsiya kuchlari (kuch) va suspenziya kuchlanish kuchini (kuch) qo'llash misollarini ko'rsatadi.

Elastik kuch faqat ma'lum elastik jismning o'zaro ta'sir qiluvchi qismlari orasidagi masofalarning o'zgarishiga bog'liq. Elastik kuchning ishi traektoriya shakliga bog'liq emas va yopiq traektoriya bo'ylab harakatlanayotganda nolga teng. Demak, elastik kuchlar potentsial kuchlardir ( ish tushunchasi va kuchlar salohiyati bobda ko'rib chiqiladi I.3 (I.3.1-§, 41-bet), (I.3.2-§, 45-bet)).

Guk qonuni: Elastik kuch cho'zilish (siqilish) vektoriga proportsional va unga qarama-qarshi yo'nalishda:

, (I.49)

qayerda - tananing qattiqligi- berilgan jismning yagona deformatsiyasidan kelib chiqadigan elastik kuch bilan aniqlangan qiymat;

Cho'zilish vektori bir o'lchovli (chiziqli) kuchlanishni (siqishni) tavsiflovchi qiymatdir.

Ishqalanish kuchlari. Bir tananing boshqasining yuzasida har qanday harakati bilan, biz tasavvur qiladigan bu harakatga qarshilik paydo bo'ladi ishqalanish kuchi bu harakatga qarshi.

Tashqi va ichki ishqalanishni farqlang. tashqi ishqalanish Ikki aloqa qiluvchi jismning aloqa tekisligida nisbiy harakatidan kelib chiqadigan mexanik qarshilik deb ataladi. Misol uchun, novda va o'rtasida tashqi ishqalanish mavjud eğimli tekislik bar qayerga suyanadi yoki qaysi tomondan siljiydi. Muayyan sharoitlarda tashqi ishqalanish aylanadi ichki ishqalanish, bunda bir tanadan ikkinchisiga o'tishda aloqa zonasida tezlik sakrashi yo'q.

Ikki qattiq jismning sirtlari orasidagi ishqalanish, ular orasida suyuq yoki gazsimon qatlam bo'lmasa, deyiladi. quruq ishqalanish. Sirt orasidagi ishqalanish qattiq tana jism harakatlanadigan atrofdagi suyuqlik yoki gazsimon muhit deyiladi suyuqlik yoki yopishqoq ishqalanish.

Quruq ishqalanish quyidagilarga bo'linadi:

§ statik ishqalanish- aloqa qiluvchi jismlarning nisbiy harakati bo'lmaganda ishqalanish;

§ surma ishqalanish- aloqa qiluvchi jismlarning nisbiy harakati paytida ishqalanish.

Bir jismning boshqa jism yuzasida harakatlanishiga xalaqit beradigan ishqalanish kuchi deyiladi statik ishqalanish kuchi.

Odatda, statik ishqalanish kuchi haqida gapirganda, ular nazarda tutadi statik ishqalanishning yakuniy kuchi. tomonidan belgilang tashqi kuch boshqa tana bilan aloqada bo'lgan tanaga qo'llaniladi. Bu kuch aloqa tekisligiga parallel. Tananing nisbiy harakati shart ostida sodir bo'ladi . Statik ishqalanish kuchi jismlarning notekis sirtlarining birikishi, bu notekisliklarning elastik deformatsiyalari va jismlarning zarrachalari orasidagi masofalar kichik va molekulalararo tortishish paydo bo`lishi uchun yetarli bo`lgan joylarda yopishishi (yopishishi) natijasida yuzaga keladi. Shu nuqtai nazardan, statik ishqalanish kuchini elastik kuchlarning o'ziga xos ko'rinishi deb hisoblash mumkin.

Maksimal statik ishqalanish kuchi () jismlarning aloqa maydoniga bog'liq emasligi va ishqalanish yuzalarini bir-biriga bosadigan normal bosim kuchi moduliga () taxminan mutanosib ekanligi eksperimental ravishda aniqlandi: .

O'lchovsiz omil statik ishqalanish koeffitsienti deb ataladi. Bu ishqalanish yuzalarining tabiati va holatiga bog'liq.

Sürgülü ishqalanish ishqalanish yuzalarining pürüzlülüğü tufayli yuzaga keladi. Molekulyar o'zaro ta'sir kuchlari ham muhim rol o'ynaydi.

Sirpanish ishqalanish qonunlari.

I. Ishqalanish kuchining bosim kuchiga nisbati (bular. ishqalanish yuzalarini bir-biriga bosadigan kuchga) bu yuzalar uchun doimiy qiymat mavjud. Ishqalanishning birinchi qonuni quyidagicha ifodalanishi mumkin: ishqalanish kuchi bosim kuchiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Eksperimental ravishda surma ishqalanish kuchi normal bosim kuchiga mutanosib ekanligi isbotlangan: .

II. Ishqalanish koeffitsienti ishqalanish yuzalarining materiallariga bog'liq.

III. Ishqalanish koeffitsienti ishqalanish yuzalarining o'lchamiga bog'liq emas. Agar sirt maydoni juda kichik bo'lsa, harakatlanuvchi jism statsionarda (masalan, mixning uchida) tirnalish qoldirishi mumkin bo'lsa, unda bu qonun endi kuchga kirmaydi.

IV. Tezlik ortishi bilan ishqalanish koeffitsienti kamayadi. Buning sababi shundaki, yuqori tezlikda qo'pol sirtlarning barcha chiqib ketishlari bir-biriga etarlicha chuqur yopishib olishga vaqtlari yo'q.

27-rasmda ishqalanish koeffitsientining harakat tezligiga bog'liqligi grafigi ko'rsatilgan.

Grafikdan ko'rinib turibdiki, eng katta ishqalanish koeffitsienti (demak, eng katta ishqalanish kuchi) tinch holatda mavjud. Bu qisqacha quyidagicha ifodalanadi: statik ishqalanish kuchining maksimal qiymati toymasin ishqalanish kuchidan kattaroqdir. I, II va III qonunlar Kulon tomonidan tribometr bilan tajribalar natijasida topilgan.

Eslatma: eng oddiy hollarda ishqalanish kuchi va normal bosim kuchi tengsizlik bilan bog'liq bo'lib, u faqat nisbiy harakat mavjudligida tenglikka aylanadi. Bu nisbat deyiladi

Birinchi qonun sifatida Nyuton Galileyning inersiya tamoyilini (1632) oldi va uni inertial sanoq sistemasi tushunchasi bilan to'ldirdi. Galileyning inersiya printsipiga ko'ra erkin tana boshqa jismlarning ta'siri uni bu holatdan chiqarmaguncha, dam olish holatini yoki bir xil, to'g'ri chiziqli harakatni saqlaydi.

Bu tamoyildan kelib chiqadiki, dam olish holati yoki bir xil to'g'ri chiziqli harakat uni ushlab turish uchun hech qanday tashqi ta'sirni talab qilmaydi. Bu jismlarning maxsus dinamik xususiyatini namoyon qiladi, deyiladi inertsiya. Shuning uchun Nyutonning birinchi qonuni inersiya qonuni, boshqa jismlarning ta'sirisiz jismning harakati deyiladi. inertsiya harakati.

Nyutonning birinchi qonuni barcha manbalarda amal qilmaydi. U ishlaydigan tizimlar deyiladi inertial mos yozuvlar tizimlari.

Amaliy inertial sanoq sistemasi geliotsentrik sanoq sistemasi ekanligi eksperimental ravishda aniqlandi, uning kelib chiqishi Quyoshning markazida joylashgan va o'qlari uchta uzoqdagi yulduzlar yo'nalishi bo'yicha chizilgan, masalan, shunday qilib tanlangan. ularning o'zaro perpendikulyar ekanligi.

Ko'p amaliy maqsadlarda, makroskopik jismlarni harakatlantirganda, mos yozuvlar tizimi sifatida Yer bilan bog'langan tizim ishlatiladi. Yerning sutkalik va yillik aylanishining ta'siriga ko'ra, bunday mos yozuvlar tizimi taxminan inertial hisoblanadi.

Shunday qilib, Nyutonning birinchi qonunining quyidagi formulasini berishimiz mumkin: shunday sanoq sistemalari mavjudki, ularda jism dam olish holatini yoki bir xil to'g'ri chiziqli harakatni boshqa jismlarning ta'siri uni bu holatdan olib chiqmaguncha ushlab turadi.

Inersial sistemaga nisbatan bir tekis va to‘g‘ri chiziqli harakatlanuvchi har qanday sanoq sistemasi ham inertial ekanligini ko‘rsataylik. A tanasi K sanoq sistemasida tinch holatda bo'lsin (3.1-rasm). Yo'naltiruvchi K "kadr K ga nisbatan tezlik bilan bir tekis va to'g'ri chiziqli harakat qiladi. K ramkaga nisbatan A tanasi" tezlik bilan bir tekis va to'g'ri chiziqli harakat qiladi - , bu ham Nyutonning birinchi qonunini qondiradi. Demak, K" sanoq sistemasi inertialdir. Shunday qilib, ma'lum bo'lgan bitta inertial sanoq sistemasiga ko'ra, yuqorida ko'rsatilgan usul yordamida ulardan xohlagancha ko'pini qurish mumkin.

3.1.2. Nyutonning ikkinchi qonuni

Bu qonun moddiy nuqta va qattiq jismning oldinga siljishi dinamikasining asosiy qonunidir.

Qonun kuch, massa va tezlanish o'rtasidagi munosabatni o'rnatadi.

Tajriba shuni ko'rsatadiki, jism tezligining kattaligi yoki yo'nalishidagi har qanday o'zgarish uning boshqa jismlar bilan o'zaro ta'siridan kelib chiqadi.

Mexanikada kuch jismlarning o'zaro ta'sirining miqdoriy o'lchovi sifatida belgilanadi, bu ularning tezligi yoki deformatsiyasining o'zgarishiga olib keladi.

Kuch kattaligi, yo'nalishi va qo'llash nuqtasi bilan tavsiflanadi. Binobarin, kuch vektor kattalikdir.

Tajribaga asoslangan zamonaviy kontseptsiyalarga ko'ra, tabiatda kuzatilgan barcha o'zaro ta'sirlarni to'rtta asosiyga qisqartirish mumkin: tortishish, kuchsiz, elektromagnit va kuchli.

Gravitatsion o'zaro ta'sir barcha moddiy ob'ektlarga xosdir. U moddiy jismlarda massa mavjudligi bilan belgilanadi va Nyutonning butun dunyo tortishish qonuniga bo'ysunadi. Gravitatsion o'zaro ta'sirning ta'sir radiusi cheksizdir. Mikrodunyo sohasida gravitatsion o'zaro ta'sirning roli ahamiyatsiz.

Zaif o'zaro ta'sir- qisqa masofali, mikrokosmosda mavjud va elementar zarralarning ma'lum bir beqarorligiga olib keladigan narsada namoyon bo'ladi.

Elektromagnit o'zaro ta'sir oqimlar va zaryadlarning o'zaro ta'sirida namoyon bo'ladi. Elektromagnit o'zaro ta'sir doirasi cheksizdir. Atomlar, molekulalar va makroskopik jismlarning shakllanishida hal qiluvchi ahamiyatga ega.

Yadro yoki kuchli o'zaro ta'sir eng kuchli hisoblanadi. Kuchli o'zaro ta'sir radiusi juda kichik ~10 -15 m.Bu o'zaro ta'sir tufayli protonlar va neytronlar protonlarning kuchli itarilishiga qaramay yadrolarda saqlanadi.

Asosiy bo'lmagan kuchlarga elastiklik, ishqalanish, qarshilik kuchlari va boshqalar kiradi. Bu barcha kuchlarni elektromagnit yoki tortishish kuchiga kamaytirish mumkin, ammo bu mexanikadagi muammolarni hal qilishda sezilarli murakkablikka olib keladi. Shu sababli mexanikada asosiy kuchlar bilan bir qatorda elastiklik va ishqalanish kuchlari ham ko'rib chiqiladi.

Mexanik o'zaro ta'sirda namoyon bo'ladigan kuchlarning yana bir muhim xususiyati eksperimental tarzda aniqlangan. Mexanikadagi kuchlar bo'ysunadi superpozitsiya printsipi, bu quyidagicha: M zarrachaning bir nechta boshqalar bilan bir vaqtda o'zaro ta'sirinkuchlar bilan zarralar

bir kuchning ta'siriga teng ularning vektor yig'indisiga teng.

. (3.1)

Kuch natija deb ataladi.

Tajriba shuni ko'rsatadiki, barcha jismlar tezlikning kattaligi va yo'nalishining o'zgarishini oldini olish xususiyatiga ega. Bu xususiyat deyiladi inertsiya.

Massani ikki yo'l bilan aniqlash mumkin. Ulardan birinchisi quyidagicha. Malumot tanasi tanlanadi, uning massasi m et massa birligi sifatida qabul qilinadi. Tekshirilayotgan jismning m massasi empirik tarzda belgilangan quyidagi nisbatdan aniqlanadi:

,

qayerda a va a et - ma'lumotnoma va tekshirilayotgan organlarga bir xil kuchning ta'siridan kelib chiqadigan tezlashuvlar. Bu deb atalmishni belgilaydi inert massa.

Ikkinchi usul universal tortishish qonunidan foydalanishga asoslangan. Bu deb atalmishni belgilaydi tortishish massasi.

A. Eynshteyn tortishish va inersiya massalarining ekvivalentligi tamoyilini shakllantirdi: bir jismning inersiya va tortishish massalari bir xil.

Inertial va tortishish massalarining ekvivalentligi ular uchun bitta o'lchov birligini tanlash imkonini beradi. SI tizimida massa birligi sifatida kilogramm (kg) qabul qilinadi - Frantsiyada Xalqaro vazn va o'lchovlar byurosida saqlanadigan standart platina-iridiy tanasining massasi.

Harakatlanuvchi jismning boshqa jismlarga dinamik ta'siri tezlik va massaga bog'liq. Shuning uchun biz harakat intensivligining dinamik xarakteristikasi sifatida kiritamiz vektor miqdori , jismning impulsi (yoki impulsi) deb ataladi va uning massasi va tezligining mahsulotiga teng:

. (3.2)

Impulsning birligi kilogramm-metrning soniyaga bo'linishi (kg m / s).

Nyutonning ikkinchi qonuniga ko'ra, jismning impuls momentining vaqt hosilasi unga qo'llaniladigan barcha kuchlarning natijasiga teng:

. (3.3)

(3.3) dan shunday xulosa kelib chiqadi impulsning o'zgarishi natijaviy kuch yo'nalishi bo'yicha sodir bo'ladi . E'tibor bering, Nyutonning ikkinchi qonuni (3.3) ko'rinishdagi o'zgaruvchan massali jismning harakatini tavsiflaydi. Agar tananing massasi doimiy bo'lsa, u holda (3.2) va (3.3) dan Nyutonning ikkinchi qonuni tenglamasini ko'rinishda olamiz.

, (3.4)

shuning uchun (2.21) formulani hisobga olgan holda biz quyidagilarni olamiz:

. (3.5)

SI kuch birligi hosila birligi bo'lib, uning ta'rifi (3.5) formulaga asoslanadi. Kuch birligi - 1 Nyuton (N) - massasi 1 kg bo'lgan jismga 1 m tezlanish beradigan kuch./ Bilan 2 .

Nyutonning ikkinchi qonuni ko'pincha tarjima harakati dinamikasining asosiy qonuni deb ataladi. Mexanikada ushbu qonun yordamida ikkita asosiy vazifa:

1. To'g'ridan-to'g'ri asosiy vazifa -jism (nuqta) harakatining differensial tenglamalarini o'rnatish va ularni yechish.

2. Teskari asosiy muammo- jismlarning o'zaro ta'sir kuchlarining ularning koordinatalari, tezligi va vaqtiga bog'liqligini topish, ya'ni o'zaro ta'sir qonuniyatlarini o'rnatish.

Dinamik - mexanikaning shug'ullanadigan bo'limi har xil turlari jismlarning bir-biri bilan o'zaro ta'sirini hisobga olgan holda mexanik harakatlar. Dinamikaning asoslari Nyutonning uchta qonuni bo'lib, ular Nyutondan oldin ham ma'lum bo'lgan va Nyutonning o'zi tomonidan amalga oshirilgan mexanik hodisalar sohasidagi kuzatishlar va tajribalarni umumlashtirish natijasidir. Nyutonning dinamika qonunlari (akscha klassik dinamika deb ataladi) cheklangan qo'llaniladigan sohaga ega. Ular vakuumdagi yorug'lik tezligidan ancha past tezlikda harakatlanadigan makroskopik jismlar uchun amal qiladi. Inersiya hodisasi Yer yuzasi bilan bog'liq bo'lgan qat'iy ma'lumot tizimini tanlab, turli jismlarning Yerga nisbatan xatti-harakatlarini kuzatishni amalga oshiramiz. Har qanday jismning tezligi faqat boshqa jismlar ta'sirida o'zgarishini topamiz. Misol uchun, tana statsionar aravada tursin. Keling, aravani turaylik - va tana harakatga qarshi ag'dariladi. Aksincha, kuzovli harakatlanuvchi arava to'satdan to'xtab qolsa, u harakat yo'nalishi bo'yicha ag'dariladi. Shubhasiz, agar arava va kuzov o'rtasida ishqalanish bo'lmaganida, tana ag'darilmaydi. Birinchi holda, quyidagilar sodir bo'ladi: tik turgan jismning tezligi nolga teng bo'lganligi sababli va trolleybus tezligi oshib keta boshlaganligi sababli, trolleybus harakatsiz kuzov ostidan oldinga siljiydi. Ikkinchi holda, aravani tormozlash paytida uning ustida turgan kuzov tezligini saqlab qoladi va to'xtab qolgan aravadan oldinga siljiydi.

Yana bir misol. Metall shar bir xil balandlikdan h (16-rasm) gorizontal tekislikka qiyshaygan trubadan pastga dumalab tushadi, shuning uchun uning gorizontal harakatini boshlagan nuqtasidagi tezligi har doim bir xil bo'ladi. Gorizontal sirt birinchi navbatda qum bilan sepiladi. To'p qisqa masofani bosib o'tadi s1 va to'xtaydi. Qumli sirtni silliq taxta bilan almashtiring. To'p allaqachon s2 uzoqroq masofaga to'xtab boradi. Taxtani muz bilan almashtiring. To'p juda uzoq vaqt aylanib yuradi va to'xtaguncha s3 >> s2 masofani bosib o'tadi. Tajribalarning bu ketma-ketligi shuni ko'rsatadiki, agar biz ta'sirni kamaytirsak muhit harakatlanuvchi jismda uning Yerga nisbatan gorizontal harakati cheksiz ravishda bir tekis va to'g'ri chiziqqa yaqinlashadi. (Jism gorizontal sirt bo'ylab harakat qilganda, bu jismning Yer tomonidan tortilishi tayanchning egiluvchanligi - taxtalar, muzlar va boshqalar bilan qoplanadi.) Tananing hech qanday harakatni, ya'ni to'g'ri chiziqli harakatini saqlab qolishga intilishi haqiqatdir. misol uchun, quyidagi tajriba bilan isbotlangan (17-rasm). Yassi gorizontal sirt bo'ylab to'g'ri chiziqli harakatlanuvchi, egri chiziqli shaklga ega bo'lgan to'siq bilan to'qnashgan to'p bu to'siq ta'sirida yoy bo'ylab harakatlanishga majbur bo'ladi. Biroq, to'p to'siqning chetiga etib kelganida, u egri chiziqli yo'nalishda harakat qilishni to'xtatadi va yana to'g'ri chiziqda harakatlana boshlaydi. Yuqoridagi (va shunga o'xshash) kuzatuvlar natijalarini umumlashtirib, xulosa qilishimiz mumkinki, agar ma'lum bir jismga boshqa jismlar ta'sir qilmasa yoki ularning harakatlari o'zaro kompensatsiya qilinsa, bu jism tinch holatda yoki uning tezligi ma'lum bir ma'lumot tizimiga nisbatan o'zgarishsiz qoladi. Yer yuzasi bilan bog'langan. Jismning bu jismga tashqi ta'sirlar bo'lmaganda yoki kompensatsiya qilinmaganda dam olish holatini yoki to'g'ri chiziqli bir tekis harakatini saqlab turish hodisasi inersiya deb ataladi.

Inersiya hodisasining mavjudligi haqidagi xulosani dastlab Galiley, keyin esa Nyuton qilgan. Ushbu xulosa Nyutonning birinchi qonuni (inertsiya qonuni) shaklida tuzilgan: tashqi ta'sirlar bo'lmaganda (yoki ularning o'zaro kompensatsiyasi bilan) tanaga (moddiy nuqta) nisbatan shunday mos yozuvlar doiralari mavjud. , dam olish holatini yoki bir xil to'g'ri chiziqli harakatni saqlaydi. Nyutonning birinchi qonuni bajariladigan sanoq sistemalari inertial deyiladi. Demak, inertial sanoq sistemalari shunday sanoq sistemalariki, ularga nisbatan moddiy nuqta, unga tashqi ta’sirlar yoki ularning o‘zaro kompensatsiyasi bo‘lmaganda, tinch holatda bo‘ladi yoki bir tekis va to‘g‘ri chiziqli harakatlanadi.

Kuzatishlar shuni ko'rsatadiki, juda yuqori darajadagi aniqlik bilan uni inertial sanoq sistemasi deb hisoblash mumkin geliotsentrik tizim, unda kelib chiqishi Quyosh bilan bog'langan va o'qlar ma'lum "sobit" yulduzlarga yo'naltirilgan. Yer yuzasi bilan qattiq bog'langan mos yozuvlar ramkalari, aniq aytganda, inertial emas, chunki Yer Quyosh atrofida orbitada harakat qiladi va bir vaqtning o'zida o'z o'qi atrofida aylanadi. Biroq, global (ya'ni, butun dunyo bo'ylab) miqyosga ega bo'lmagan harakatlarni tavsiflashda, Yer bilan bog'liq bo'lgan mos yozuvlar tizimlarini etarli darajada aniqlik bilan inertial deb hisoblash mumkin. Har qanday inertial sanoq sistemasiga nisbatan bir tekis va to‘g‘ri chiziqli harakatlanuvchi sanoq sistemalari ham inertialdir (pastga qarang). Galiley inertial sanoq sistemasida o‘tkazilgan har qanday mexanik tajribalar orqali bu tizimning tinch yoki bir tekis va to‘g‘ri chiziqli harakatlanishini aniqlash mumkin emasligini aniqladi. Ushbu bayonot Galileyning nisbiylik printsipi yoki nisbiylikning mexanik printsipi deb ataladi. Bu tamoyil keyinchalik A. Eynshteyn tomonidan ishlab chiqilgan va maxsus nisbiylik nazariyasi postulatlaridan biridir. Inertial tizimlar havolalar fizikada juda muhim rol o'ynaydi, chunki Eynshteynning nisbiylik printsipiga ko'ra, har qanday fizika qonunining matematik ifodasi har bir inertial sanoq tizimida bir xil shaklga ega. Kelajakda biz faqat inertial tizimlardan foydalanamiz (har safar buni eslatib o'tmasdan). Nyutonning birinchi qonuni bajarilmagan sanoq sistemalari inertial emas deb ataladi. Bunday tizimlar inertial sanoq sistemasiga nisbatan tezlanish bilan harakatlanadigan har qanday sanoq sistemasini o'z ichiga oladi.