2_Dinamika

План лекции:
Первый закон Ньютона;
Принцип относительности Галилея;
Второй закон Ньютона;
Третий закон Ньютона;
Фундаментальные физические взаимодействия. Гравитационное взаимодействие;
Электромагнитное взаимодействие;
Сильное и слабое взаимодействия.

Законы Ньютона:
Раздел механики «Динамика» занимается изучением причин движения.
В основе ньютоновской механики лежат три закона динамики, сформулированные Ньютоном в 1686-1687 гг.
Первый закон Ньютона: всякое тело находится в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние.
Система (группа систем) в которой выполняется первый закон Ньютона – инерциальная система отсчета.
Установить, инерциальна система или нет может только опыт. Но ни один опыт не может со 100% гарантией подтвердить это. Система отсчета, связанная с Землей, строго говоря инерциальной не является из-за вращения Земли как вокруг собственной оси, так и вокруг Солнца. Можно считать инерциальной гелиоцентрическую систему отсчета (начало совмещено с центром Солнца (гелиос), а оси направлены на неподвижные звезды). Любая система отсчета, которая движется относительно инерциальной равномерно и прямолинейно тоже является инерциальной.
1. Первый закон Ньютона.
Сэр Исаа́к Нью́то́н (1642 -1727)
английский физик, математик и астроном, один из создателей классической физики

Совокупность этих четырех уравнений называется преобразованиями Галилея
Рассмотрим две системы отсчета, движущиеся относительно друг друга с постоянной скоростью v0.
Найдем связь между координатами точки Р в системе К и координатами той же точки в системе К’.
Галиле́о Галиле́й ( 1564 — 1642) — итальянский физик, механик, астроном
2. Принцип относительности Галилея.

Продифференцировав полученные соотношения получим:
Важным свойством инерциальных систем является их инвариантность по отношению к преобразованию координат при переходе из одной инерциальной системы к другой. Иначе говоря, уравнения динамики не изменяются при переходе от одной инерциальной системы к другой.
Для выполнения принципа относительности Галилея пространство должно обладать симметрией. Под этим понимают однородность пространства (равноправие всех точек), изотропность пространства (равноправие всех направлений) и однородность времени (равноправие всех моментов).
Положение о том, что все механические явления в различных инерциальных системах отсчета протекают одинаковым образом, вследствие чего никакими механическими опытами невозможно установить, покоится данная система отсчета или движется прямолинейно и равномерно носит название принципа относительности Галилея
Закон сложения скоростей: скорость тела относительно неподвижной системы отсчёта есть скорость тела относительно движущейся системы отсчёта плюс скорость движущейся системы относительно неподвижной
2. Принцип относительности Галилея.

Если с мачты сбросить камень, то он
упадет в одно и тоже место как
неподвижного корабля, так и движущегося равномерно.
Экспериментальная проверка 1642 г., Марсель, физиком Пьером Гассендом
Уединитесь в просторное помещение под палубой корабля, запаситесь мухами, бабочками и другими подобными летающими насекомыми; пусть будет у вас там также сосуд с водой и плавающими в нем рыбками; подвесьте далее наверху ведерко, из которого вода будет капать в другой сосуд с узким горлышком, подставленный внизу. Пока корабль стоит неподвижно, наблюдайте прилежно как мелкие летающие животные с одной и той же скоростью движутся во все стороны помещения; рыбы будут плавать во всех направлениях; все падающие капли попадут в подставленный сосуд, и вам, бросая другу какой-нибудь предмет, не придется бросать его с большей силой в одну сторону, чем в другую... Заставьте теперь корабль двигаться с любой скоростью, и тогда (если только движение будет равномерным и без качки)
во всех названных явлениях вы не обнаружите ни
малейшего изменения и ни по одному из них не
сможете установить, движется ли корабль
или стоит неподвижно...»
2. Принцип относительности Галилея.

Законы Ньютона
Сила (F)– векторная физическая величина являющаяся мерой воздействия (способности изменять положение, скорость, форму и т.д.) на данное тело со стороны других тел.
Измеряется в ньютонах [Н].
Подчиняется принципу суперпозиции: результат воздействия на частицу нескольких
внешних сил есть векторная сумма воздействия этих сил.
3. Второй закон Ньютона.

3. Второй закон Ньютона.

Третий закон Ньютона называют законом действия и противодействия.
«Если кто нажимает пальцем на камень, то и палец его тоже нажимается камнем. Если лошадь тащит камень, привязанный к канату, то и обратно она с равным усилием оттягивается к камню..» И. Ньютон.
Третий закон Ньютона справедлив во всех (даже в неинерциальных) системах отсчета.
4. Третий закон Ньютона.

5. Фундаментальные физические взаимодействия. Гравитационное взаимодействие

5. Фундаментальные физические взаимодействия. Гравитационное взаимодействие

2. Электромагнитное взаимодействие: Радиус действия неограничен, или, как говорят, радиус действия стремится к бесконечности: r→∞. К этому взаимодействию относятся силы трения, упругости и наших мышц. Взаимодействия передаваемые посредством поля со скорость с. Переносчиком является фотон.
Сила упругости
Под действием внешних сил возникают деформации, т. е. смещение частиц тела из равновесных положений. Если после прекращения действия внешних сил восстанавливаются прежние форма и размеры тела, то деформация называется упругой. Деформация имеет упругий характер в случае, если внешняя сила не превосходит определенного значения, называемого пределом упругости. При превышении этого предела деформация становится пластичной, или неупругой, т. е. первоначальные размеры и форма тела полностью не восстанавливаются.
Сила упругости – это сила, возникающая при упругой деформации тела.
6. Электромагнитное взаимодействие

6. Электромагнитное взаимодействие

6. Электромагнитное взаимодействие
Диаграмма деформации

Силой трения называют силу, которая возникает при движении одного тела по поверхности другого. Она всегда направлена противоположно направлению движения. Сила трения прямо пропорциональна силе нормального давления на трущиеся поверхности и зависит от свойств этих поверхностей. Законы трения связаны с электромагнитным взаимодействием, которое существует между телами.
Различают трение внешнее и внутреннее.
Внешнее трение возникает при относительном перемещении двух соприкасающихся твердых тел (трение скольжения или трение покоя).
Внутреннее трение наблюдается при относительном перемещении частей одного и того же сплошного тела (например, жидкость или газ).
Различают сухое и жидкое (или вязкое) трение.
Сухое трение возникает между поверхностями твердых тел в отсутствие смазки.
Жидким (вязким) называется трение между твердым телом и жидкой или газообразной средой или ее слоями.
Сухое трение, в свою очередь, подразделяется на трение скольжения и трение качения.
6. Электромагнитное взаимодействие

Виды сухого трения
6. Электромагнитное взаимодействие

Слабое взаимодействие: Такое же короткодействующее, как и сильное, но составляет от него примерно 10-15 и, например, отвечает за все виды β-распада ядер (спонтанный процесс превращения нейтрона в протон , электрон и анитинейтрино). Если его выключить погаснет Солнце (4 протона превращаются в 4He). Гораздо сильнее гравитационного. Отвечает за распад радиоактивных элементов. Его переносчиком (в квантовой физике у каждого взаимодействия есть переносчик) являются так называемые Z и W бозоны.
Сильное взаимодействие: Это действительно самое сильное из четырех видов взаимодействия, но радиус его действия очень мал и ограничивается размерами атомного ядра: r ~ 10-15 м. Сильное взаимодействие просто обеспечивает связь протонов и нейтронов в ядрах атомов. Это взаимодействие переносится глюонами.
6. Слабое и сильное взаимодействия

Дополнительный материал

6. Перегрузки

Пример 2. Определите перегрузку космонавтов, находящихся в ракете, движущейся на небольшой высоте вверх с ускорением 40 м/с2.
6. Перегрузки
Пример 3. Рассчитайте перегрузку, которую испытывает пилот самолёта, выполняющего «мёртвую петлю» в нижней точке траектории. Скорость самолёта в этой точке составляет 360 км/ч. Радиус «мёртвой петли» составляет 200 м.