Динамика материальной точки

3. Динамика материальной точки.
3.1. Понятие силы.
Определение. Динамикой называется раздел механики, изучающий влияние взаимодействия тел на характер их движения.

Определение силы.
Основным понятием динамики является сила.
Определение. Физическая величина, характеризующая направление и интенсивность действия на данное тело других тел и определяющая его ускорение, называется силой, действующей со стороны других тел на данное тело.

Фундаментальные взаимодействия.
В природе существует 4 вида фундаментальных взаимодействий, к которым сводятся все встречающиеся в природе силы. К таким фундаментальным взаимодействиям относятся следующие.
Электромагнитное взаимодействие.
Гравитационное взаимодействие.
Сильное взаимодействие.
Слабое взаимодействие.

Принцип суперпозиции.
Сила есть векторная величина, поэтому, если на тело действует несколько сил, их общий результат определяется векторным сложением отдельных сил.
Иначе говоря: ускорение, приобретаемое телом под действием суммы сил, равно сумме ускорений, приобретаемых телом под действием каждой из сил в отдельности. Это утверждение и носит название принципа суперпозиции сил.

3.2. Понятие массы.
Опыт показывает, что чем больше сила, действующая на тело, тем больше ускорение, которое оно получает. Однако одна и та же сила разным телам сообщает разные ускорения. Это означает, что кроме силы ускорение определяется некоторым собственным свойством тел, которое не зависит от силы.

Определение инертности
Этим свойством тел является т.н. их инертность.
Определение. Свойство тел сопротивляться ускорению называется инертностью тел.

Отношение ускорений взаимодействующих тел.
Опыт показывает, что одни тела обладают большей инертностью, другие меньшей. Для характеристики инертности вводится специальное понятие масса тела, как мера инертности. Из опыта также следует, что действие одних тел на другие всегда является взаимодействием.

Отношение ускорений.

Демонстрация.
Progr D: Progr E: Progr F: Progr G:

Эксперимент с пробным телом.

Отношение масс.

Определение массы
Определение. Массой тел называется физическая величина, характеризующая их инертные свойства, являющаяся мерой их инертности и определяемая таким образом, что отношение масс двух взаимодействующих тел равно обратному отношению ускорений, которые они приобретают в результате этого взаимодействия.

Единица измерения массы.
Данное определение определяет только отношение масс, но не их абсолютные величины. Для определения абсолютного значения масс нужно выбрать некоторое тело в качестве эталона, считать его массу равной единице и с ним сравнивать массы всех остальных тел. В качестве такого эталона договорились выбрать 1 литр чистой дистиллированной воды при температуре 4 градуса Цельсия. Массу этого эталона и стали считать единицей массы и назвали килограмм.

Аддитивность массы.
Опыт показывает, что если тело состоит из нескольких тел, то их общая масса равна сумме масс составляющих частей. Это свойство массы называется аддитивностью. Это свойство выполняется строго в макромире и может нарушаться в микромире, где энергия связи сложных частиц определяется т.н. дефектом масс.

3.3. Законы Ньютона.
Свободное тело.
Опыт показывает, что сила взаимодействия тел зависит от расстояния между ними. Причём, для достаточно больших расстояний сила взаимодействия между телами начинает убывать с увеличением расстояния. Так что для достаточно больших расстояний между телами можно считать, что они не взаимодействуют.
Определение. Тело, достаточно удалённое от других тел, так что другие тела на него не действуют, называется свободным телом.

Свободное тело
Так что для достаточно больших расстояний между телами можно считать, что они не взаимодействуют.
Определение. Тело, достаточно удалённое от других тел, так что другие тела на него не действуют, называется свободным телом.

Инерциальные системы отсчёта.
Определение. Системы отсчёта, телом отсчёта которых является свободное тело, называются инерциальными системами отсчёта.

Первый закон Ньютона.
Первый закон Ньютона: в инерциальных системах отсчёта тело движется равномерно и прямолинейно или покоится, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.

Второй закон Ньютона.

Несколько сил

Единицы силы.

Демонстрационный эксперимент.
Progr D: Progr E: Progr F: Progr G:

Ускорения взаимодействующих тел

Третий закон Ньютона.

Формулировка третьего закона Ньютона.
Сила, действующая на первое тело со стороны второго при их взаимодействии, равна по величине и противоположна по направлению силе, действующей на второе тело со стороны первого.

Основания механики
Все три закона Ньютона вместе составляют основные постулаты классической механики, как постулаты Евклида обосновывают евклидову геометрию.

3.4. Импульс материальной точки. Закон изменения и сохранения импульса.

Следствия из определения.

Следствия из второго закона Ньютона

Закон изменения импульса м.т.

Формулировка закона изменения импульса.

Следствия из закона изменения импульса.