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

Отношение ускорений взаимодействующих тел.

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

Эксперимент с пробным телом.

Определение массы.

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.

Твёрдый эталон массы.
Однако, с жидким эталоном трудно сравнивать массы остальных тел. Он может пролиться, испариться и т.п. Поэтому в качестве эталона стали использовать эталон в виде твёрдого тела, масса которого в точности равна массе одного литра чистой дистиллированной воды при 4 градусах Цельсия. Этот эталон есть цилиндр из сплава иридия с платиной. Он хранится в г. Севре близ Парижа. В других странах изготовлены точные копии такого эталона для использования внутри страны.

Единица массы в атомной физике.
В атомной физике часто используется другая единица массы – 1/12 массы атома углерода с массовым числом 12. Эта масса равна 1.660531⋅10-27кг и обозначается а.е.м. Таким образом, 1кг=6.02217⋅1026 а.е.м. Иначе говоря, в килограмме укладывается примерно 6.02⋅1026 а.е.м.

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.

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

Из принципа суперпозиции.

Одновременное действие сил.

Второй закон Ньютона.

Единицы силы.

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

Третий закон Ньютона.

Формулировка третьего закона Ньютона.

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

Закон изменения импульса материальной точки.

Формулировка закона изменения импульса.