Динамика поступательного движения. Лекция 3

ПЕРВЫЙ ЗАКОН НЬЮТОНА. ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОТСЧЁТА.
В отличие от кинематики, динамика - это раздел механики, изучающий движение тел в связи с теми причинами (взаимодействиями между телами), которые обуславливают тот или иной характер движения.
Динамика - основной раздел механики, в основе которого лежат 3 закона Ньютона.
Первый закон Ньютона гласит: существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела или действие всех тел компенсируется.
Исаак Ньютон

Свойство тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения при отсутствии внешних воздействий (со стороны других тел) называется инерцией (от латинского "inertia" - бездействие).
1 закон Ньютона называют законом инерции, а движение тела, свободного от внешних воздействий движением по инерции . .
Справедливость его подтверждается многочисленными опытными фактами. Так как механическое движение относительно и его характер зависит от системы отсчёта, то возникает вопрос: о каком покое или равномерном прямолинейном движении идёт речь? Как надо выбирать систему отсчёта, чтобы выполнялся 1 закон Ньютона?

Системы отсчёта в которых выполняется 1 закон Ньютона называется инерциальными системами отсчёта.
Пример: предметы лежащие на полках в неподвижном вагоне, могут упасть при движении поезда с ускорением или при повороте.
Системы отсчёта в которых 1 закон Ньютона не выполняется называется неинерциальными системами отсчёта.
Пример: Инерциальной является, так называемая, гелиоцентрическая система отсчёта, центр которой совпадает с центром Солнца. С менее высокой степенью точности можно считать инерциальной системой отсчёта, связанную с Землёй (так как Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца). Но её ускорение настолько мало, что при решении многих задач её можно считать инерциальной.

ВТОРОЙ ЗАКОН НЬЮТОНА. СИЛА, МАССА, ИМПУЛЬС ТЕЛА.
Под действием сил тела либо изменяют свою скорость υ (приобретая ускорение ), в этом заключается динамическое проявление сил, либо деформируются (меняют форму и размеры) - статическое проявление сил.
Сила полностью задана, если указаны её модуль F, направление в пространстве и точка приложения.
Сила - это векторная физическая величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело, со стороны других тел или полей в результате которого тело получает ускорение или деформируется.
Прямая, вдоль которой направлена сила, называется линией действия силы.

2 закон Ньютона - основной закон динамики поступательного движения - отвечает на вопрос, как измениться ускорение материальной точки (тела) под действием приложенных к ней сил.
Опыты показали, что если на тело действуют n сил
, приложенные к одной точке тела, то их действие эквивалентно действию одной силы, равной геометрической (векторной) сумме:
- равнодействующая (результирующая) всех сил, приложенная в этой же точке тела, что и .

Опытами установлено, что (ускорение пропорционально приложенной силе и совпадает с ней по направлению).
Если на разные тела действовать одинаковыми силами, то они приобретают различные ускорения. Следовательно, ускорение зависит не только от , но и от некоторого объективного свойства, присущего самому телу и характеризующего его инертность. В качестве меры инертности в механике вводится положительная скалярная величина m - масса тела. Именно благодаря инертности (массы) тело изменяет свою скорость не мгновенно, а постепенно, приобретая под действием силы постоянное ускорение.
Масса - мера инертности тела поступательного движения.

Масса тела
Масса системы тел всех тел, входящих в систему.
Итак, 2 закон Ньютона гласит:
- основной закон динамики поступательного движения.
Формулировка: Ускорение тела (материальной точки) пропорционально вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе тела (материальной точке).
2 закон Ньютона справедлив только в инерционных системах отсчёта.

1 закона Ньютона может быть получен из 2:
действительно при
В системе СИ единицей силы являются 1Н - это сила, которая единицы массы сообщает ускорение 1 м/с2.
1Н=1кг·1м/с2
Импульс тела.
Импульсом или количеством движения материальной точки (тела) называется вектор , определяемый выражением (направлен как и по касательной) .

Тогда
Скорость изменения импульса (количества движения) материальной точки (тела) равна действующей на него силе.

ПРИНЦИП НЕЗАВИСИМОСТИ ДЕЙСТВИЯ СИЛ
На основании опытных данных был сформулирован принцип независимости действия сил: если на материальную точку одновременно действует несколько сил, то каждая из них сообщает материальной точке такое же ускорение, как если бы других сил не было.
Согласно этому принципу, силы и ускорения можно разложить на составляющие, что позволяет упростить решение задач:

, ,
,
Закон изменения импульса:
Запишем закон Ньютона в виде:
закон изменения импульса тела.
Если и , то

или - 2-й закон Ньютона через импульс.
Изменение импульса тела (материальной точки) постоянной массы равно импульсу действующей на него силе.
3-й закон Ньютона.
Рассматривая взаимодействие тел и обобщив опытные данные Ньютон сформулировал свой 3-й закон движения: , т.е.
Два тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и направленными в противоположные стороны вдоль соединяющей эти тела прямой. Эти силы одной природы, никогда не уравновешивают друг друга, т.к.приложены к разным телам.

По 2-ому закону Ньютона:
, то есть ускорения 2-х взаимодействующих тел обратно пропорциональны их массам и направлены в противоположные стороны.

СИЛЫ
Все силы в природе можно разделить условно на следующие категории:
силы, обусловленные взаимодействием непосредственно соприкасающихся тел (силы удара, давления, тяги и др.)
силы, которые связаны с особой формой материи, названной полем и осуществляющей взаимодействия между телами без их непосредственного соприкосновения.