Криволинейное движение. Динамика

называется нормальной составляющей ускорения. Тангенциальная составляющая ускорения выражает изменение модуля скорости, а нормальная составляющая - изменение направления скорости. В рассмотренном выше примере тангенциальная составляющего ускорения равна нулю. Вследствие этого скорость изменяется только по направлению, модуль ее остается неизменным.
Рис. 1.10

Это вполне естественное определение. Однако, согласно (2.1), и угол поворота и угловая скорость определились как векторные величины.
Такое определение угловых величин оказывается очень удобным и продуктивным. Направление вектора угла поворота определяется правилом правого винта: если правый винт поворачивать в направлении положительного приращения угла, то поступательное движение винта укажет направление вектора приращения угла.
Рис. 2.1

Динамика
в отличие от кинематики рассматривает движение тел под действием сил. Повседневный опыт показывает, что любое тело, движущееся на Земле или вблизи ее поверхности, само по себе останавливается, если каким-либо образом не поддерживать это движение. Недостаточно критическая оценка результатов опыта приводила к мнению, что для поддержания движения даже с неизменной скоростью необходимо воздействие окружающих тел. Эта точка зрения господствовала в древние времена. Галилей, по-видимому, первым осознал, что прекращение движения есть результат каких-то воздействий, препятствующих ему (трение). Он понял, что без взаимодействий тело должно двигаться равномерно и прямолинейно (либо покоиться), а взаимодействия с другими телами вызывают изменения движения, т. е. ускорения.

Это умозаключение, выходящее за пределы непосредственного опыта, явилось одной из гениальных абстракций в истории физики. Ньютон в своих законах динамики принял и развил мысль Галилея.
2.1. Первый закон Ньютона.
Первый закон динамики Ньютона гласит: всякое тело (материальная точка) сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока внешние воздействия (силы) не выведут его из этого состояния.
Свойство тела сохранять свою скорость называют инерцией, а системы отсчета, в которых выполняется этот закон, - инерциальными. Физический смысл закона состоит в том, что для механики нет различия между состоянием покоя и равномерного прямолинейного движения.

Таким образом определяется относительность движения. Строго говоря, этот закон является чистой абстракцией, но опыт подтверждает его справедливость.
Причина изменения состояния тела, т.е. появление ускорения связана с понятием силы. Сила - количественная мера воздействия на тело со стороны других тел. Вообще говоря, это воздействие может быть достаточно сложным, но в любом случае его можно разложить на так называемые простые воздействия. Поэтому силой называют количественную меру простого воздействия на тело со стороны других тел, в результате которого тело или его части получают ускорение. Силу принято измерять (в международной системе единиц СИ ) в Ньютонах ( Н )

2.3. Третий закон Ньютона.
Понятие силы определено как мера взаимодействия тел, т.е. при рассмотрении движения какого-нибудь тела учитывается только одна сторона этого взаимодействия. Ясно, однако, что все тела надо рассматривать как равноправные, т.е. если второе тело воздействует на первое, то и первое тело воздействует на второе. Третий закон Ньютона устанавливает соотношение между этими воздействиями.
Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по величине и направлены по одной прямой в разные стороны.
Пример: книга лежит на столе; она притягивается к Земле и вследствие этого давит на стол. Однако книга не проваливается к центру Земли, т.к. стол со своей стороны действует на книгу с силой равной по величине силе давления книге на стол. Эта сила со стороны стола носит название реакции опоры.

К самой книге приложено две силы: сила притяжения и сила реакции опоры. Они равны по величине и противоположно направлены, т.е. их сумма равна нулю, поэтому книга никуда не двигается.
2.4. Природа и виды механических сил. По определению сила – это мера взаимодействия тел. Любое тело состоит из множества молекул, молекулы из атомов, атомы также имеют сложную структуры, в конечном счете, все сводится к взаимодействию элементарных частиц. В механике опускаются подробности микро взаимодействий и рассматриваются только их макроскопические проявления. При этом выделяются:
Силы всемирного тяготения, природа гравитационная.
Силы упругости и силы трения, природа электромагнитная.

Рис. 2.2

Вес тела - это сила, с которой предмет воздействует на опору или растягивает нить подвеса. Часто вес тела равен силе
тяжести, но это силы совершенно разные. Сила тяжести - сила, которая возникает в результате взаимодействия с Землей. Вес - результат взаимодействия с опорой. Сила тяжести приложена в центре тяжести предмета, вес же - сила, которая действует на опору (не на предмет)!
Рис. 2.3

Сила реакции опоры или подвеса действует на, лежащее на опоре или подвешенное тело. Согласно третьему закону Ньютона опора или подвес воздействует на предмет с такой же по модулю силой, что и предмет на них. Сила реакции направлена перпендикулярно поверхности опоры или вдоль нитей подвеса, как показано на рисунке. Эта сила возникает всегда, когда есть воздействие на опору. Природа ее возникно-вения на молекулярном уровне: предмет деформирует опору
вследствие чего появляется сила упругости, проявляющаяся как сила реакции.
Рис. 2.4

поверхностей. Направлена в сторону противоположную движению. Т.о. для определения направления силы «сухого» трения необходимо вначале определить направление движения.
Рис. 2.4

Пример 1. Тело массой m=10 кг находится на плоскости с углом наклона α=30о. Определить ускорение скатывания тела – а и силу реакции - N. Коэффициент трения тела о плоскость μ=0.1.
Решение: Построим на чертеже векторы сил, действующих на тело. Это сила тяжести, действующая вертикально вниз и сила реакции