Основні поняття динаміки
Динаміка – розділ механіки, що вивчає причини руху тіл.
Причиною того, що тіло починає рухатися, є дія на це тіло інших тіл. М’яч покотиться тільки, якщо вдарити його. Людина підстрибне, якщо відштовхнеться від підлоги. Деякі тіла діють на відстані. Так, Земля притягує все навколо, тому, якщо випустити з рук м’яч, то він відразу почне рухатися вниз. Швидкість руху тіла теж може змінюватися тільки при дії на це тіло інших тіл. Наприклад, м’яч різко змінює швидкість руху, наштовхуючись на стіну, а птах робить крутий віраж, відштовхуючи повітря своїми крилами і хвостовим оперенням.
Всі перераховані вище приклади і безліч інших, з якими ми зустрічаємося на кожному кроці, говорять про те, що тіло може змінити свою швидкість тільки тоді, коли на нього подіють інші тіла. І навпаки, якщо на тіло не діють ніякі інші тіла, то тіло буде перебувати в спокої або рухатися рівномірно і прямолінійно. Вперше до такого висновку прийшов Г. Галілей на початку XVII століття, а через століття І. Ньютон назвав це одним з основних законів механіки.
Здатність тіла зберігати свою швидкість називають його інерцією. Тому закон, відкритий Г. Галілеєм і сформульований І. Ньютоном, називають законом інерції або першим законом Ньютона.
Закон інерції справедливий далеко не у всіх системах відліку. Наприклад, в системі відліку, пов’язаної з рухомим автомобілем, його водій при різкому гальмуванні починає рухатися вперед, хоча ніякі тіла на нього не діють. Стоячи на диску, який починає обертатися навколо своєї осі, ми відчуваємо, як якась невідома сила змушує рухатися нас від центру цього диска. Очевидно, що в цих двох системах відліку – гальмуючий автомобіль і обертовий диск, закон інерції не виконується.
Системи відліку, в яких виконується закон інерції, називають інерційних системами відліку. Систему відліку, пов’язану із Землею, можна вважати інерціальній, хоча, як відомо, Земля (як диск в одному з попередніх прикладів) обертається навколо своєї осі, але так повільно, що тільки дуже точні виміри показують недотримання закону інерції в цій системі відліку.
Якщо тіло відліку рухається рівномірно, прямолінійно і поступально відносно інерціальної системи відліку, то система відліку, пов’язана з цим тілом теж є інерціальній. Доведемо це, використовуючи правило перетворення швидкостей при переході від однієї системи відліку до іншої (див. § 2). Нехай швидкість тіла М (див. Рис.7), виміряна в системі відліку С1 дорівнює v1, тоді швидкість v2 того ж тіла, але виміряна в системі відліку С2, що рухається відносно С1 зі швидкістю v, дорівнює:
V2 = v1 – v (7.1)
З (7.1) випливає, що зміни швидкостей Dv1 і Dv2 за проміжок часу Dt повинні бути однакові, оскільки швидкість v залишається незмінною. Тому величини прискорення тіла М, виміряні в обох системах, відліку теж будуть однакові. Зокрема, якщо тіло М, на яке не діють інші тіла, рухається без прискорення, т. е рівномірно, в системі відліку С1, то його рух щодо системи С2 теж буде рівномірним, а значить систему відліку С2 теж можна вважати інерціальної. Так, наприклад, якщо вважати Землю інерціальній системою відліку, то вагон поїзда, що рухається рівномірно, прямолінійно і поступально, можна теж вважати інерціальній системою відліку.
Питання для повторення:
– Що вивчає динаміка? – Що є причиною прискорення тіла? – Дайте визначення інерції тіла і сформулюйте закон інерції. – Які системи відліку називають інерційних? – Наведіть приклади інерційних систем відліку і тих, в яких закон інерції не дотримується.
(2 votes, average: 5.00 out of 5)