ДИНАМИКА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
План
1. Первый закон Ньютона и понятие инерциальной системы отсчёта.
2. Второй закон Ньютона как уравнение движения. Понятия массы, силы, импульса.
3. Третий закон Ньютона и пределы его применения.
4. Неинерциальные системы отсчёта. Абсолютные и относительные скорости и ускорения. Силы инерции (центробежная сила и сила Кориолиса).
5. Центр инерции (центр масс). Теорема о движении центра инерции.
1. 1-й закон Ньютона. Материальная точка, не подверженная внешним воздействиям , либо находится в покое, либо движется равномерно и прямолинейно. Такое тело называется свободным,его движение – свободным движением, или движением по инерции.
Классическая механика постулирует, что существует система отсчёта, в которой все свободные тела движутся прямолинейно и равномерно. Такая система называется инерциальной системой отсчёта. Таким образом, 1-й закон Ньютона выражает критерий инерциальности системы отсчёта.
2. 2-й закон Ньютона.Производная импульса материальной точки по времени равна действующей на неё силе.
|
где – импульс (количество движения), векторная величина, равная для материальной точки произведению её массы на скорость и направленная вдоль ;
– масса – мера инертности тел.
Импульс механической системы равен геометрической сумме импульсов всех точек системы.
Сила в механике – мера механического действия на данное материальное тело других тел. Это действие может иметь место как при непосредственном контакте, так и через посредство создаваемых телами полей (электромагнитным, полем тяготения). Сила – величина векторная и в каждый момент времени характеризуется численным значением, направлением в пространстве и точкой приложения. Сложение сил производится по правилу параллелограмма. В современной физике различают 4 вида взаимодействий:
1) гравитационное (обусловлено всемирным тяготением);
2) электромагнитное (осуществляется через электрические и магнитные поля);
3) сильное, или ядерное (обеспечивающее связь частиц в атомном ядре);
4) слабое (ответственное за многие процессы распада элементарных частиц).
Пример использования 2-го закона Ньютона как уравнения движения:
Дано: , , . | Решение: , , , . При , , , , , . При , , , . |
Найти: | |
3. 3-й закон Ньютона. Силы взаимодействия двух материальных точек равны по величине, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти материальные точки.
Третий закон, как и 1-й и 2-й, справедливы лишь в инерциальных системах отсчёта. Кроме того, отступление от 3-го закона наблюдается в случае движения тел со скоростями, сравнимыми со скоростью света.
В случае движущихся зарядов необходимо учитывать также взаимодействие с магнитными полями, создаваемыми ими. Пусть два положительных заряда и двигаются со скоростями и (рис. 2.1). На каждый заряд со стороны другого действует как кулоновская , так и лоренцева силы . Направления векторов индукции магнитных полей и , создаваемых частицами и , определяются по правилу правого винта (буравчика).
Рис. 2.1
Магнитные силы Лоренца и не совпадают по направлению. Результирующие силы и не равны друг другу и не направлены противоположно.
4. Неинерциальные системы отсчёта. Силы инерции. Изобразим две системы отсчёта, из которых К является инерциальной, а система движется относительно К с некоторым ускорением и, следовательно, неинерциальная (рис. 2.2).
Рис. 2.2
В случае, когда система движется относительно К поступательно:
где радиус-вектор точки m в системе К; радиус-вектор начала координат ; радиус-вектор точки m в системе . Продифференцируем дважды выражение :
,
,
где ускорение частицы m в системе К ;
– ускорение начала системы относительно системы К;
– ускорение частицы в системе .
; умножим обе части этого уравнения на m, получим
, здесь по 2-му закону Ньютона сила, действующая на частицу со стороны других тел , тогда:
То есть относительно системы частица ведёт себя так, как если бы кроме силы на нее действует дополнительная сила . Эта сила называется силой инерции.
Движение относительно выбранной условно неподвижной системы называется абсолютным. Вектор даёт абсолютную скорость, абсолютное ускорение, а и относительные скорость и ускорение.
Дата добавления: 2016-12-27; просмотров: 2502;