Динамика материальной точки. Сила, масса и импульс частицы. Законы Ньютона.



В основе классической (ньютоновской) механики лежат три закона динамики, сформулированные Ньютоном

Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета

Формулировка первого закона Ньютона такова: всякое тело находится в состоянии покоя или равномерного и прямо­линейного движения, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние. Оба названных состояния отличаются тем, что ускорение тела равно нулю. Поэтому формулировке первого закона можно придать следующий вид: скорость любого тела остается постоянной, пока воздействие на это тело других тел не вызовет ее изменения.

Первый закон Ньютона выполняется не во всякой системе отсчета. Рассмотрим две системы отсчета, движущиеся друг относительно друга с некоторым ускорением. Если относительно одной из них тело покоится, то относительно другой оно, очевидно, будет двигаться с ускорением. Следовательно, первый закон Ньютона не может выполняться одновременно в обеих системах.

Система отсчета, в которой выполняется первый закон Ньютона, называется инерциальной, поэтому первый закон называют иногда законом инерции. Система отсчета, в которой первый закон Ньютона не выполняется, называется неинерциальной системой отсчета. Инерциальных систем существует бесконечное множество. Любая система отсчета, движущаяся относительно некоторой инерциальной системы прямолинейно и равномерно, будет также инерциальной.

Опытным путем установлено, что система отсчета, центр которой совмещен с Солнцем, а оси направлены на соответствующим образом выбранные звезды, является инерциальной. Эта система называется гелиоцентрической (гелиос - по-гречески солнце). Любая система отсчета, движущаяся равномерно и прямолинейно относительно гелиоцентрической системы, будет инерциальной.

Земля движется относительно Солнца и звезд по криволинейной траектории, имеющей форму эллипса. Криволинейное движение всегда происходит с некоторым ускорением. Кроме того, Земля совершает вращение вокруг своей оси. По этим причинам система отсчета, связанная с земной поверхностью, движется с ускорением относительно гелиоцентрической системы отсчета и не является инерциальной. Однако ускорение такой системы настолько мало, что в большом числе случаев ее можно считать практически инерциальной. Но иногда неинерциальность системы отсчета, связанной с Землей, оказывает существенное влияние на характер рассматриваемых относительно нее механических явлений.

 

Второй закон Ньютона в его наиболее распространённой формулировке утверждает: в инерциальных системах ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), прямо пропорционально вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки (тела).

В приведённой формулировке второй закон Ньютона справедлив только для скоростей, много меньших скорости света и в инерциальных системах отсчёта.

 

Формулировки

§ В своих трудах «Математические начала натуральной философии», Исаак Ньютон приводит следующую формулировку своего закона[1]

Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.

§ «Школьная формулировка»: в инерциальных системах ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), прямо пропорционально вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки (тела).

Обычно этот закон записывается в виде формулы:

,

где — ускорение тела, — сила, приложенная к телу, а — масса тела, причём — константа.

Или, в более известном виде:

§ Формулировка второго закона Ньютона, пригодная в случае тел переменной массы:

В инерциальной системе отсчета производная импульса материальной точки по времени равна действующей на него силе[2].

где — импульс (количество движения) тела, — время, а — производная по времени.

Уравнения, соответствующие данному закону, называются уравнениями движения материальной точки.

 

Третий закон Ньютона Третий закон Ньютона утверждает, что силы, с которыми действуют друг на друга взаимодействующие тела, равны по величине и противоположны по направлению, т.е.
  (11)

Из третьего закона Ньютона вытекает, что силы возникают попарно: всякой силе, приложенной к какому-то телу, можно сопоставить равную ей по величине и противоположно направленную силу, приложенную к другому телу, взаимодействующему с данным.

 

- импульс (количество движения) материальной точки (частицы), mмасса частицы, - скорость частицы.

И́мпульс (Количество движения) — векторная физическая величина, характеризующая меру механического движения тела. В классической механике импульс тела равен произведению массы m этой точки на её скорость v, направление импульса совпадает с направлением вектора скорости:

.

В более общем виде, справедливом также и в релятивистской механике, определение имеет вид:

Импульс — это аддитивный интеграл движения механической системы, связанный согласно теореме Нётер с фундаментальной симметрией —однородностью пространства.

Масса- физическая величина, являющаяся мерой инерционных

( инертная масса ) и гравитационных ( гравитационная масса ) свойств тела называется инертной массой этого тела. В этом смысле масса выступает как свойство тел не поддаваться изменению скорости как по величине, так и по направлению.

Инертная и гравитационная массы равны друг другу.

Сила тяжести пропорциональна массе тела, на которое она действует P=mg; (1)

Если тело покоится, то вес тела равен силе тяжести, на него действующей, и в формуле (1) можно считать Р весом тела. Значит, для покоящихся тел их веса пропорциональны массам, так что для двух тел с массами m1 и m2 и весами Р1 и Р2 справедливо равенство


Сила- векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет свою форму и размеры (деформируется). В каждый момент времени сила характеризуется величиной, направлением в пространстве и точкой приложения.

Для того чтобы одно тело могло действовать на другое при непосредственном соприкосновении, первое должно быть в особом состоянии. На пример, чтобы действовать на пробку игрушечного пистолета, воздух или пружина должны быть сжаты, и т.д. Любое изменение формы или объема.

Сила характеризуется числовым значением, направлением в пространстве и точкой приложения. Единица силы – ньютон. 1 Н = кг 5. 0м/с 52 0.


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1096;