1.3. Криволинейное движение.
Равномерное движение по окружности – движение по окружности с постоянной по модулю скоростью: v = const. Направление скорости при этом непрерывно изменяется. Поэтому равномерное движение по окружности происходит с ускорением, отличным от нуля. Это ускорение в каждой точке окружности направлено к ее центру и потому называется центростремительным.
Угол поворота – угол, который описывает радиус при перемещении тела из одной точки в другую. Обозначается буквой φ. Размерность [φ] = рад (радиан).
Угловая скорость (ω) – физическая величина, модуль которой при равномерном вращении тела вокруг неподвижной оси равен отношению угла поворота ко времени, за которое этот поворот совершен. Размерность [ω] = рад/с.
Связь между угловыми и линейными величинами имеет вид:
,
,
где
- путь, который прошла точка при
вращательном движении (длина дуги),
- расстояние точки от оси вращения
(радиус дуги).
Линейная скорость тела, которое равномерно движется по окружности, все время изменяет свое направление и в любой точке траектории направлена по касательной.
Период вращения (период обращения) T – время, за которое совершается один оборот.
Частота вращения f – физическая величина, показывающая число оборотов, совершаемых телом за 1 с. Размерность [f] = с–1 = Гц (Герц).
2. Основы динамики
2.1. Законы движения Ньютона
Инертность – внутреннее свойство всех тел, количественной мерой которого является масса: чем больше масса тела, тем более оно инертно, т. е. тем меньшее ускорение оно получает при действии на него данной силы и, следовательно, тем медленнее изменяет свою скорость.
Масса (m) (от латинского massa – глыба, кусок) – скалярная физическая величина, измеряемая отношением модулей ускорений эталонного тела и данного тела, полученных ими в результате взаимодействия друг с другом. Размерность массы [m] = кг. Масса тела является количественной мерой его инертности. В самом деле, из двух взаимодействующих тел более инертное тело (т. е. тело, медленнее изменяющее свою скорость и, следовательно, имеющее меньшее ускорение) будет обладать и большей массой. И наоборот, чем больше масса тела, тем более оно инертно. Масса является величиной, не зависящей от выбора системы отсчета.
Сила (приложенная к частице) – векторная физическая величина, являющаяся мерой воздействия, оказываемого на данную частицу со стороны других тел или полей. Размерность силы [F] = 1 Н = 1 кг·м/с–2 (Ньютон).
Первый закон Ньютона – любое тело, до тех пор пока оно остается изолированным, сохраняет свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Под телом в этом законе имеется в виду материальная точка (частица), а ее движение рассматривается относительно инерциальной системы отсчета. Движение тела, не поддерживаемое никаким воздействием, называют движением по инерции. Поскольку в первом законе Ньютона как раз и говорится о возможности такого движения, то этот закон часто называют законом инерции.
Инерция – явление движения тела в отсутствие какой-либо «движущей» силы, т. е. такой силы, направление которой совпадало бы с направлением движения данного тела. Движение тела в отсутствие такой силы называют движением по инерции.
Инерциальная система отсчёта - система отсчета, в которой пространство и время обладают свойствами симметрии: пространство – однородно и изотропно, время – однородно. В наилучшей степени такими свойствами пространство и время обладают в системах, которые либо покоятся, либо равномерно и прямолинейно движутся по отношению к одиночным удаленным звездам (при этом в качестве опорных «звезд» для построения соответствующей системы координат могут быть использованы центры галактик). С очень высокой степенью точности инерциальной можно считать гелиоцентрическую систему отсчета с началом в центре масс Солнечной системы и координатными осями, направленными на три какие-либо одиночные звезды. Такая система отсчета используется главным образом в задачах небесной механики и космонавтики. В некоторых случаях за инерциальную систему отсчета принимают систему отсчета, связанную с центром Земли и осями, направленными на удаленные звезды (геоцентрическая система отсчета). В еще меньшей степени инерциальной может считаться система отсчета, координатные оси которой жестко связаны с самой Землей. Однако в большинстве «земных» технических задач систему отсчета, связанную с Землей, можно приближенно считать инерциальной. Инерциальными при этом могут считаться и все другие системы отсчета, движущиеся относительно поверхности Земли равномерно и прямолинейно (например, системы, связанные с движущимся с постоянной скоростью поездом, летящим без ускорения самолетом и т. д.). Название «инерциальные» для рассматриваемых систем отсчета обусловлено тем, что в них выполняется закон инерции (первый закон Ньютона).
Виды взаимодействия.
Гравитационное
Электромагнитное
Сильное (ядерное)
Слабое (распад частиц)
В механике изучают
1. Силы упругости
2. Силы трения
3. Силу тяготения
4. Архимедову силу
Сложение сил – операция нахождения равнодействующей системы сил. Если система сил, действующих на твердое тело, имеет равнодействующую, то эта равнодействующая равна векторной сумме всех сил данной системы
Равнодействующая нескольких сил – сила, эквивалентная данной системе сил, то есть вызывающая такое же движение тела, что и данная система сил. Равнодействующая сил, приложенных к одной точке, равна векторной сумме всех этих сил.
Второй закон Ньютона – если на частицу с массой m оказывается воздействие со стороны других тел (или полей), характеризуемое силой, то эта частица приобретает ускорение, сонаправленное с силой, и равное по модулю отношению силы к массе тела.
Третий закон Ньютона – силы взаимодействия любых двух частиц равны по модулю и направлены в противоположные стороны вдоль соединяющей их прямой. Силы взаимодействия приложены к разным телам, но имеют при этом одну и ту же природу. В приведенной выше формулировке третий закон Ньютона выполняется лишь для частиц, которые находятся в состоянии покоя или движения со скоростью, много меньшей скорости света (v << с). Третий закон Ньютона обосновывает сам термин «взаимодействие»: если одно из тел действует на второе, то второе также действует на первое. Как писал сам Ньютон (1687), «действию всегда есть равное и противоположное противодействие».
Принцип относительности Галилея – законы классической механики для замкнутых систем во всех инерциальных системах отсчета имеют один и тот же вид. Наряду с приведенной выше формулировкой он допускает и ряд других, ей эквивалентных. Никакими механическими опытами, проводимыми в изолированной лаборатории, невозможно установить, покоится она или равномерно и прямолинейно движется относительно данной инерциальной системы отсчета. Законы классической механики для замкнутых систем инвариантны относительно преобразований Галилея.