динамика. Пономарёва, Каменева, Юзва

Проект по физике на тему:
основы Динамики
Выполнили: Каменева Е.В.
Пономарёва Ю.В.
Юзва Д.И.
Проверила: Житинёва И.Ф.
1. Титульный лист
2. Содержание
3. I Что такое динамика?
4. II Основы динамики
5. Сила
6. I Закон Ньютона
7. II Закон Ньютона
8. III Закон Ньютона
9. Выводы
10. Сила тяжести
11. Сила упругости.
Виды деформации
12. Законы Кеплера
13. III Учёные
14. Галилео Галилей
15-16. Исаак Ньютон
17. Иоганн Кеплер
18. Рене Декарт
• Динамика – раздел механики, в основе которого лежит
количественное описание взаимодействия тел, определяющего характер
их движения.
Отвечает на вопрос «ПОЧЕМУ?». Объясняет причины, определяющие
характер механического движения, т.е. дает ответ на вопрос, почему
движется тело.
Динамика, базирующаяся на законах Ньютона, называется классической
динамикой. Классическая динамика описывает движения объектов со
скоростями от долей миллиметров в секунду до километров в секунду.
Однако эти методы перестают быть справедливыми для движения
объектов очень малых размеров (элементарные частицы) и при
движениях со скоростями, близкими к скорости света. Такие движения
подчиняются другим законам.
С помощью законов динамики изучается также движение сплошной
среды, т. е. упруго и пластически деформируемых тел, жидкостей и газов.
Сила – это влияние одного тела на другое. Силой
называют векторную величину, характеризующую
такое действие на данное тело других тел (или
полей), которое может вызвать ускорение и
деформацию тела (здесь мы имеем в виду
произвольное твердое тело, а не материальную
точку).
Обозначается – [F].
Единица измерения - [Н] (Ньютон). [Н]= кг*м/с2.
Сила характеризуется:
 Точкой приложения
 Направлением
 Модулем
Инерциальной называется та система отсчёта, относительно которой любая,
изолированная от внешних воздействий, материальная точка либо покоится,
либо сохраняет состояние равномерного прямолинейного движения.
Первый закон Ньютона гласит:
Инерциальные системы отсчёта существуют. или Существуют
такие системы отсчета, относительно которых тела сохраняют
свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела
и поля.
По сути, этот закон постулирует инерцию тел, что сегодня кажется очевидным.
Но это было далеко не так на заре исследования природы. Аристотель вот
утверждал, что причиной всякого движения является сила, т. е. движения по
инерции для него не существовало.
Второй закон Ньютона — дифференциальный закон движения, описывающий
взаимосвязь между приложенной к материальной точке силой и
получающимся от этого ускорением этой точки. Фактически, второй закон
Ньютона вводит массу как мерило проявления инерции материальной точки в
выбранной инерциальной системе отсчёта (ИСО).
Второй закон Ньютона утверждает, что
В инерциальной системе отсчета ускорение, которое получает
материальная точка, прямо пропорционально приложенной к
ней силе и обратно пропорционально её массе.
При подходящем выборе единиц измерения, этот закон можно записать в
виде формулы:
, где — ускорение материальной точки;
— сила, приложенная к материальной точке;
m — масса материальной точки.
Или в более известном виде:
Этот закон объясняет, что происходит с двумя взаимодействующими телами.
Возьмём для примера замкнутую систему, состоящую из двух тел. Первое тело
может действовать на второе с некоторой силой
, а второе — на первое с
силой
. Как соотносятся силы? Третий закон Ньютона утверждает: сила
действия равна по модулю и противоположна по направлению силе
противодействия. Подчеркнём, что эти силы приложены к разным телам, а
потому вовсе не компенсируются.
Сам закон:
Тела действуют друг на друга с силами, имеющими одинаковую
природу, направленными вдоль одной и той же прямой,
равными по модулю и противоположными по направлению:
Из законов Ньютона сразу же следуют некоторые интересные
выводы. Так, третий закон Ньютона говорит, что, как бы тела ни
взаимодействовали, они не могут изменить свой суммарный
импульс: возникает закон сохранения импульса. Далее, надо
потребовать, чтобы потенциал взаимодействия двух тел зависел
только от модуля разности координат этих тел U( | r1 − r2 | ). Тогда
возникает закон сохранения суммарной механической энергии
взаимодействующих тел:
Силу, с которой тело притягивается к Земле
под действием поля тяготения Земли, называют
силой тяжести. По закону
всемирного тяготения на поверхности Земли
(или вблизи этой поверхности) на тело массой
m действует сила тяжести Fт=GMm/R2 , где М
- масса Земли; R - радиус Земли.
Если на тело действует только сила тяжести, а
все другие силы взаимно уравновешены, тело
совершает свободное падение. Согласно
второму закону Ньютона и формуле модуль
ускорения свободного падения g находят по
формуле g=Fт/m=GM/R2.
Fтяж.=m*g
При деформациях твердого тела его частицы, находящиеся в узлах кристаллической решетки, смещаются
из своих положений равновесия. Этому смещению противодействуют силы взаимодействия между
частицами твердого тела, удерживающие эти частицы на определенном расстоянии друг от друга.
Поэтому при любом виде упругой деформации в теле возникают внутренние силы, препятствующие его
деформации. Силы, возникающие в теле при его упругой деформации и направленные против
направления смещения частиц тела, вызываемого деформацией, называют силами упругости. Силы
упругости действуют в любом сечении деформированного тела, а также в месте его контакта с телом,
вызывающим деформации. В случае одностороннего растяжения или сжатия сила упругости направлена
вдоль прямой, по которой действует внешняя сила, вызывающая деформацию тела, противоположно
направлению этой силы и перпендикулярно поверхности тела. Природа упругих сил электрическая.
F =-k l, где k – жесткость,
упр.
l – абсолютное удлинение
Виды деформаций
Деформацией называют изменение формы, размеров или объема тела. Деформация может быть
вызвана действием на тело приложенных к нему внешних сил.
Деформации, полностью исчезающие после прекращения действия на тело внешних сил, называют
упругими, а деформации, сохраняющиеся и после того, как внешние силы перестали действовать на
тело, - пластическими. Различают деформации растяжения или сжатия (одностороннего или
всестороннего), изгиба, среза, кручения и сдвига.
Деформации
Растяжения
(сжатия)
упругие
изгиба
сдвига
пластические
среза
кручения
1. Планеты движутся по эллипсам, в одном из
фокусов которых находится Солнце.
2. Радиус-вектор планеты в равные времена
описывает одинаковые площади.
3. Квадраты периодов обращения любых двух
планет относятся как кубы больших
полуосей их орбит:
Законы Кеплера справедливы также для
движения спутников вокруг планеты.
Галилео Галилей — итальянский
философ, математик, физик, механик и
астроном, оказавший значительное
влияние на науку своего времени.
Галилей первым использовал телескоп
для наблюдения планет и других
небесных тел, и сделал ряд
выдающихся астрономических
открытий.
Галилей — основатель
экспериментальной физики. Своими
экспериментами он убедительно
опроверг умозрительную метафизику
Аристотеля и заложил фундамент
классической динамики.
При жизни был известен как активный
сторонник гелиоцентрической системы
мира, что привело Галилея к
серьёзному конфликту с католической
церковью.
Сэр Исаа́к Нью́ тон великий английский физик,
математик и астроном. Автор фундаментального труда
«Математические начала натуральной философии», в
котором он описал закон всемирного тяготения и так
называемые Законы Ньютона, заложившие основы
классической механики. Разработал дифференциальное
и интегральное исчисление, теорию цветности и многие
другие математические и физические теории.
С работами Ньютона связана новая эпоха в физике и
математике. В физике основным методом исследования
природы становится построение адекватных
математических моделей природных процессов и
интенсивное исследование этих моделей с
систематическим привлечением всей мощи нового
математического аппарата. Последующие века доказали
исключительную плодотворность такого подхода.
Продолжаются эксперименты по оптике и теории цвета.
Ньютон исследует сферическую и хроматическую аберрации.
Чтобы свести их к минимуму, он строит смешанный телескопрефлектор (линза и вогнутое сферическое зеркало, которое
полирует сам). Всерьёз увлекается алхимией, проводит массу
химических опытов.
Заслугой Ньютона является решение двух фундаментальных задач.
•
Создание для механики аксиоматической основы, которая
фактически перевела эту науку в разряд строгих математических
теорий.
•
Создание динамики, связывающей поведение тела с
характеристиками внешних воздействий на него (сил).
Кроме того, Ньютон окончательно похоронил укоренившееся с
античных времён представление, что законы движения земных и
небесных тел совершенно различны. В его модели мира вся
Вселенная подчинена единым законам.
Аксиоматика Ньютона состояла из трёх законов, которые сам он
сформулировал в следующем виде.
1. Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или
равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку
оно не понуждается приложенными силами изменить это
состояние.
2. Изменение количества движения пропорционально
приложенной силе и происходит по направлению той прямой, по
которой эта сила действует.
3. Действию всегда есть равное и противоположное
противодействие, иначе, взаимодействия двух тел друг на друга
между собой равны и направлены в противоположные стороны.
Первый закон (закон инерции), в менее чёткой форме, опубликовал
ещё Галилей. Надо отметить, что Галилей допускал свободное
движение не только по прямой, но и по окружности (видимо, из
астрономических соображений). Галилей также сформулировал
важнейший принцип относительности, который Ньютон не
включил в свою аксиоматику, потому что для механических
процессов этот принцип является прямым следствием уравнений
динамики. Кроме того, Ньютон считал пространство и время
абсолютными понятиями, едиными для всей Вселенной, и явно
указал на это в своих «Началах».
Ньютон также дал строгие определения таких физических
понятий, как количество движения и сила. Он ввёл в физику
понятие массы как меры инерции и, одновременно,
гравитационных свойств.
Ио́ганн Ке́плер — немецкий математик, астроном,
оптик и астролог. Открыл законы движения планет.
Именно Кеплер ввёл в физику термин инерция как прирождённое
свойство тел сопротивляться приложенной силе. Заодно он, как и
Галилей, формулирует в ясном виде первый закон механики: всякое
тело, на которое не действуют иные тела, находится в покое или
совершает равномерное прямолинейное движение.
Кеплер вплотную подошёл к открытию закона тяготения, хотя и не
пытался выразить его математически. Он писал в книге «Новая
астрономия», что в природе существует «взаимное телесное
стремление сходных (родственных) тел к единству или
соединению». Источником этой силы, по его мнению, является
магнетизм в сочетании с вращением Солнца и планет вокруг своей
оси.
В другой книге Кеплер уточнил:
Гравитацию я определяю как силу, подобную магнетизму —
взаимному притяжению. Сила притяжения тем больше, чем оба
тела ближе одно к другому.
Правда, Кеплер ошибочно полагал, что эта сила распространяется
только в плоскости эклиптики. Видимо, он считал, что сила
притяжения обратно пропорциональна расстоянию (а не квадрату
расстояния); впрочем, его формулировки недостаточно ясны.
Кеплер первый, почти на сто лет раньше Ньютона, выдвинул
гипотезу о том, что причиной приливов является воздействие Луны
на поверхность океанов .
Рене́ Дека́рт — французский математик,
философ, физик и физиолог, создатель
аналитической геометрии и современной
алгебраической символики, автор метода
радикального сомнения в философии,
механицизма в физике, предтеча рефлекс
Декарт ввёл понятие «силы» (меры)
движения (количества движения),
подразумевая под ним произведение
«величины» тела (массы) на абсолютное
значение его скорости, сформулировал
закон сохранения движения (количества
движения), однако толковал его
неправильно, не учитывая, что количество
движения является векторной величиной
(1664).
Исследовал законы удара, впервые чётко
сформулировал закон инерции (1644).