Msogeo wa miili tofauti angani katika fizikia huchunguzwa na sehemu maalum - mechanics. Mwisho, kwa upande wake, umegawanywa katika kinematics na mienendo. Katika makala haya, tutazingatia sheria za umekanika katika fizikia, tukizingatia mienendo ya harakati za kutafsiri na za mzunguko wa miili.
Usuli wa kihistoria
Jinsi na kwa nini miili husogea imekuwa ya kupendeza kwa wanafalsafa na wanasayansi tangu zamani. Kwa hiyo Aristotle aliamini kwamba vitu husogea angani kwa sababu tu kuna uvutano fulani wa nje juu yake. Ikiwa athari hii imesimamishwa, mwili utaacha mara moja. Wanafalsafa wengi wa kale wa Kigiriki waliamini kwamba hali ya asili ya miili yote ni mapumziko.
Na ujio wa Enzi Mpya, wanasayansi wengi walianza kusoma sheria za mwendo katika mechanics. Ikumbukwe majina kama vile Huygens, Hooke na Galileo. Mwisho alianzisha mbinu ya kisayansi ya uchunguzi wa matukio ya asili na, kwa kweli, aligundua sheria ya kwanza ya mechanics, ambayo, hata hivyo, haina jina lake la mwisho.
Mnamo 1687, chapisho la kisayansi lilichapishwa, lililotungwa naMuingereza Isaac Newton. Katika kazi yake ya kisayansi, alitunga kwa uwazi sheria za msingi za mwendo wa miili angani, ambayo, pamoja na sheria ya uvutano wa ulimwengu wote, iliunda msingi sio tu wa mechanics, lakini wa fizikia yote ya kisasa ya kitambo.
Kuhusu sheria za Newton
Pia zinaitwa sheria za mechanics ya zamani, tofauti na relativistic, machapisho ambayo yaliwekwa wazi mwanzoni mwa karne ya 20 na Albert Einstein. Katika kwanza, kuna sheria kuu tatu tu kwa msingi ambao tawi zima la fizikia linategemea. Wanaitwa hivi:
- Sheria ya hali ya hewa.
- Sheria ya uhusiano kati ya nguvu na kuongeza kasi.
- Sheria ya kitendo na majibu.
Kwa nini sheria hizi tatu ndizo kuu? Ni rahisi, formula yoyote ya mechanics inaweza kupatikana kutoka kwao, hata hivyo, hakuna kanuni ya kinadharia inayoongoza kwa yeyote kati yao. Sheria hizi hufuata pekee kutoka kwa uchunguzi na majaribio mengi. Uhalali wao unathibitishwa na kutegemewa kwa utabiri uliopatikana kwa usaidizi wao katika kutatua matatizo mbalimbali kwa vitendo.
Sheria ya Inertia
Sheria ya kwanza ya Newton katika umekanika inasema kwamba chombo chochote bila ushawishi wa nje juu yake kitadumisha hali ya kupumzika au mwendo wa mstatili katika fremu yoyote ya aini ya marejeleo.
Ili kuelewa sheria hii, ni lazima mtu aelewe mfumo wa kuripoti. Inaitwa inertial tu ikiwa inakidhi sheria iliyotajwa. Kwa maneno mengine, katika mfumo wa inertial hakunakuna nguvu za uwongo ambazo zingehisiwa na waangalizi. Kwa mfano, mfumo wa kusonga kwa sare na kwa mstari wa moja kwa moja unaweza kuchukuliwa kuwa inertial. Kwa upande mwingine, mfumo unaozunguka kwa usawa kuhusu mhimili si wa inertial kutokana na kuwepo kwa nguvu ya uwongo ya katikati ndani yake.
Sheria ya hali ya hewa hubainisha sababu kwa nini asili ya harakati hubadilika. Sababu hii ni uwepo wa nguvu ya nje. Kumbuka kwamba nguvu kadhaa zinaweza kutenda kwenye mwili. Katika kesi hiyo, lazima ziongezwe kulingana na utawala wa vectors, ikiwa nguvu inayosababisha ni sawa na sifuri, basi mwili utaendelea mwendo wake wa sare. Ni muhimu pia kuelewa kwamba katika mechanics ya classical hakuna tofauti kati ya mwendo sawa wa mwili na hali yake ya kupumzika.
Sheria ya Pili ya Newton
Anasema kuwa sababu ya kubadilisha asili ya mwendo wa mwili katika nafasi ni uwepo wa nguvu ya nje isiyo ya sifuri inayotumika juu yake. Kwa kweli, sheria hii ni mwendelezo wa ile iliyotangulia. Nukuu yake ya hisabati ni kama ifuatavyo:
F¯=ma¯.
Hapa, kiasi a¯ ni mchapuko unaoelezea kasi ya badiliko la vekta ya mwendo, m ni uzito usio na usawa wa mwili. Kwa kuwa m daima ni kubwa kuliko sifuri, nguvu na vekta za kuongeza kasi huelekeza upande uleule.
Sheria inayozingatiwa inatumika kwa idadi kubwa ya matukio katika mekanika, kwa mfano, kwa maelezo ya mchakato wa kuanguka bila malipo, harakati na kuongeza kasi ya gari, kuteleza kwa baa kando ya ndege inayoelea, kuzunguka. ya pendulum,mvutano wa mizani ya spring na kadhalika. Ni salama kusema kwamba ni sheria kuu ya mienendo.
Kasi na Kasi
Ukigeukia moja kwa moja kazi ya kisayansi ya Newton, unaweza kuona kwamba mwanasayansi mwenyewe alitunga sheria ya pili ya ufundi kwa njia tofauti:
Fdt=dp, ambapo p=mv.
Thamani p inaitwa kasi. Wengi kwa makosa huiita msukumo wa mwili. Kiasi cha mwendo ni sifa ya nishati-ineti sawa na bidhaa ya uzito wa mwili na kasi yake.
Kubadilisha kasi kwa dp fulani kunaweza tu kufanywa kwa nguvu ya nje F inayofanya kazi kwenye mwili wakati wa muda wa dt. Zao la nguvu na muda wa kitendo chake huitwa msukumo wa nguvu au msukumo kwa urahisi.
Miili miwili inapogongana, nguvu ya mgongano hutenda kati yao, ambayo hubadilisha kasi ya kila mwili, hata hivyo, kwa kuwa nguvu hii ni ya ndani kwa heshima ya mfumo wa miili miwili inayochunguzwa, haileti mabadiliko. katika kasi ya jumla ya mfumo. Ukweli huu unaitwa sheria ya uhifadhi wa kasi.
Zungusha kwa kuongeza kasi
Iwapo sheria ya ufundi iliyoundwa na Newton itatumika kwa mwendo wa mzunguko, basi usemi ufuatao utapatikana:
M=Iα.
Hapa M - kasi ya angular - hii ni thamani inayoonyesha uwezo wa nguvu kufanya zamu katika mfumo. Wakati wa nguvu huhesabiwa kama bidhaa ya nguvu ya vekta na vekta ya radius iliyoelekezwa kutoka kwa mhimili hadi.hatua ya maombi. Kiasi mimi ni wakati wa hali. Kama wakati wa nguvu, inategemea vigezo vya mfumo unaozunguka, haswa, juu ya usambazaji wa kijiometri wa misa ya mwili inayohusiana na mhimili. Hatimaye, thamani α ni kuongeza kasi ya angular, ambayo hukuruhusu kubainisha ni radia ngapi kwa sekunde kasi ya angular inabadilika.
Ukiangalia kwa makini mlinganyo ulioandikwa na kuchora mlinganisho kati ya maadili yake na viashirio kutoka kwa sheria ya pili ya Newton, basi tutapata utambulisho wao kamili.
Sheria ya kitendo na majibu
Imesalia kwetu kuzingatia sheria ya tatu ya ufundi. Ikiwa mbili za kwanza, kwa njia moja au nyingine, ziliundwa na watangulizi wa Newton, na mwanasayansi mwenyewe aliwapa tu fomu ya hisabati yenye usawa, basi sheria ya tatu ni ubongo wa awali wa Mwingereza mkuu. Kwa hivyo, inasema: ikiwa miili miwili itagusana kwa nguvu, basi nguvu zinazofanya kazi kati yao ni sawa kwa ukubwa na kinyume katika mwelekeo. Kwa ufupi zaidi, tunaweza kusema kwamba kitendo chochote husababisha hisia.
F12¯=-F21¯.
Hapa F12¯ na F21¯ - ikiigiza kutoka upande wa mwili wa 1 hadi wa 2 na kutoka upande wa 2 hadi nguvu ya 1, mtawalia.
Kuna mifano mingi inayothibitisha sheria hii. Kwa mfano, wakati wa kuruka, mtu hutupwa kutoka kwenye uso wa dunia, mwisho humsukuma juu. Vile vile huenda kwa kutembea kwa mtembezi na kusukuma ukuta wa bwawa la kuogelea. Mfano mwingine, ikiwa unasisitiza mkono wako kwenye meza, basi kinyume chake huhisiwa.athari ya jedwali kwenye mkono, ambayo inaitwa nguvu ya kuitikia ya usaidizi.
Wakati wa kutatua matatizo juu ya utumiaji wa sheria ya tatu ya Newton, mtu asipaswi kusahau kwamba nguvu ya hatua na nguvu ya athari hutumika kwa miili tofauti, kwa hiyo huwapa kuongeza kasi tofauti.
