Kas ir klasiskā mehānika? Definīcija, likumi un pielietojumi

Ņūtona trīs kustības likumi ir svarīgi klasiskajā mehānikā. Tos atklāja Īzaks Ņūtons. Ņūtona likumi norāda, kā spēki maina lietu kustību, bet tie nepasaka, kas izraisa spēkus.

Pirmais likums nosaka, ka, ja nav ārēja spēka (grūdiena vai vilkmes), tad lietas, kas nekustas, paliks nekustīgas, bet lietas, kas kustas, turpinās kustēties tādā pašā veidā. Agrāk cilvēki domāja, ka lietas palēnināsies un pārstās kustēties, pat ja nebūs spēka, kas liek tām apstāties. Ņūtons teica, ka tas ir nepareizi. Bieži vien cilvēki saka, ka priekšmeti, kas nekustas, paliek nekustīgi, un priekšmeti, kas kustas, paliek kustīgi, ja vien tos neietekmē kāds ārējs spēks, piemēram, gravitācija, berze u. c...

Otrais likums nosaka, cik ļoti spēks maina lietas kustību. Ja uz objektu iedarbojas tīrais ārējais spēks, mainās tā ātrums (kustības ātrums un virziens). To, cik ātri mainās ātrums, sauc par paātrinājumu. Ņūtona otrais likums saka, ka lielāki spēki rada lielāku paātrinājumu. Bet objektus, kuros ir daudz lietu (masas), ir grūtāk virzīt, tāpēc tie tik ļoti nepaātrinās. Cits veids, kā to pateikt, ir, ka objektam iedarbojošais tīrais spēks ir vienāds ar tā impulsa izmaiņas ātrumu. Impulss mēra, cik daudz masas ir objektā, cik ātri tas iet un kurā virzienā tas iet. Tātad spēki maina impulsu, bet tas, cik ļoti tie var mainīt kustības ātrumu un virzienu, joprojām ir atkarīgs no masas.

Trešais likums saka, ka, ja viena lieta iedarbojas ar spēku uz otru, tad arī otrā lieta iedarbojas ar spēku uz pirmo. Otrais spēks ir vienāds ar pirmo spēku. Spēki darbojas pretējos virzienos. Piemēram, ja lēciens no laivas uz priekšu, laiva kustas atpakaļ. Lai jūs varētu lēkt uz priekšu, laivai bija jāstumj jūs uz priekšu. Ņūtona trešais likums saka, ka, lai laiva jūs spiestu uz priekšu, jums bija jāstumj laiva atpakaļ. Bieži vien cilvēki saka, ka katrai darbībai ir vienāda un pretēja reakcija.

Fizikā kinemātika ir klasiskās mehānikas daļa, kas izskaidro objektu kustību, neiedziļinoties tajā, kas izraisa kustību vai ko kustība ietekmē.

1-dimensiju kinemātika

Viendimensiju (1D) kinemātiku izmanto tikai tad, ja objekts pārvietojas vienā virzienā: no vienas puses uz otru (no kreisās uz labo) vai uz augšu un uz leju. Ir vienādojumi, kurus var izmantot, lai atrisinātu uzdevumus, kuros kustība notiek tikai vienā dimensijā vai virzienā. Šie vienādojumi izriet no ātruma, paātrinājuma un attāluma definīcijām.

1. Pirmais 1D kinemātiskais vienādojums attiecas uz paātrinājumu un ātrumu. Ja paātrinājums un ātrums nemainās. (Nav jāiekļauj attālums)

Vienādojums: V f = v i + a t {\displaystyle V_{f}=v_{i}+at}

V_f ir galīgais ātrums.

v_i ir sākuma jeb sākotnējais ātrums.

a ir paātrinājums

t ir laiks - cik ilgi objekts tika paātrināts.

2. Otrajā 1D kinemātiskajā vienādojumā, izmantojot vidējo ātrumu un laiku, tiek noskaidrots nobrauktais attālums. (Nav jāiekļauj paātrinājums)

Vienādojums: x = ( ( ( V f + V i ) / 2 ) t {\displaystyle x=((V_{f}+V_{i})/2)t}

x ir attālums, ko pārvieto.

V_f ir galīgais ātrums.

v_i ir sākuma jeb sākotnējais ātrums.

t ir laiks

3. Trešais 1D kinemātiskais vienādojums nosaka attālumu, ko objekts veic, paātrinoties. Tas attiecas uz ātrumu, paātrinājumu, laiku un attālumu. (Nav jāiekļauj galīgais ātrums).

Vienādojums: X f = x i + v i t + ( 1 / 2 ) a t 2 {\displaystyle X_{f}=x_{i}+v_{i}t+(1/2)at^{2}}}.

X f {\displaystyle X_{f}} ir galīgais attālums, kas pārvietots.

x_i ir sākuma jeb sākotnējais attālums

v_i ir sākuma jeb sākotnējais ātrums.

a ir paātrinājums

t ir laiks

4. Ceturtais 1D kinemātiskais vienādojums nosaka galīgo ātrumu, izmantojot sākotnējo ātrumu, paātrinājumu un nobraukto attālumu. (Nav jāiekļauj laiks)

Vienādojums: V f 2 = v i 2 + 2 a x {\displaystyle V_{f}^{2}=v_{i}^{2}+2ax}}

V_f ir galīgais ātrums

v_i ir sākuma jeb sākotnējais ātrums.

a ir paātrinājums

x ir attālums, par kādu pārvietojies

2-dimensiju kinemātika

Divdimensiju kinemātiku izmanto, ja kustība notiek gan x virzienā (no kreisās uz labo pusi), gan y virzienā (uz augšu un uz leju). Šim kinemātikas veidam ir arī vienādojumi. Tomēr ir dažādi vienādojumi x virzienam un dažādi vienādojumi y virzienam. Galileo pierādīja, ka ātrums x virzienā nemainās visā kustības laikā. Tomēr y virzienu ietekmē gravitācijas spēks, tāpēc y ātrums skriešanas laikā mainās.

X virziena vienādojumi

Kustība pa kreisi un pa labi

1. Pirmais x virziena vienādojums ir vienīgais, kas ir nepieciešams problēmu risināšanai, jo ātrums x virzienā paliek nemainīgs.

Vienādojums: X = V x ∗ t {\displaystyle X=V_{x}*t}

X ir attālums, kas pārvietots x virzienā.

V_x ir ātrums x virzienā.

t ir laiks

Y virziena vienādojumi

Kustība uz augšu un uz leju. Gravitācijas vai cita ārējā paātrinājuma ietekme.

1. Pirmais y virziena vienādojums ir gandrīz tāds pats kā pirmais viendimensiju kinemātiskais vienādojums, izņemot to, ka tas attiecas uz y ātruma izmaiņām. Tas attiecas uz brīvi krītošu ķermeni, kamēr to ietekmē gravitācija. (Attālums nav vajadzīgs)

Vienādojums: V f y = v i y - g t {\displaystyle V_{f}y=v_{i}y-gt}

V_fy ir galīgais y ātrums.

v_iy ir sākuma vai sākotnējais y ātrums.

g ir gravitācijas paātrinājums, kas ir 9,8 m/s 2 {\displaystyle m/s^{2}} jeb 32 f t/s 2 {\displaystyle ft/s^{2}}.

t ir laiks

2. Otro y virziena vienādojumu izmanto, ja uz objektu iedarbojas atsevišķs paātrinājums, nevis gravitācijas spēks. Šajā gadījumā ir vajadzīga paātrinājuma vektora y komponente. (Attālums nav vajadzīgs)

Vienādojums: V f y = v i y + a y t {\displaystyle V_{f}y=v_{i}y+a_{y}t}

V_fy ir galīgais y ātrums.

v_iy ir sākuma vai sākotnējais y ātrums.

a_y ir paātrinājuma vektora y-komponente.

t ir laiks

3. Trešais y-virziena vienādojums nosaka y-virzienā pārvietoto attālumu, izmantojot vidējo y-ātrumu un laiku. (Nav vajadzīgs gravitācijas paātrinājums vai ārējais paātrinājums).

Vienādojums: X y = ( ( ( V f y + V i y ) / 2 ) t {\displaystyle X_{y}=((V_{f}y+V_{i}y)/2)t}

X_y ir attālums, kas pārvietots y virzienā.

V_fy ir galīgais y ātrums.

v_iy ir sākuma vai sākotnējais y ātrums.

t ir laiks

4. Ceturtais y virziena vienādojums attiecas uz attālumu, kas pārvietojas y virzienā, kad uz to iedarbojas gravitācija. (Nav vajadzīgs galīgais y-ātrums)

Vienādojums: X f y = X i y + v i y - ( 1 / 2 ) g t 2 {\displaystyle X_{f}y=X_{i}y+v_{i}y-(1/2)gt^{2}}}.

X f y {\displaystyle X_{f}y} ir galīgais attālums, kas veikts y virzienā.

x_iy ir sākuma vai sākotnējais attālums y virzienā.

v_iy ir sākuma vai sākotnējais ātrums y virzienā.

g ir gravitācijas paātrinājums, kas ir 9,8 m/s 2 {\displaystyle m/s^{2}} jeb 32 f t/s 2 {\displaystyle ft/s^{2}}.

t ir laiks

5. Piektais y virziena vienādojums attiecas uz attālumu, kas pārvietojas y virzienā, ja uz to iedarbojas cits paātrinājums, kas nav gravitācijas spēks. (Nav vajadzīgs galīgais y-ātrums)

Vienādojums: X f y = X i y + v i y + ( 1 / 2 ) a y t 2 {\displaystyle X_{f}y=X_{i}y+v_{i}y+(1/2)a_{y}t^{2}}}.

X f y {\displaystyle X_{f}y} ir galīgais attālums, kas pārvietots y virzienā.

x_iy ir sākuma vai sākotnējais attālums y virzienā.

v_iy ir sākuma vai sākotnējais ātrums y virzienā.

a_y ir paātrinājuma vektora y-komponente.

t ir laiks

6. Ar sesto y-virziena vienādojumu nosaka galīgo y-ātrumu, kamēr to noteiktā attālumā ietekmē gravitācija. (Nav vajadzīgs laiks)

Vienādojums: V f y 2 = V i y 2 - 2 g x y {\displaystyle V_{f}y^{2}=V_{i}y^{2}-2gx_{y}}}.

V_fy ir galīgais ātrums y virzienā.

V_iy ir sākuma vai sākotnējais ātrums y virzienā.

g ir gravitācijas paātrinājums, kas ir 9,8 m/s 2 {\displaystyle m/s^{2}} jeb 32 f t/s 2 {\displaystyle ft/s^{2}}.

x_y ir kopējais attālums, kas pārvietots y virzienā.

7. Ar septīto y-virziena vienādojumu nosaka galīgo y-ātrumu, kamēr to noteiktā attālumā ietekmē paātrinājums, kas nav gravitācijas spēks. (Nav vajadzīgs laiks)

Vienādojums: V f y 2 = V i y 2 + 2 a y x y {\displaystyle V_{f}y^{2}=V_{i}y^{2}+2a_{y}x_{y}}}.

V_fy ir galīgais ātrums y virzienā.

V_iy ir sākuma vai sākotnējais ātrums y virzienā.

a_y ir paātrinājuma vektora y-komponente.

x_y ir kopējais attālums, kas pārvietots y virzienā.

• Ņūtona kustības likumi