Закони динаміки

Розділ механіки, який вивчає рух тіла під впливом прикладених до нього сил, називається динаміка. А класичної називається динаміка, яка базується на законах Ньютона. Їм в 1687 році були сформульовані основні закони динаміки. Саме про них і піде мова в нашій статті. 

Закон інерції

Це перший закон динаміки, що описує саме просте механічне рух матеріальної точки в умовах повної ізольованості її від впливу інших матеріальних об'єктів. 

У цьому законі йдеться про те, що будь-яка ізольована матеріальна точка, тобто така точка, яка не схильна до впливу інших матеріальних тіл, може вчиняти по відношенню до якої-небудь нерухомій системі відліку тільки рівномірний прямолінійний рух (швидкість в даному випадку величина постійна) або перебувати в стані спокою (швидкість дорівнює нулю). 

Властивість матеріальної точки зберігати незмінним стан руху, при відсутності сил, які на неї діють, або вони рівнозначні, називається інерцією цієї точки. Інерціальної або основної називається система відліку, відносно якої закон інерції справедливий. А абсолютним рухом називається рух відносно цієї системи. 

Інерціальної є також будь-яка інша система відліку, яка рухається по відношенню до даної інерціальній системі прямолінійно, поступально, рівномірно. Систему, яка нерухомо пов'язана з Землею, також беруть за інерційну систему. Правда робиться це з наближенням, якого достатньо для практичних рішень. 

Другий закон 

Продовжуючи вивчати закони динаміки, розглянемо другий закон, який так і називається основний закон динаміки. Порушення інерційного стану матеріальної точки, тобто поява її прискорення, виникає під впливом на неї інших матеріальних об'єктів або точок. Характеризує цей вплив векторна величина, яка називається силою, прикладеної до цієї точки.

Характеристики сили:

• Напрямок впливу на матеріальну точку з боку іншого тіла або точки.
• Інтенсивність впливу на точку і залежність її прискорення від опірності даному впливу. 

Здатність матеріальної точки чинити опір зміні рівномірного прямолінійного руху або стану спокою являє собою інертність. Її заходом є маса, m.

Другий основний закон динаміки говорить про те, що сила, яка діє на матеріальну точку, є величиною пропорційною масі цієї точки і прискоренню, яке повідомляється точці прикладеної до неї силою. 

F = kmw, де F-вектор прикладеної сили, m-маса тіла, w-вектор прискорення і k-коефіцієнт пропорційності.

Якщо коефіцієнт пропорційності прийняти за 1, то основний закон динаміки буде виражатися так:

F = mw, де w є абсолютним прискоренням тіла, тобто прискоренням по відношенню до якоїсь інерціальної СО.

З цього випливає, що ми можемо визначити масу точки, виходячи з того прискорення, яке було отримано нею при впливі відомої сили. Прискорення вільного падіння поблизу Землі є величиною постійною. Сила, яка повідомляє тілу дане прискорення, називається вагою. Звідси буде випливати поняття вагомою маси. 

Третій закон 

Закон рівності протидії та дії є також аксіомою статики. Каже цей закон про те, що сили взаємодії двох матеріальних точок діють у напрямку одній прямій. Спрямовані вони протилежно і чисельно між собою рівні, тобто F12 = F21. 

Якщо сили уявити, як F12 = m1w1 і F21 = m2w2, то оскільки F12 = F21, то отримуємо, що m1w1 = m2w2, звідси випливає, що w1 / w2 = m1 / m2. Означає це, що прискорення, вірніше їх модулі, що повідомляються один одному матеріальними тілами при їх взаємодії, будуть обернено пропорційні масам цих тіл. 

Четвертий закон 

Ми розглянули ще не всі закони динаміки. Розглянемо четвертий закон, закон незалежності дії сил. Він говорить про те, що матеріальне тіло під впливом декількох сил отримає прискорення, яке буде дорівнює геометричній сумі прискорень, які воно отримає від кожної сили. Сили ці діють окремо і незалежно один від одного.

Таким чином, система сил, які були докладені до одного матеріального тіла, буде еквівалентна одній рівнодіючої силі, яка дорівнює головному вектору всієї системи сил. Обов'язково слід звернути увагу на те, що основні закони динаміки Ньютона можна розглядати тільки лише в тісному взаємозв'язку один з одним. У цьому випадку вони є фундаментом динаміки - науки, яка описує механічний рух, що з'ясовує причини зміни швидкостей об'єктів, що пояснює і управляє цим рухом.

Це були основні закони динаміки.