Следствия из законов Ньютона
Динамика.
Вопрос 1:понятие силы. Фундаментальные силы. Свободное тело. Инерциальные системы отсчета.
Ответ:
Понятие силы.
Сила — векторная физическая величина, являющаяся мерой интенсивности воздействия на данное тело других тел, а также полей. Приложенная к массивному телу сила является причиной изменения его скорости или возникновения в нём деформаций (измеряется в Ньютонах).
Фундаментальные силы.
1) Гравитационная сила - одна из четырех фундаментальных сил в природе. Гравитация самая слабая по сравнению с остальными. Сила гравитации F между двумя предметами массой m1 и m2 на расстоянии d, найденная Исааком Ньютоном, равна F=Gm1m2/d2, где G - коэффициент пропорциональности, называемый универсальной гравитационной постоянной.
2) Электромагнитная сила - связывает отрицательно заряженные электроны с положительно заряженным ядром внутри атома.(Единая Теория Поля - ЕДИНАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ, попытка расширить общую теорию ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ, чтобы дать одновременное представление как гравитационного, так и электромагнитного полей. Наиболее полная, всеобъемлющая теория должна также включать сильные и слабые ядерные взаимодействия. Хотя в обобщении электромагнитных сил и слабых ядерных взаимодействий были достигнуты некоторые успехи, общая проблема остается нерешенной).
3) Ядерные взаимодействие – слабое ядерное взаимодействие. Слабыми взаимодействиями обусловлен радиоактивный распад. Они имеют очень малый радиус действия: их можно наблюдать только на субатомном уровне. Слабые взаимодействия слабее электромагнитной силы и сильного взаимодействия (самого сильного из фундаментальных сил), но гораздо сильнее гравитационных.
4) СИЛЬНОЕ ЯДЕРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ, которое ассоциируется с «клеем», связывающим ядра вместе, - это самая мощная сила, известная в природе.
Свободное тело.
Свободное тело – свобода перемещений тела не ограничивается никакими другими телами (тело, на которое не действуют никакие силы). Несвободное тело – его движение ограничено другими телами. Связь – тело, ограничивающее свободу перемещений объекта. Реакция связи – сила, действующая на объект со стороны связи. Принцип освобождаемости от связи – несвободное тело можно рассматривать как свободное, если отбросить связи и заменить их действие соответствующими реакциями.
Инерциальные системы отсчета.
Инерциальные системы отсчета – это системы, относительно которых материальная точка при отсутствии на нее внешних воздействий или их взаимной компенсации покоится или движется равномерно и прямолинейно.
Инерциальных систем существует бесконечное множество. Система отсчета, связанная с поездом, идущим с постоянной скоростью по прямолинейному участку пути, – тоже инерциальная система (приближенно), как и система, связанная с Землей. Все инерциальные системы отсчета образуют класс систем, которые движутся друг относительно друга равномерно и прямолинейно. Ускорения какого-либо тела в разных инерциальных системах одинаковы.
Инерциальными являются и системы отсчета, которые движутся равномерно и прямолинейно относительно какой-либо инерциальной системы отсчета.
Вопрос: Законы Ньютона. Понятие массы, импульса, импульса силы.
Ответ:
Законы Ньютона.
Законы механики Ньютона
1) Первый закон Ньютона: Существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, относительно которых свободные тела движется равномерно и прямолинейно.
Первый закон механики, или закон инерции, как его часто называют, бал, по существу, установлен еще Галилеем, но общую формулировку ему дал Ньютон.
Прямолинейное и равномерное движение свободной материальной точки в инерциальной системе отсчета называется движением по инерции. При таком движении вектор скорости материальной точки остается постоянным ( 
= const ). Покой точки является частным случаем движения по инерции ( =0).
В инерциальных системах отсчета покой или равномерное движение представляет собой естественное состояние, а динамика должна объяснить изменение этого состояния (т.е. появление ускорения тела под действием сил). Свободных тел, не подверженных воздействию со стороны других тел не существует. Однако, благодаря убыванию всех: известных взаимодействий с увеличением расстояния, такое тело можно реализовать с любой требуемой, точностью.
Системы отсчета, в которых свободное тело не сохраняет скорость движения неизменной, называются неинерциальными. Неинерциальной является система отсчета, движущаяся с ускорением относительно любой инерциальной системы отсчета. В неинерциальной системе отсчета даже свободное тело может двигаться с ускорением.
Равномерное и прямолинейное движение системы отсчета не влияет на ход механических явлений, протекающих в ней. Никакие механические опыты не позволяют отличить покой инерциальной системы отсчета от ее равномерного прямолинейного движения. Для любых механических явлений все инициальные системы отсчета оказываются равноправными. Эти утверждения выражают механический принцип относительности (принцип относительности Галилея). Принцип относительности является одним из наиболее общих законов природы, в специальной теории относительности он распространяется на электромагнитные и оптические явления.
Второй закон Ньютона
Второй закон Ньютона описывает движение частицы, вызванное влиянием окружающих тел, и устанавливает связь между ускорением частицы, ее массой и силой, с которой на нее действуют эти тела:
Если на частицу с массой т окружающие тела действуют с силой 
, то эта частица приобретает такое ускорение 
, что произведение ее массы на ускорение будет равно действующей силе.
Математически второй закон Ньютона записывается в виде:
На основе этого закона устанавливается единица силы — 1 Н (ньютон). 1 Н — это сила, с которой нужно действовать на тело массой 1 кг, чтобы сообщить ему ускорение 1 м/с2.
Если сила , с которой тела действуют на данную частицу, известна, то записанное для этой частицы уравнение второго закона Ньютона называют ее уравнением движения.
Второй закон Ньютона часто называют основным законом динамики, так как именно в нем находит наиболее полное математическое выражение принцип причинности и именно он, наконец, позволяет решить основную задачу механики. Для этого нужно выяснить, какие из окружающих частицу тел оказывают на нее существенное действие, и, выразив каждое из этих действий в виде соответствующей силы, следует составить уравнение движения данной частицы. Из уравнения движения (при известной массе) находится ускорение частицы. Зная
же ускорение можно определить ее скорость, а после скорости — и положение данной частицы в любой момент времени.
Практика показывает, что решение основной задачи механики с помощью второго закона Ньютона всегда приводит к правильным результатам. Это и является экспериментальным подтверждением справедливости второго закона Ньютона.
Третий закон Ньютона.
Третий закон Ньютона:Силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулям и направлены по одной прямой в противоположные стороны.
Это означает, что если на тело А со стороны тела В действует сила 
, то одновременно на тело В со стороны тела А будет действовать сила 
, причем = - .
Используя второй закон Ньютона, можно записать:
,
Отсюда следует, что
т. е. отношение модулей ускорений 
и 
взаимодействующих друг с другом тел определяется обратным отношением их масс и совершенно не зависит от характера действующих между ними сил. Более массивное тело получает меньшее ускорение, а легкое - большее.
Важно понимать, что силы, о которых идет речь в третьем законе Ньютона, приложены к разным телам и поэтому они не могут уравновешивать друг друга.
Следствия из законов Ньютона
Законы Ньютона представляют собой систему взаимосвязанных законов, которые позволяют глубже понять сущность понятий силы и массы. Следствия из законов:
1. Сила является мерой воздействия, оказываемого на данную частицу со стороны других тел, и с увеличением расстояния до них убывает, стремясь к нулю.
То, что сила является мерой воздействия со стороны окружающих частику тел, следует из того, что она зависит от состояния этих тел и при этом определяет ускорение данной частицы: 
. Убывания действующей силы до нуля при неограниченном удалении от частицы окружающих ее тел является следствием первого и второго законов Ньютона. Так как, согласно первому закону Ньютона, бесконечно удаленная от всех тел
частица имеет нулевое ускорение 
. Согласно второму закону Ньютона 
Поэтому при и сила 
.
2. Сила, с которой сразу несколько тел действует на данную частицу, равна сумме сил, с которыми эти тела действуют на нее по отдельности:
Это утверждение называется принципом независимости взаимодействий. С учетом этого принципа второй закон Ньютона записывается в виде:
Сумму сил, стоящую в правой части этого закона, называют равнодействующей силой.
Принцип независимости взаимодействий иначе называют принципом суперпозиции сил.
3. Сумма всех внутренних сил, действующих в любой системе, всегда равна нулю.
Под внутренними понимают те силы, которые действуют между телами самой рассматриваемой системы.
Внутренние силы не способны привести в движение систему тел как целое. Действительно, для этого нужно было бы сообщить ускорение, а ускорение, как это следует из второго закона Ньютона, могут сообщить системе лишь те силы, сумма которых отлична от нуля.
4. Отношение модулей ускорений, полученных двумя телами в результате взаимодействия друг с другом, равно обратному отношению их масс:
2. Масса, импульс, импульс силы.
Свойство тела сохранять свою скорость при отсутствии взаимодействия с другими телами называется инертностью. Физическая величина, являющаяся мерой инертности тела в поступательном движении, называется инертной массой. Масса тела измеряется в килограммах: 
.
Масса характеризует также способность тела взаимодействовать с другими телами в соответствии с законом всемирного тяготения. В этих случаях масса выступает как мера гравитации и ее называют гравитационной массой.
В современной физике с высокой степенью точности доказана тождественность значений инертной и гравитационной масс данного тела. Поэтому говорят просто о массе тела (m ).
В механике Ньютона считается, что
а) масса тела равна сумме масс всех частиц (или материальных точек), из которых оно состоит;
б) для данной совокупности тел выполняется закон сохранения массы: при любых процессах, происходящих в системе тел, ее масса остается неизменной.
Физическая величина, равная произведению массы тела на скорость его движения, называется импульсом тела (или количеством движения). Импульс тела – векторная величина. Единицей измерения импульса в СИ является килограмм-метр в секунду (кг·м/с).
Физическая величина, равная произведению силы на время ее действия, называется импульсом силы. Импульс силы также является векторной величиной.
В новых терминах второй закон Ньютона может быть сформулирован следующим образом: изменение импульса тела (количества движения) равно импульсу силы.
Обозначив импульс тела буквой 
второй закон Ньютона можно записать в виде
|
Вопрос:Механическая система, как система материальных точек. Внутренние и внешние силы. Замкнутые и незамкнутые системы.
Ответ: