Съдържание
- Закони на Нютон
- войски
- Линейна и ротационна кинематика
- Инерция и енергия
- Момент на инерция
- Вълни и просто хармонично движение
- Математика в класическата механика
- Едномерно движение срещу движение в две измерения
Механиката е отрасъл на физиката, занимаващ се с движението на обекти. Разбирането на механиката е от решаващо значение за всеки бъдещ учен, инженер или любопитен човек, който иска да измисли, да кажем, най-добрият начин да задържи гаечен ключ при смяна на гума.
Общите теми в изучаването на механиката включват закони, сили, линейна и ротационна кинематика на Нютон, импулс, енергия и вълни.
Закони на Нютон
Сред другите приноси сър Исак Нютон разработи три закона за движение, които са от решаващо значение за разбирането на механиката.
Нютон също така формулира универсалния закон на гравитацията, който помага да се опише привличането между всякакви два обекта и орбитите на телата в космоса.
Законите на Нютон вършат толкова добра работа, предвиждайки движението на обектите, че хората често се позовават на неговите закони и прогнозите, базирани на тях, като механика на Нютон или класическа механика. Тези изчисления обаче не го правят точно описват физическия свят при всякакви условия, включително когато даден обект пътува близо до скоростта на светлината или работи в невероятно малък мащаб - специалната относителност и квантовата механика са полета, които позволяват на физиците да изучават движението във Вселената извън това, което Нютон би могъл да изследва.
войски
войски кауза движение. Силата е по същество тласък или дърпане.
Различните видове сили, с които един гимназиален или въвеждащ студент със сигурност се сблъскват, включват: гравитационни, триещи, напрегнати, еластични, приложени и пружини. Физиците рисуват тези сили, действащи върху обекти, в специални диаграми, наречени диаграми за свободно тяло или силови диаграми, Такива диаграми са критични при намирането на нетната сила върху даден обект, което от своя страна определя какво се случва с неговото движение.
Законите на Нютон ни казват, че нетна сила ще накара обект да промени скоростта си, което може да означава промените на скоростта му или посоката му се променя. Никаква нетна сила означава, че обектът остава точно такъв, какъвто е: да се движи с постоянна скорост или в покой.
А нетна сила е сумата от множество сили, действащи върху даден обект, като например два отбора за влекачи, които теглят на въже в противоположни посоки. Отборът, който дърпа по-силно, ще спечели, което води до повече сила, насочена по пътя им; Ето защо въжето и другият отбор накрая се ускоряват в тази посока.
Линейна и ротационна кинематика
Кинематиката е клон на физиката, който позволява движението да се опише просто чрез прилагане на набор от уравнения. кинематика не се отнасят за основните сили, причината за движението изобщо. Ето защо кинематиката също се счита за клон на математиката.
Има четири основни кинематични уравнения, които понякога се наричат уравнения на движение.
Описани са количествата, които могат да бъдат изразени в кинематичните уравнения линия__ar движение (движение по права линия), но всяко от тях може да се изрази и за въртеливо движение (наричано също кръгово движение), използвайки аналогични стойности. Например, топка, търкаляща се по пода, линейно би имала a линейна скорост v, както и ан ъглова скорост ω, която описва скоростта му на въртене. И като има предвид, че нетна сила предизвиква промяна в линейното движение, a нетен въртящ момент предизвиква промяна в въртенето на обекти.
Инерция и енергия
Две други теми, които попадат в отрасъла на механиката на физиката, са инерцията и енергията.
И двете от тези количества са консервирани, което означава, че в затворена система общото количество импулс или енергия не могат да се променят. Ние наричаме тези видове закони като закони за опазване. Друг общ закон за опазване, който обикновено се изучава в химията, е опазването на масата.
Законите за запазване на енергията и запазване на инерцията позволяват на физиците да прогнозират скоростта, изместването и други аспекти на движението на различни обекти, които си взаимодействат един с друг, като скейтборд, който се търкаля по рампа или се сблъскват билярдни топки.
Момент на инерция
Инерционният момент е ключово понятие в разбирането на въртеливото движение за различни обекти. Това е количество, базирано на масата, радиуса и оста на въртене на обект, което описва колко е трудно да промените ъгловата му скорост - с други думи, т.е. колко е трудно да ускорите или забавите въртенето си.
Отново, тъй като въртящото движение е аналогичен на линейното движение, инерционният момент е аналогичен на линейната концепция на инерцията, както е заявено от първия закон на Нютон. По-голямата маса и по-големият радиус придават на обекта по-висок инерционен момент и обратно. Прехвърлянето на изключително голямо оръдие по коридор е по-трудно от въртенето на волейбол!
Вълни и просто хармонично движение
Вълните са специална тема във физиката. Механична вълна се отнася до нарушение, което предава енергия чрез материя - водна вълна или звукова вълна са и двата примера.
Простото хармонично движение е друг вид периодично движение, при което частица или обект се колебаят около фиксирана точка. Примерите включват махало с малък ъгъл, завъртащо се напред-назад или намотана пружина, подскачаща нагоре и надолу, както е описано от Закон за куките.
Типичните количества, които физиците използват за изследване на вълните и периодичното движение са период, честота, скорост на вълната и дължина на вълната.
Електромагнитните вълни или светлината са друг вид вълна, която може да премине през празно пространство, защото енергията се носи не от материя, а от осцилиращи полета. (трептене е друг термин за вибрации.) Докато светлината действа като вълна и нейните свойства могат да се измерват със същите количества като класическата вълна, тя също така действа като частица, като се изисква някаква квантова физика, която да опише. По този начин, светлината не изцяло се вписват в изучаването на класическата механика.
Математика в класическата механика
Физиката е много математическа наука. Решаването на проблеми с механиката изисква познаване на:
Едномерно движение срещу движение в две измерения
Обхватът на курса по физика в гимназията или въвеждащия колеж обикновено включва две нива на трудност при анализиране на ситуации с механика: гледане на едномерно движение (по-лесно) и двумерно движение (по-трудно).
Движението в едно измерение означава, че обектът се движи по права линия. Тези видове физически проблеми могат да бъдат решени с помощта на алгебра.
Движението в две измерения описва кога движението на обекти има както вертикален, така и хоризонтален компонент. Тоест, тя се движи навътре две направления наведнъж. Тези видове проблеми могат да бъдат многоетапни и може да изискват тригонометрия за решаване.
Движението на снаряда е често срещан пример за двумерно движение. Движението на снаряда е всеки тип движение, при което единствената сила, действаща върху обекта, е гравитацията. Например: топка, която се хвърля във въздуха, кола, шофираща от скала или стрела, стреляща в мишена. Във всеки от тези случаи пътят на обектите през въздуха проследява формата на дъга, като се движи както хоризонтално, така и вертикално (или нагоре, и след това надолу, или просто надолу).