Sejarah Dinamik, Kajian, Undang -undang dan Teori Apa

The dinamik Ia adalah bidang mekanik yang mengkaji interaksi antara badan dan kesannya. Ia berkaitan dengan menggambarkan mereka secara kualitatif dan kuantitatif, selain meramalkan bagaimana mereka akan berubah dari masa ke masa.

Menggunakan prinsipnya, diketahui bagaimana pergerakan badan diubahsuai apabila berinteraksi dengan orang lain, dan juga jika interaksi ini mengubahnya, kerana ia sangat mungkin bahawa kedua -dua kesan berlaku pada masa yang sama.

Rajah 1. Interaksi basikal mengubah suai pergerakan mereka. Sumber: Pixabay.

Kepercayaan ahli falsafah Yunani yang hebat Aristotle (384-322 hingga.C.) berlaku sebagai asas dinamik di barat selama berabad -abad. Dia berfikir bahawa objek bergerak kerana beberapa jenis tenaga yang mendorong mereka ke satu arah atau yang lain.

Dia juga memerhatikan bahawa sementara objek ditolak, ia bergerak pada kelajuan yang tetap, tetapi apabila ia berhenti menolak, ia bergerak lebih perlahan sehingga ia berhenti.

Menurut Aristotle, tindakan kekuatan tetap diperlukan untuk memastikan sesuatu yang dipindahkan ke kelajuan yang tetap, tetapi apa yang berlaku adalah bahawa ahli falsafah ini tidak mempunyai kesan geseran.

Idea lain ialah objek paling berat jatuh lebih cepat daripada yang paling ringan. Ia adalah Galileo Galilei yang hebat (1564-1642) yang menunjukkan dengan eksperimen bahawa semua badan jatuh dengan pecutan yang sama tanpa mengira jisim mereka, menghina kesan likat.

Tetapi ia adalah Isaac Newton (1642-1727), saintis yang paling terkenal yang telah hidup setakat ini, yang dianggap sebagai bapa dinamik moden dan pengiraan matematik, bersama dengan Gottfried Leibniz.

Rajah 2. Isaac Newton pada tahun 1682 oleh Godfrey Kneller. Sumber: Wikimedia Commons.

Undang -undangnya yang terkenal, yang dirumuskan pada abad ketujuh belas mengekalkan kesahan dan kesegaran yang sama hari ini. Mereka merupakan asas mekanik klasik, yang kita lihat dan mempengaruhi kita setiap hari. Mengenai undang -undang ini akan dibincangkan tidak lama lagi.

[TOC]

Apa kajian dinamik?

Interaksi kajian dinamik antara objek. Apabila objek berinteraksi terdapat perubahan dalam pergerakan mereka dan juga ubah bentuk. Kawasan tertentu yang dipanggil statik, didedikasikan untuk sistem dalam keseimbangan, yang sedang berehat atau dengan pergerakan rectilinear seragam.

Memohon Prinsip Dinamik Ada kemungkinan untuk meramalkan, melalui persamaan, apakah perubahan dan evolusi objek pada waktunya. Untuk ini, beberapa andaian ditubuhkan mengikut jenis sistem yang ingin anda pelajari.

Zarah, pepejal tegar dan cara berterusan

Model zarah adalah yang paling mudah untuk mula menggunakan prinsip dinamik. Diandaikan bahawa objek yang akan dikaji mempunyai jisim, tetapi bukan dimensi. Oleh itu zarah boleh sekecil sebagai elektron atau sebesar bumi atau matahari.

Apabila anda ingin melihat kesan saiz dinamik, perlu mempertimbangkan saiz dan bentuk objek. Model yang mengambil kira ini ialah pepejal tegar, badan dengan dimensi yang boleh diukur terdiri daripada banyak zarah, tetapi itu tidak cacat di bawah kesan daya.

Akhirnya, mekanik media berterusan mengambil kira bukan sahaja dimensi objek, tetapi juga ciri -ciri tertentu mereka, termasuk keupayaan untuk mengubah bentuk. Penutup media berterusan pepejal tegar dan yang tidak, sebagai tambahan kepada cecair.

Undang -undang Newton

Kunci untuk memahami bagaimana dinamik berfungsi dalam pemahaman penuh tentang undang -undang Newton, yang secara kuantitatif menghubungkan kekuatan yang bertindak pada tubuh dengan perubahan dalam keadaan pergerakan atau rehat mereka.

Undang -undang pertama Newton

Penjelasan undang -undang pertama Newton. Sumber: Diri Diri.

Mengatakan demikian:

Apabila daya bersih pada objek sama dengan sifar, objek akan terus berehat jika ia berehat. Dan jika dia bergerak, pergerakannya akan menjadi rectilinear dan sentiasa.

Bahagian pertama pernyataan itu kelihatan agak jelas, kerana jelas bahawa objek yang berehat akan tetap seperti ini, kecuali jika ia terganggu. Dan untuk ini kekuatan diperlukan.

Boleh melayani anda: Model Atom Demokrit: Latar Belakang, Ciri, Postulates

Sebaliknya, hakikat bahawa objek masih bergerak walaupun kekuatan bersih di atasnya adalah sifar, sedikit lebih sukar untuk diterima, kerana nampaknya objek dapat bergerak selama -lamanya. Dan pengalaman sehari -hari memberitahu kita bahawa perkara -perkara lambat laun berhenti.

Tanggapan terhadap percanggahan yang jelas ini adalah dalam geseran. Sesungguhnya, jika objek bergerak di permukaan yang sempurna lancar, ia dapat melakukannya selama -lamanya sekiranya tidak ada kekuatan lain yang mengubah pergerakan itu.

Kerana mustahil untuk menghapuskan geseran sepenuhnya, keadaan di mana badan bergerak selama -lamanya pada kelajuan tetap adalah idealisasi.

Akhirnya, adalah penting untuk diperhatikan bahawa walaupun daya bersih adalah batal, ini tidak semestinya mewakili jumlah ketiadaan daya pada objek.

Objek di permukaan bumi selalu mengalami tarikan graviti. Buku rehat yang disokong di atas meja tetap seperti ini, kerana permukaan meja menghasilkan daya yang mengatasi berat badan.

Undang -undang Kedua Newton

Penjelasan Undang -undang Kedua Newton. Sumber: Diri Diri.

Dalam undang -undang pertama Newton, ia ditubuhkan apa yang berlaku kepada objek di mana kekuatan bersih atau yang dihasilkan tidak sah. Sekarang undang -undang asas dinamik Newton atau undang -undang kedua menunjukkan apa yang akan berlaku apabila kekuatan bersih tidak dibatalkan:

Sekiranya daya bersih luaran F Ia bertindak pada objek massa m, ia akan mengalami pecutan berkadar untuk memaksa dan ke arah yang sama. Matematik:

F_Jaring = mke.

Sesungguhnya, semakin besar daya yang digunakan, semakin besar perubahan dalam kelajuan objek. Dan jika daya yang sama berlaku untuk objek yang berbeza, perubahan besar akan dialami oleh yang lebih ringan dan lebih mudah untuk bergerak. Pengalaman harian bersetuju dengan dakwaan ini.

Undang -undang Ketiga Newton

Roket Angkasa menerima pendorong yang diperlukan terima kasih kepada gas yang dikeluarkan. Sumber: Pixabay.

Dua undang -undang pertama Newton merujuk kepada satu objek. Tetapi undang -undang ketiga merujuk kepada dua objek. Kami akan melantik mereka objek 1 dan objek 2:

Dengan berinteraksi dengan dua objek, daya yang saling menguasai, sentiasa sama dengan magnitud dan arah, tetapi dari makna yang bertentangan, yang dalam cara matematik dinyatakan seperti berikut:

F₁₂ = -F_{dua puluh satu}

Sebenarnya, apabila badan dipengaruhi oleh daya, itu adalah kerana ada yang lain yang bertanggungjawab menyebabkannya. Oleh itu, objek di bumi mempunyai berat badan, kerana ia menarik mereka ke arah pusat mereka. Caj elektrik ditolak oleh beban lain dengan tanda yang sama, kerana ia menimbulkan daya penolakan pada yang pertama, dan dengan itu.

Rajah 3. Ringkasan Undang -undang Newton. Sumber: Wikimedia Commons. Hugo4914 [cc by-sa 4.0 (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/4.0)].

Prinsip pemuliharaan

Dalam dinamik terdapat beberapa kuantiti yang dipelihara semasa pergerakan dan kajiannya adalah asas. Mereka seperti lajur yang kukuh yang mungkin dapat menyelesaikan masalah di mana daya bervariasi dari cara yang sangat kompleks.

Contohnya: hanya apabila dua kenderaan bertembung, interaksi di antara mereka sangat sengit tetapi ringkas. Begitu kuat bahawa pasukan lain perlu diambil kira, oleh itu kenderaan boleh dianggap sebagai sistem terpencil.

Tetapi menggambarkan interaksi yang sengit ini bukanlah tugas yang mudah, kerana ia adalah tentang daya yang berbeza dari masa ke masa dan juga di ruang angkasa. Walau bagaimanapun, dengan mengandaikan bahawa kenderaan merupakan sistem terpencil, daya antara kedua -duanya adalah dalaman, dan jumlah pergerakan dipelihara.

Ia dapat melayani anda: Asas Ortonormal: Contoh, Contoh dan Latihan

Menjaga jumlah pergerakan yang mungkin untuk meramalkan bagaimana kenderaan akan bergerak selepas perlanggaran.

Berikut adalah dua prinsip pemuliharaan yang paling penting dalam dinamik:

Pemuliharaan tenaga

Secara semula jadi, dua jenis kuasa dibezakan: konservatif dan tidak konservatif. Berat adalah contoh yang baik dari bekas, sementara geseran adalah yang terakhir.

Nah, daya konservatif dicirikan kerana mereka memberikan kemungkinan menyimpan tenaga dalam konfigurasi sistem. Adalah tenaga berpotensi yang dipanggil.

Apabila badan mempunyai tenaga yang berpotensi berkat tindakan daya konservatif seperti berat badan dan memasuki gerakan, tenaga berpotensi itu menjadi tenaga kinetik. Jumlah kedua -dua tenaga dipanggil tenaga mekanikal sistem dan adalah yang dipelihara, iaitu, tetap tetap.

Menjadi Atau Tenaga keupayaan, K tenaga kinetik dan Dan_m Tenaga mekanikal. Jika anda bertindak atas kuasa konservatif pada objek, ia dipenuhi bahawa:

Dan_m = U + k = malar

Oleh itu:

Dan_{m permulaan} = E_{m final}

Pemuliharaan jumlah pergerakan

Prinsip ini tidak hanya berlaku apabila dua kenderaan bertembung. Ini adalah undang -undang fizik dengan skop yang melampaui dunia makroskopik.

Jumlah pergerakan dipelihara di peringkat sistem solar, bintang dan galaksi. Dan dia juga melakukannya di atom dan nukleus atom, walaupun pada hakikatnya ada mekanik Newtonian yang tidak sah.

Menjadi P Jumlah pergerakan vektor yang diberikan oleh:

P = m.v

Memperoleh P Mengenai Masa:

dP /dt = d [m.v]/dt

Sekiranya doh tetap berterusan:

dP /dt = m dv/dt = m.ke

Oleh itu, kita boleh menulis undang -undang kedua Newton dengan cara ini:

F_Jaring = dP /dt

Sekiranya dua mayat m₁ dan m₂ Mereka membentuk sistem terpencil, kuasa di antara mereka adalah dalaman dan menurut undang -undang ketiga Newton, mereka adalah sama dan bertentangan F₁ = -F₂, dipenuhi bahawa:

dP₁ /dt = - DP₂/dt → d [P₁ + P₂]/dt = 0

Sekiranya derivatif berkenaan dengan masa magnitud adalah batal, ini bermakna magnitud sedemikian tetap tetap. Oleh itu, dalam sistem terpencil, dapat disahkan bahawa jumlah pergerakan sistem dipelihara:

P₁ + P₂ = malar

Walaupun begitu, P₁ dan P₂ Mereka boleh berubah secara individu. Jumlah pergerakan sistem boleh diagihkan semula, tetapi yang penting ialah jumlahnya tetap tidak berubah.

Memulakan Konsep dalam Dinamika

Terdapat banyak konsep penting dalam dinamik, tetapi dua daripadanya menonjol: jisim dan kekuatan. Mengenai kekuatan yang telah disebutkan sebelumnya dan kemudian terdapat senarai konsep yang paling menonjol yang muncul dengannya dalam kajian dinamik:

Inersia

Adalah harta benda yang harus ditolak oleh objek dalam keadaan rehat atau pergerakan mereka. Semua objek dengan jisim mempunyai inersia dan berpengalaman sangat kerap, contohnya ketika melakukan perjalanan ke dalam kereta yang mempercepatkan, penumpang cenderung tetap berehat, yang dianggap sebagai perasaan melekat pada sandaran tempat duduk.

Dan jika kereta berhenti dengan ketara, penumpang cenderung meninggalkan Bruces, berikutan pergerakan ke hadapan yang mereka ada sebelum ini, jadi penting untuk selalu membawa tali pinggang keledar.

Rajah 4. Semasa melancong dengan kereta, inersia membuat kita pergi dari bruces ketika kereta brek dengan tajam. Sumber: Pixabay.

Massa

Jisim adalah ukuran inersia, kerana semakin besar jisim badan, semakin sukar untuk memindahkannya atau membuat pergerakannya berubah. Jisim adalah kuantiti skalar, ini bermakna untuk menentukan jisim badan yang diperlukan untuk memberikan nilai berangka ditambah unit yang dipilih, yang boleh menjadi kilo, pound, gram dan banyak lagi.

Boleh melayani anda: Undang -undang Lenz: Formula, Persamaan, Aplikasi, Contoh

Berat

Berat adalah kekuatan yang mana bumi menarik ke pusatnya objek yang dekat dengan permukaannya.

Kerana ia adalah daya, beratnya adalah vektor, oleh itu ia ditentukan sepenuhnya apabila magnitud atau nilai berangka, arah dan maknanya ditunjukkan, yang sudah kita ketahui adalah secara menegak ke bawah.

Oleh itu, walaupun berkaitan, berat dan jisim tidak sama, bahkan tidak setara, kerana yang pertama adalah vektor dan yang kedua skalar.

Sistem rujukan

Penerangan mengenai pergerakan boleh berbeza -beza bergantung pada rujukan yang dipilih. Mereka yang naik dalam lif adalah berehat mengikut satu set rujukan tetap untuk ini, tetapi dilihat oleh pemerhati di atas tanah penumpang bergerak.

Sekiranya badan mengalami pergerakan mengenai kerangka rujukan tetapi yang lain adalah berehat, undang -undang Newton tidak dapat digunakan untuk kedua -duanya. Malah, undang -undang Newton terpakai bagi sistem rujukan tertentu: yang inersia.

Di dalam Sistem rujukan inersia, Badan tidak mempercepatkan kecuali mereka terganggu dalam beberapa cara -membasmi kekuatan-.

Kuasa fiktif

Pasukan fiksyen atau kekuatan pseudo muncul apabila pergerakan badan dianalisis dalam kerangka rujukan dipercepatkan. Kekuatan rekaan dibezakan kerana tidak mungkin untuk mengenal pasti ejen yang bertanggungjawab untuk penampilannya.

Kekuatan sentrifugal adalah contoh yang baik dari kekuatan fiktif. Walau bagaimanapun, hakikat bahawa itu, tidak menjadikannya kurang nyata bagi mereka yang mengalaminya ketika mereka menghidupkan kereta mereka dan merasakan bahawa tangan yang tidak kelihatan mendorong mereka keluar dari lengkung.

Pecutan

Vektor penting ini telah disebutkan sebelumnya. Objek mengalami pecutan selagi ada daya yang mengubah kelajuannya.

Kerja dan tenaga

Apabila kekuatan bertindak pada objek dan ia mengubah kedudukannya, kekuatan telah melakukan pekerjaan. Dan kerja ini dapat disimpan dalam bentuk tenaga. Oleh itu, kerja dilakukan pada objek, terima kasih yang memperoleh tenaga.

Contoh berikut menjelaskan titik: Katakan seseorang menaikkan periuk ketinggian tertentu di atas paras lantai.

Untuk melakukan ini, anda mesti memohon daya dan mengatasi graviti, oleh itu kerja di periuk dan kerja ini disimpan dalam bentuk tenaga potensi graviti di dalam periuk, berkadar dengan jisimnya dan pada ketinggian yang dicapai Lantai:

U = m.g.h

Di mana m Ia adalah doh, g Ia adalah graviti dan h Adalah ketinggian. Apa yang boleh dilakukan periuk sebaik sahaja h? Nah, ia boleh jatuh dan kerana ia jatuh, tenaga potensi graviti telah berkurangan, sementara tenaga kinetik atau pergerakan semakin meningkat.

Untuk kerja untuk melakukan kerja, perlu menghasilkan anjakan yang mesti selari untuk memaksa. Sekiranya ini tidak berlaku, daya masih bertindak pada objek, tetapi tidak berfungsi di atasnya.

Topik-topik yang berkaitan

Undang -undang pertama Newton.

Undang -undang Kedua Newton.

Undang -undang Ketiga Newton.

Undang -undang pemuliharaan perkara.

Rujukan

1. Bauer, w. 2011. Fizik untuk Kejuruteraan dan Sains. Jilid 1. MC Graw Hill.
2. Figueroa, d. 2005. Siri: Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 2. Dinamik. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB).
3. Giancoli, d.  2006. Fizik: Prinsip dengan aplikasi. 6 ... Ed Prentice Hall.
4. Hewitt, Paul. 2012. Sains Fizikal Konsep. 5th. Ed. Pearson.
5. Kirkpatrick, l. 2007. Fizik: Lihatlah dunia. Edisi Singkat ke -6. Pembelajaran Cengage.
6. Knight, r.  2017. Fizik untuk saintis dan kejuruteraan: Pendekatan Strategi.  Pearson.
7. Wikipedia. Dinamik. Pulih dari: Adakah.Wikipedia.org.