Масса. Сила. Законы Ньютона. Принцип относительности Галиллея.

Динамик а - раздел механики, изучающий причины движения и законы взаимодействия тел.

При взаимодействии двух тел они либо изменяют свою форму (деформируются) либо изменяют свою скорость и приобретают ускорение.

Сила – это мера взаимодействия тел.

Сила величина векторная, ее обозначают буквой F. Единица силы – ньютон (Н = кг ˖ м / c² ).

Часто используют представление о проекции силы на ту или иную ось системы координат, которая входит в данную систему отсчёта (рис. 2.1)

Обычно на любое движущееся тело действует не одно, а сразу несколько окружающих его тел. В этом случае их общее действие характеризуется равнодействующей силой. Равнодействующая сил равна векторной(геометрической) сумме всех сил, действующих на тело (рис.2.2).

Для сложения нескольких сил достаточно знать правило сложения двух сил, так как сложение нескольких сил можно провести последовательным применением этого правила.

Равнодействующая двух сил F₁ и F₂, приложенных в одной точке и направленных под углом α друг к другу определяется по правилу параллелограмма (или треугольника) (рис.2.2). По величине и направлению результирующая сила в этом случае равна диагонали параллелограмма, построенного на этих силах, и определяется по формуле:

(2.1)

Если равнодействующая сил F окажется равной нулю, говорят, что силы уравновешивают или компенсируют друг друга. В этом случае покоящееся тело так и будет покоиться, а движущееся тело будет совершать равномерное и прямолинейное движение с той скоростью, которая у него была.

Для изменения скорости тела необходимо, чтобы равнодействующая всех приложенных к телу сил была отлична от нуля.

Масса тела – скалярная физическая величина, характеризующая меру инертности тела при поступательном движении.

Инертность это свойство тела оказывать сопротивление при попытках привести его в движение или изменить величину или направление его скорости.

Чем больше масса тела, тем сильнее оно «сопротивляется» изменению его скорости, т.е. тело более инертное.

Первый закон Ньютона (закон инерции): с уществуют такие системы отсчёта, относительно которых поступательно движущиеся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела (или действие других тел компенсируется).

Инерция (от лат. inertia — бездействие), это явление сохранения скорости прямолинейного равномерного движения или состояния покоя при отсутствии или компенсации внешних воздействий.

Системы отсчёта, относительно которых тело, при отсутствии внешних воздействий движется прямолинейно и равномерно, называют инерциальными системами отсчёта.

В результате действия силы тело изменяет скорость движения (приобретает ускорение).

Второй закон Ньютона: Ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом) в инерциальной системе отсчета, пропорционально равнодействующей на точку силе, обратно пропорционально массе материальной точки и по направлению совпадает с силой (рис.2.3):

(2.2)

Чем больше равнодействующая сил , тем больше ускорение данного тела .

В случае, когда тело движется в направлении равнодействующеё силы, его скорость возрастает и ускорение > 0.

При движении в противоположном направлении скорость тела уменьшается и ускорение < 0.

Второй Закон Ньютона можно записать через изменение импульса ∆ Р в виде:

∆ Р = F∆ t (2.3)

Изменение импульса тела равно произведению силы на время еёдействия.

При любом взаимодействии двух тел массами m₁ и m₂ отношение модулей приобретаемых ускорений остается постоянным и равным обратному отношению масс тел:

(2.4)

При взаимодействии тел векторы их ускорений всегда имеют противоположные направления. С учетом этого получаем равенство

(2.5)

называемое третьим законом Ньютона.

Третий закон Ньютона: теладействуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной прямой, равными по модулю и противоположными по направлению.

Применяя третий закон Ньютона, всегда следует помнить, что равные по модулю и противоположно направленные силы действия и противодействия приложены к разным телам и поэтому не могут уравновешивать друг друга (рис. 2.4).

Сила, приложенная к телу, не может измениться из-за того, что мы заменили одну инерциальную систему отсчета другой. Не может из–за этого измениться и масса тела и ускорение. А так как кроме силы, массы и ускорения никакие другие величины в законы Ньютона не входят, то можно утверждать, что законы механического движения одинаковы для всех инерциальных систем отсчета. Это утверждение называется принципом относительности Галилея.