Dynamikkhistorie, hvilke studier, lover og teorier

De dynamisk Det er mekanikkområdet som studerer interaksjonen mellom kroppene og deres effekter. Den omhandler å beskrive dem kvalitativt og kvantitativt, i tillegg til å forutsi hvordan de vil utvikle seg over tid.

Bruk av prinsippene, er det kjent hvordan bevegelsen av et legeme blir modifisert når man samhandler med andre, og også hvis disse interaksjonene deformerer det, siden det er helt mulig at begge effektene oppstår samtidig.

Figur 1. Syklistinteraksjoner endrer bevegelsen deres. Kilde: Pixabay.

Troen på den store greske filosofen Aristoteles (384-322 til.C.) seiret som grunnlaget for dynamikk i Vesten i århundrer. Han trodde at gjenstander flyttet på grunn av en slags energi som presset dem i en eller annen retning.

Han observerte også at mens et objekt skyves, beveger det seg i konstant hastighet, men når det stopper skyv, beveger det seg mer og saktere til det stopper.

I følge Aristoteles var handlingen av en konstant styrke nødvendig for å sikre at noe flyttet til konstant hastighet, men det som skjer er at denne filosofen ikke hadde effekten av friksjon.

En annen idé var at de tyngste gjenstandene falt raskere enn de letteste. Det var den store Galileo Galilei (1564-1642) som demonstrerte med eksperimenter at alle kropper faller med samme akselerasjon uavhengig av massen deres, og foraktet tyktflytende effekter.

Men det er Isaac Newton (1642-1727), den mest bemerkelsesverdige forskeren som har bodd så langt, som regnes som en far til moderne dynamikk og matematisk beregning, sammen med Gottfried Leibniz.

Figur 2. Isaac Newton i 1682 av Godfrey Kneller. Kilde: Wikimedia Commons.

De berømte lovene, formulert i løpet av det syttende århundre, opprettholder den samme gyldigheten og friskheten i dag. De utgjør grunnlaget for klassisk mekanikk, som vi ser og påvirker oss hver dag. Om disse lovene vil bli diskutert snart.

[TOC]

Hva studerer dynamikk?

Dynamikkstudieinteraksjon mellom objekter. Når objekter samhandler, er det endringer i bevegelsen deres og også deformasjoner. Et bestemt område som kalles statisk, er dedikert til disse systemene i likevekt, som er i ro eller med ensartet rettlinjet bevegelse.

Bruke prinsippene for dynamikk er det mulig å forutsi gjennom ligninger, hva som vil være endringene og utviklingen av objekter i tid. For dette er det etablert noen forutsetninger i henhold til den type system du vil studere.

Partikler, stive faste stoffer og kontinuerlige midler

Partikkelmodellen er den enkleste å begynne å bruke prinsippene for dynamikk. Det antas at objektet som skal studeres har en masse, men ikke dimensjoner. Derfor kan en partikkel være så liten som et elektron eller så stor som jorden eller solen.

Når du vil observere effekten av størrelsen på dynamikken, er det nødvendig å vurdere størrelsen og formen på objektene. En modell som tar hensyn til dette er den av det stive faststoffet, en kropp med målbare dimensjoner sammensatt av mange partikler, men det er ikke deformert under effekten av kreftene.

Til slutt tar kontinuerlig mediemekanikk ikke bare hensyn til dimensjonene til objektet, men også deres spesielle egenskaper, inkludert evnen til å deformere. Kontinuerlige medier dekker stive faste stoffer og de som ikke er det, i tillegg til væsker.

Newtons lover

Nøkkelen til å forstå hvordan dynamikk fungerer er i full forståelse av Newtons lover, som kvantitativt knytter kreftene som virker på et organ med endringene i deres bevegelsesstilstand eller hvile.

Newtons første lov

Forklaring av Newtons første lov. Kilde: Selvlaget.

Sier det:

Når nettokraften på et objekt er lik null, vil objektet fortsette i ro hvis det var i ro. Og hvis han beveget seg, vil bevegelsen hans være rettlinjet og konstant.

Den første delen av uttalelsen ser ganske åpenbar ut, siden det er tydelig at et objekt i ro vil forbli slik, med mindre det er forstyrret. Og for dette kreves det en styrke.

Kan tjene deg: Democritus Atomic Model: Bakgrunn, egenskaper, postulater

På den annen side er det at et objekt forblir i bevegelse selv når nettokraften på det er null, er litt vanskeligere å akseptere, siden det ser ut til at et objekt kan være i bevegelse på ubestemt tid. Og hverdagserfaring forteller oss at ting før eller senere stopper.

Responsen på denne tilsynelatende motsetningen er i friksjon. Faktisk, hvis et objekt flyttet på en perfekt glatt overflate, kan det gjøre det på ubestemt tid i tilfelle ingen annen kraft varierer bevegelsen.

Ettersom det er umulig å eliminere friksjon fullstendig, er situasjonen der en kropp beveger seg på ubestemt tid med konstant hastighet en idealisering.

Til slutt er det viktig å merke seg at selv om nettokraften er null, representerer dette ikke nødvendigvis totalt fravær av krefter på objektet.

Gjenstander på jordens overflate opplever alltid gravitasjonsattraksjon. En hvilebok som støttes på et bord forblir slik, fordi overflaten på bordet utøver en kraft som motvirker vekten.

Andre lov om Newton

Forklaring av Newtons andre lov. Kilde: Selvlaget.

I Newtons første lov er det etablert hva som skjer med et objekt som nettet eller den resulterende styrken er ugyldig. Nå indikerer den grunnleggende loven i Newtons dynamikk eller andre lov hva som vil skje når nettokraften ikke er annullert:

Hvis en ekstern nettokraft F Den virker på et objekt med masse m, den vil oppleve en akselerasjon proporsjonal med kraft og i samme retning. Matematisk:

F_Nett = mtil.

Jo større en anvendt kraft, jo større er endringen i hastigheten på et objekt. Og hvis den samme kraften gjelder gjenstander av forskjellige masser, vil de store endringene oppleves av lysere og lettere å bevege seg. Den daglige erfaringen stemmer overens med disse påstandene.

Newtons tredje lov

En romrakett mottar den nødvendige fremdriften takket være gassene som ble utvist. Kilde: Pixabay.

Newtons to første lover refererer til et enkelt objekt. Men den tredje loven refererer til to objekter. Vi vil utnevne dem objekt 1 og objekt 2:

Ved å samhandle to objekter er kreftene som utøver hverandre alltid like både i størrelse og i retning, men med motsatt mening, som på matematisk måte uttrykkes som følger:

F₁₂ = -F_tjueen

Når et legeme er påvirket av en styrke, er det faktisk fordi det er en annen som er ansvarlig for å forårsake den. Dermed har gjenstander på jorden vekt, fordi det tiltrekker dem mot sentrum. En elektrisk ladning blir frastøtt av en annen belastning med samme tegn, fordi den utøver en frastøtningskraft på den første, og dermed.

Figur 3. Newtons lovsammendrag. Kilde: Wikimedia Commons. Hugo4914 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/by-SA/4.0)].

Bevaringsprinsipper

I dynamikk er det flere mengder som er bevart under bevegelse og hvis studie er grunnleggende. De er som en solid kolonne som det er mulig å bli gjenstand for å løse problemer som kreftene varierer fra veldig komplekse måter.

Et eksempel: Akkurat når to kjøretøy kolliderer, er samspillet mellom dem veldig intens, men kort. Så intense at andre krefter må tas i betraktning, derfor kan kjøretøy betraktes som et isolert system.

Men å beskrive dette intense samspillet er ikke en lett oppgave, siden det handler om krefter som varierer over tid og også i verdensrommet. Forutsatt at kjøretøyer utgjør et isolert system, er imidlertid kreftene mellom de to interne, og bevegelsesmengden er bevart.

Det kan tjene deg: Ortonormal base: egenskaper, eksempler og øvelser

Å holde bevegelsesmengden det er mulig å forutsi hvordan kjøretøyer vil bevege seg like etter kollisjonen.

Nedenfor er to av de viktigste bevaringsprinsippene i dynamikk:

Energi konservering

I naturen skiller to typer krefter: konservative og ikke -konservative. Vekten er et godt eksempel på førstnevnte, mens friksjonen er av sistnevnte.

Vel, konservative krefter er karakterisert fordi de gir muligheten for å lagre energi i systemkonfigurasjon. Er den så -kallede potensielle energien.

Når en kropp har potensiell energi takket være virkningen av en konservativ kraft som vekt og går inn i bevegelse, blir slik potensiell energi kinetisk energi. Summen av begge energiene kalles systemets mekaniske energi og er den som er bevart, det vil si at den forblir konstant.

Være ELLER Potensiell energi, K Kinetisk energi og OG_m Mekanisk energi. Hvis du handler på en konservativ krefter på et objekt, blir det oppfylt at:

OG_m = U + k = konstant

Derfor:

OG_{m første} = E_{m endelig}

Bevaring av bevegelsesmengden

Dette prinsippet gjelder ikke bare når to kjøretøy kolliderer. Det er en fysikklov med et omfang som går utover den makroskopiske verden.

Bevegelsesmengden er bevart på sol-, stellar- og galaksen. Og han gjør det også på Atom og Atomic Nucleus, til tross for at den Newtonsk -mekanikken slutter å være gyldig.

Være P Vektormengden gitt av:

P = m.v

Stammer P Angående tid:

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

Hvis deigen forblir konstant:

dP /dt = m dv/dt = m.til

Derfor kan vi skrive Newtons andre lov på denne måten:

F_Nett = dP /dt

Hvis to kropper m₁ og M₂ De utgjør et isolert system, kreftene mellom dem er interne og i henhold til Newtons tredje lov er de de samme og motsatte F₁ = -F₂, blir oppfylt det:

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

Hvis derivatet med hensyn til tidspunktet for en styrke er null, betyr det at en slik størrelse forblir konstant. Derfor i et isolert system kan det bekreftes at mengden bevegelse av systemet er bevart:

P₁ + P₂ = konstant

Likevel, P₁ og P₂ De kan variere individuelt. Mengden av bevegelse av et system kan omfordeles, men det som betyr noe er at summen forblir uendret.

Startet konsepter i dynamikk

Det er mange viktige konsepter i dynamikk, men to av dem skiller seg ut: masse og styrke. På styrken ble det allerede nevnt før, og da er det en liste over de mest fremtredende konseptene som vises med den i studiet av dynamikken:

Treghet

Det er egenskapen at objektene må motstå endringene i deres hvile eller bevegelse. Alle objekter med masse har treghet og oppleves veldig ofte, for eksempel når du reiser i en bil som akselererer, har passasjerer en tendens til å forbli i ro, noe som oppfattes som en følelse av å holde seg til sete -sikkerhetskopien.

Og hvis bilen stopper skarpt, har passasjerer en tendens til å forlate bruces, etter fremoverbevegelsen de hadde tidligere, så det er viktig å alltid bære sikkerhetsbeltene.

Figur 4. Når vi reiser med bil, får treghet oss til å gå fra bruces når bilen bremser skarpt. Kilde: Pixabay.

Masse

Massen er treghetsmålet, siden jo større masser av et legeme er, jo vanskeligere er det å flytte den eller få bevegelsen til å endre seg. Massen er en skalær mengde, dette betyr at for å spesifisere massen til et legeme er det nødvendig å gi den numeriske verdien pluss den valgte enheten, som kan være kilo, pund, gram og mer.

Kan tjene deg: Lenz Law: Formula, ligninger, applikasjoner, eksempler

Vekt

Vekt er kraften som jorden tiltrekker seg for sitt sentrum gjenstandene som er nær overflaten.

Fordi det er en kraft, er vekten vektor, derfor er den fullstendig spesifisert når dens størrelse eller numeriske verdi, dens retning og dens betydning er indikert, som vi allerede vet er vertikalt nedover.

Selv om relatert, er vekt og masse ikke den samme, ikke engang likeverdige, siden den første er en vektor og den andre en skalar.

Referansesystemer

Beskrivelsen av en bevegelse kan variere avhengig av den valgte referansen. De som går opp i en heis er i ro i henhold til et sett med fast referanse til dette, men sett av en observatør på bakken beveger passasjerene seg.

Hvis en kropp opplever bevegelse angående en referanseramme, men i en annen er i ro, kan ikke Newtons lover brukes på begge. Faktisk er Newtons lover gjeldende for visse referansesystemer: de som er treghetsmessige.

I treghetsreferansesystemer, Likene akselererer ikke med mindre de blir forstyrret på en eller annen måte -og typisk en styrke-.

Fiktive krefter

De fiktive eller pseudo-kraftkreftene vises når bevegelsen av et legeme blir analysert i en akselerert referanseramme. En fiktiv styrke skiller seg ut fordi det ikke er mulig å identifisere agenten som er ansvarlig for hans utseende.

Sentrifugalkraft er et godt eksempel på fiktiv kraft. At det er, gjør det ikke mindre ekte for de som opplever det når de slår inn bilene sine og føler at en usynlig hånd skyver dem ut av kurven.

Akselerasjon

Denne viktige vektoren var allerede nevnt før. Et objekt opplever akselerasjon så lenge det er en kraft som varierer hastigheten.

Arbeid og energi

Når en styrke opptrer på et objekt og den endrer sin posisjon, har styrken gjort en jobb. Og dette arbeidet kan lagres i energiform. Derfor gjøres arbeid på objektet, takket være det det skaffer seg energi.

Følgende eksempel tydeliggjør poenget: Anta at en person hever en gryte en viss høyde over gulvnivået.

For å gjøre dette, må du bruke en styrke og overvinne tyngdekraften, derfor gjør en jobb på potten, og dette arbeidet lagres i form av gravitasjonspotensiell energi i potten, proporsjonalt med massen av den og i høyden som den nådde videre gulvet:

U = m.g.h

Hvor m Det er deigen, g Det er tyngdekraften og h Er høyden. Hva kan potten gjøre når den er opp til h? Vel, det kan falle, og når det faller, reduseres den gravitasjonspotensielle energien den har reduseres, mens kinetisk eller bevegelsesenergi øker.

For at en styrke skal utføre arbeid, er det nødvendig å produsere en forskyvning som må være parallell med å tvinge. Hvis dette ikke skjer, fungerer styrken fortsatt på objektet, men ikke jobber med det.

relaterte temaer

Newtons første lov.

Andre lov om Newton.

Newtons tredje lov.

Matterbevaringslov.

Referanser

1. Bauer, w. 2011. Fysikk for ingeniørfag og vitenskap. Volum 1. Mc Graw Hill.
2. Figueroa, d. 2005. Serier: Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 2. Dynamisk. Redigert av Douglas Figueroa (USB).
3. Giancoli, d.  2006. Fysikk: Prinsipper med applikasjoner. 6. ... Ed Prentice Hall.
4. Hewitt, Paul. 2012. Konseptuell fysisk vitenskap. 5. plass. Ed. Pearson.
5. Kirkpatrick, l. 2007. Fysikk: En titt på verden. 6. forkortet utgave. Cengage Learning.
6. Knight, r.  2017. Fysikk for forskere og ingeniørfag: En strategitilnærming.  Pearson.
7. Wikipedia. Dynamisk. Gjenopprettet fra: er.Wikipedia.org.