Prima lege a lui Newton postulează existența cadrelor de referință inerțiale. Prin urmare, este cunoscută și ca legea inerției. Inerția (inerția) este proprietatea corpului de a menține viteza mișcării sale neschimbate în magnitudine și direcție, atunci când nu acționează forțe și, de asemenea, proprietatea corpului de a rezista schimbării vitezei sale. Pentru a schimba viteza a corpului, este necesar să se aplice o forță, cu rezultatul acelorași forțe în diferite organisme vor fi diferite: corpul au inerție diferite (inerție), a căror valoare se caracterizează prin masa lor.
Formulare moderne Edit href = Edit
În fizica modernă, prima lege a lui Newton este formulată în următoarea formă:
Există astfel de sisteme de referință. numite inerțiale. cu privire la care sunt puncte materiale. când forțele nu acționează asupra lor (sau forțele sunt reciproc echilibrate), se află într-o stare de repaus sau o mișcare uniformă rectilinie.
Formularea istorică Edit href = Edit
Newton a formulat prima lege a mecanicii, după cum urmează:
Fiecare organism continuă să se mențină în stare de repaus sau o mișcare uniformă și rectilinie până când și nu forțează forțele aplicate să schimbe această stare.
Din punct de vedere modern, o astfel de formulare este nesatisfăcătoare. În primul rând, termenul "corp" ar trebui înlocuit cu termenul "punct material", deoarece un corp de dimensiuni finite poate efectua mișcări de rotație în absența forțelor exterioare. În al doilea rând, și acesta este principalul lucru, Newton, în lucrarea sa, sa bazat pe existența unui cadru fix de referință absolut. adică spațiul și timpul absolut, pe care refacerea fizicii moderne o respinge. Pe de altă parte, într-un cadru de referință arbitrar (de exemplu, rotativ), legea inerției este incorectă, prin urmare formularea newtoniană a fost înlocuită de postulatul existenței cadrelor de referință inerțiale.
Legea a doua a lui Newton este legea diferențiată a mișcării. descriind relația dintre forța aplicată la punctul material și accelerația rezultată din acest punct. De fapt, a doua lege a lui Newton introduce masa ca măsură a manifestării inerției unui punct material în cadrul de referință inerțial (ISO) selectat.
Masa punctului material se presupune apoi a fi constantă în timp și independentă de orice caracteristică a mișcării și interacțiunii sale cu alte corpuri.
Formulare moderne Edit href = Edit
În cadrul de referință inerțial, accelerația primită de un punct material cu o masă constantă este direct proporțională cu rezultatul tuturor forțelor aplicate și invers proporțional cu masa sa.
Cu o alegere adecvată a unităților. această lege poate fi scrisă sub forma formulei:
Legea a doua a lui Newton poate fi formulată, de asemenea, într-o formă echivalentă, folosind conceptul de impuls:
În sistemul de referință inerțial, rata de schimbare a momentului unui punct material este egală cu rezultatul tuturor forțelor exterioare aplicate acestuia.
unde p → = m v →> = m >> este impulsul punctului, v → >> este viteza lui. și t este timpul. Cu această formulă, ca și cea precedentă, se presupune că masa unui punct material este neschimbată în timp. Uneori, se fac încercări de a extinde domeniul de aplicare al ecuației d p → d t = F → >>> = >> în cazul corpurilor de masă variabilă. Cu toate acestea, împreună cu o interpretare atât de extensivă a ecuației, este necesară modificarea semnificativă a definițiilor acceptate anterior și modificarea semnificației unor astfel de concepte fundamentale ca punct material, moment și forță.Observații Editați href = Edit
Când mai multe forțe acționează asupra punctului material, luând în considerare principiul suprapunerii. Legea a doua a lui Newton este scrisă ca:
Legea a doua a lui Newton, asemenea tuturor mecanicii clasice, este valabilă numai pentru mișcarea corpurilor cu viteze mult mai mici decât viteza luminii. Când se mișcă corpuri cu viteze apropiate vitezei luminii, se folosește o generalizare relativistă a celei de-a doua legi. obținută în cadrul teoriei speciale a relativității.
Rețineți că nu poate fi considerat un caz special (când F → = 0> 0 =>) a doua lege ca fiind echivalent cu primul, ca prima lege postulează existența ISO, iar al doilea este deja formulată în ISO.
Formularea istorică Edit href = Edit
Formula lui Newton:
Modificarea mișcării mișcării este proporțională cu forța motrice aplicată și are loc în direcția liniei drepte de-a lungul căreia această forță acționează.
Este interesant faptul că, dacă adăugăm cerința de inerțialitate la cadrul de referință, atunci în această formulare această lege este valabilă chiar și în mecanica relativistă.
Această lege descrie cum interacționează două puncte materiale. Luați, de exemplu, un sistem închis format din două puncte materiale. Primul punct poate acționa asupra celui de-al doilea cu o anumită forță F → 1 → 2> _>. iar a doua - pe prima cu forța F → 2 → 1> _>. Cum se leagă forțele? Legea treia a lui Newton afirmă că forța acțiunii F → 1 → 2> _> este egală în magnitudine și opusă în direcția forței opuse F → 2 → 1>>>.
Formulare moderne Edit href = Edit
Punctele materiale interacționează între ele prin forțe de aceeași natură, direcționate de-a lungul unei linii drepte care leagă aceste puncte, egale în valoare absolută și opuse în direcția:
Legea afirmă că forțele apar doar în perechi și orice forță care acționează asupra corpului are o sursă de origine sub forma unui alt corp. Cu alte cuvinte, forța este întotdeauna rezultatul interacțiunii corpurilor. Existența forțelor care au apărut independent, fără a avea corpuri interacționiste, este imposibilă.
Formularea istorică Edit href = Edit
Newton a dat următoarea formulă a legii:
Acțiunea are întotdeauna o opoziție egală și opusă, altfel - interacțiunea a două corpuri una asupra celeilalte este egală și îndreptată în direcții opuse.
Pentru forța Lorentz, a treia lege a lui Newton nu este satisfăcută. Numai reformulând-o ca legea conservării impulsului într-un sistem închis de particule și un câmp electromagnetic își poate restabili validitatea.
Consecințele legilor lui Newton
Legile lui Newton sunt axiomele mecanicii clasice Newtoniene. Dintre acestea, ca consecințe, derivă ecuațiile de mișcare ale sistemelor mecanice, precum și "legile de conservare" indicate mai jos. Desigur, există legi (de exemplu, gravitația universală sau Hooke) care nu rezultă din cele trei postulate ale lui Newton.
Ecuații de mișcare Editați
Ecuația F → = m a → = m> este o ecuație diferențială. accelerația este al doilea derivat al coordonatelor de timp. Aceasta înseamnă că evoluția (mișcarea) unui sistem mecanic în timp poate fi determinată în mod unic dacă sunt date coordonatele sale inițiale și vitezele inițiale.
Rețineți că dacă ecuațiile care descriu lumea noastră erau ecuații de ordinul întâi, atunci fenomene precum inerția ar dispărea din lumea noastră. fluctuații. val.
Legea conservării impulsului Edit
Legea conservării momentului afirmă că suma vectorilor momentei tuturor corpurilor sistemului este constantă. dacă suma vectorială a forțelor externe care acționează asupra sistemului corpurilor este zero.
Legea conservării energiei mecanice Editați
Dacă toate forțele sunt conservatoare. atunci există o lege de conservare a energiei mecanice a corpurilor interacționate: energia mecanică totală a unui sistem închis de corpuri, între care acționează doar forțe conservatoare. rămâne constantă.
Legile lui Newton și forțele inerțiale Editați
Folosirea legilor lui Newton presupune sarcina unui ISO. Cu toate acestea, în practică trebuie să ne ocupăm de cadre de referință non-inerțiale. În aceste cazuri, pe lângă forțele discutate în legile a doua și a treia a Newtonului, așa-numitele forțe de inerție sunt introduse în mecanică.
De obicei vorbim despre forțele de inerție din două tipuri diferite. Forța primului tip (forța de inerție a d'Alembert) este o cantitate vectorială egală cu produsul masei punctului material pentru accelerarea sa, luată cu semnul minus. Forța de al doilea tip (Euler forța de inerție) sunt utilizate pentru a obține posibilitatea formală a înregistrării ecuațiile de mișcare a corpurilor în cadru non-inerțial de referință coincide cu forma a doua lege a lui Newton. Prin definiție, Euler Inerțială forța egală cu produsul masei diferenței între valorile accelerației în cadrul său de referință non-inerțial pentru care este introdusă cu forța, pe de o parte, și orice sistem de referință inerțial. cu alta. În acest fel, forțele de inerție determinate de forțe în adevăratul sens al cuvântului nu sunt. ele sunt numite fictive. aparent sau pseudo-puteri.
Legile lui Newton în logica cursului de mecanică Edit
Există metode diferite de formulare a mecanicii clasice, adică alegerea postulatelor sale fundamentale. pe baza căruia derivă apoi legile-corolarul și ecuațiile de mișcare. Efectuarea legilor lui Newton cu privire la statutul axiomelor, pe baza unui material empiric, este doar una dintre astfel de metode ("mecanicii newtonieni"). Această abordare a fost adoptată în școala secundară, precum și în majoritatea cursurilor universitare de fizică generală.
O abordare alternativă, folosită în principal în cursurile de fizică teoretică, este mecanica Lagrangiană. În cadrul formalismului Lagrangian, există o singură formulă (înregistrare de acțiune) și un singur postulat (corpurile se mișcă astfel încât acțiunea este staționară). care este un concept teoretic. Din aceasta este posibil să se deducă toate legile lui Newton, adevărate, numai pentru sistemele Lagrangian (în special pentru sistemele conservatoare). Trebuie notat totuși că toate interacțiunile fundamentale cunoscute sunt descrise de sistemele Lagrange. În plus, în cadrul formalismului Lagrangian se poate lua în considerare cu ușurință situații ipotetice în care acțiunea are altă formă. În acest caz, ecuațiile de mișcare vor deveni spre deosebire de legile lui Newton, însă mecanica clasică însăși va fi în continuare aplicabilă.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: