Dynamikhistoria, vilka studier, lagar och teorier

De dynamisk Det är mekanikområdet som studerar interaktioner mellan kropparna och deras effekter. Det handlar om att beskriva dem kvalitativt och kvantitativt, förutom att förutsäga hur de kommer att utvecklas över tid.

Genom att tillämpa sina principer är det känt hur rörelsen av en kropp modifieras när man interagerar med andra, och även om dessa interaktioner deformerar det, eftersom det är helt möjligt att båda effekterna inträffar samtidigt.

Figur 1. Cyklistinteraktioner modifierar sin rörelse. Källa: Pixabay.

Tron på den stora grekiska filosofen Aristoteles (384-322 till.C.) rådde som grunden för dynamik i väst i århundraden. Han trodde att föremål rörde sig på grund av någon typ av energi som pressade dem i en eller annan riktning.

Han observerade också att medan ett objekt skjuts, rör sig det med konstant hastighet, men när det slutar trycka rör sig det mer och långsammare tills det stannar.

Enligt Aristoteles var handlingen av en konstant kraft nödvändig för att säkerställa att något flyttade till konstant hastighet, men vad som händer är att denna filosof inte hade effekterna av friktion.

En annan idé var att de tyngsta föremålen föll snabbare än de lättaste. Det var den stora Galileo Galilei (1564-1642) som demonstrerade med experiment att alla kroppar faller med samma acceleration oavsett deras massa och föraktar viskösa effekter.

Men det är Isaac Newton (1642-1727), den mest anmärkningsvärda forskaren som har levt hittills, som betraktas som en far till modern dynamik och matematisk beräkning, tillsammans med Gottfried Leibniz.

figur 2. Isaac Newton 1682 av Godfrey Kneller. Källa: Wikimedia Commons.

Dess berömda lagar, formulerade under sjuttonhundratalet upprätthåller samma giltighet och friskhet idag. De utgör grunden för klassisk mekanik, som vi ser och påverkar oss varje dag. Om dessa lagar kommer att diskuteras inom kort.

[TOC]

Vilka studier dynamik?

Dynamics Study Interaktion mellan objekt. När objekt interagerar finns det förändringar i deras rörelse och även deformationer. Ett särskilt område som kallas statisk, ägnas åt dessa system i jämvikt, som är i vila eller med enhetlig rätlinjig rörelse.

Tillämpa principerna för dynamik är det möjligt att genom ekvationer förutsägas, vad kommer att vara förändringar och utvecklingen av objekt i tid. För detta är vissa antaganden fastställda enligt vilken typ av system som du vill studera.

Partiklar, styva fasta ämnen och kontinuerliga medel

Partikelmodellen är den enklaste att börja tillämpa principerna för dynamik. Det antas att objektet som ska studeras har en massa, men inte dimensioner. Därför kan en partikel vara så liten som en elektron eller så stor som jorden eller solen.

När du vill observera effekten av dynamikens storlek är det nödvändigt att ta hänsyn till objektens storlek och form. En modell som tar hänsyn till detta är den av det styva fasta ämnet, en kropp med mätbara dimensioner som består av många partiklar, men som inte deformeras under effekterna av krafterna.

Slutligen tar kontinuerlig mediemekanik inte bara hänsyn till objektets dimensioner, utan också deras speciella egenskaper, inklusive förmågan att deformeras. Kontinuerligt media täcker styva fasta ämnen och de som inte är, förutom vätskor.

Newtons lagar

Nyckeln till att förstå hur dynamik fungerar är i full förståelse av Newtons lagar, som kvantitativt kopplar de krafter som agerar på en kropp med förändringarna i deras rörelse eller vila.

Newtons första lag

Förklaring av Newtons första lag. Källa: Självgjord.

Säger så:

När nettokraften på ett objekt är lika med noll kommer objektet att fortsätta i vila om det var i vila. Och om han rörde sig kommer hans rörelse att vara rätlinjig och ständigt.

Den första delen av uttalandet ser ganska uppenbart ut, eftersom det är uppenbart att ett objekt i vila kommer att förbli så här, såvida det inte är störd. Och för detta krävs en kraft.

Kan tjäna dig: demokritus atommodell: bakgrund, egenskaper, postulat

Å andra sidan är det faktum att ett objekt förblir i rörelse även när nettokraften är noll, är lite svårare att acceptera, eftersom det verkar som om ett objekt kan vara i rörelse på obestämd tid. Och vardagens upplevelse säger att saker förr eller senare slutar.

Svaret på denna uppenbara motsägelse är i friktion. Om ett objekt rörde sig på en perfekt slät yta, kan det göra det på obestämd tid om ingen annan kraft varierar rörelsen.

Eftersom det är omöjligt att helt eliminera friktion är situationen där en kropp rör sig på obestämd tid med konstant hastighet en idealisering.

Slutligen är det viktigt att notera att även om nettokraften är noll, representerar detta inte nödvändigtvis total frånvaro av krafter på objektet.

Föremål på jordens yta upplever alltid gravitationell attraktion. En REST -bok som stöds på ett bord kvarstår så här, eftersom ytan på bordet utövar en kraft som motverkar vikten.

Andra lagen i Newton

Förklaring av Newtons andra lag. Källa: Självgjord.

I Newtons första lag är det etablerat vad som händer med ett objekt som nätet eller resulterande kraft är ogiltig. Nu indikerar den grundläggande lagen i Newtons dynamik eller andra lag vad som kommer att hända när nettokraften inte upphävs:

Om en extern nettokraft F Det verkar på ett objekt av massa m, det kommer att uppleva en acceleration proportionell mot kraft och i samma riktning. Matematiskt:

F_Netto = mtill.

Ju större en tillämpad kraft, desto större är förändringen i hastigheten på ett objekt. Och om samma kraft gäller föremål med olika massor kommer de stora förändringarna att upplevas av den lättare och lättare att flytta. Den dagliga erfarenheten överensstämmer med dessa påståenden.

Newtons tredje lag

En rymdraket får den nödvändiga framdrivningen tack vare gaserna som utvisas. Källa: Pixabay.

Newtons två första lagar hänvisar till ett enda objekt. Men den tredje lagen hänvisar till två föremål. Vi kommer att utse dem objekt 1 och objekt 2:

Genom att interagera två föremål är krafterna som utövar varandra alltid lika både i storlek och i riktning, men av motsatt mening, som på matematiskt sätt uttrycks enligt följande:

F₁₂ = -F_tjugoett

Faktum är att när en kropp påverkas av en styrka beror det på att det finns en annan som ansvarar för att orsaka den. Således har föremål på jorden vikt, eftersom det lockar dem mot deras centrum. En elektrisk laddning avvisas av en annan belastning med samma tecken, eftersom den utövar en avvisande kraft på den första, och därmed.

Figur 3. Newtons lagöversikt. Källa: Wikimedia Commons. HUGO4914 [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/4.0)].

Bevaringsprinciper

I dynamik finns det flera mängder som bevaras under rörelse och vars studie är grundläggande. De är som en solid kolumn som det är möjligt att bli föremål för att lösa problem där krafterna varierar från mycket komplexa sätt.

Ett exempel: precis när två fordon kolliderar är interaktionen mellan dem mycket intensiv men kort. Så intensivt att andra krafter måste beaktas, därför kan fordon betraktas som ett isolerat system.

Men att beskriva denna intensiva interaktion är inte en lätt uppgift, eftersom det handlar om krafter som varierar över tid och även i rymden. Men förutsatt att fordon utgör ett isolerat system är krafterna mellan de två inre och mängden rörelse bevaras.

Det kan tjäna dig: ortonormal bas: egenskaper, exempel och övningar

Att hålla mängden rörelse är det möjligt att förutsäga hur fordon kommer att röra sig strax efter kollisionen.

Nedan finns två av de viktigaste bevarandeprinciperna inom dynamik:

Energibesparing

I naturen är två typer av krafter utmärkta: konservativa och icke -konservativa. Vikten är ett bra exempel på det förra, medan friktionen är av den senare.

Tja, konservativa krafter kännetecknas av eftersom de ger möjligheten att lagra energi i systemkonfiguration. Är den så kallade potentiella energin.

När en kropp har potentiell energi tack vare verkan av en konservativ kraft som vikt och går i rörelse, blir sådan potentiell energi kinetisk energi. Summan av båda energierna kallas systemets mekaniska energi och är den som bevaras, det vill säga den förblir konstant.

Vara ELLER Potentiell energi, K kinetisk energi och OCH_m Mekanisk energi. Om du agerar på en konservativ kraft på ett objekt uppfylls det:

OCH_m = U + k = konstant

Därför:

OCH_{m första} = E_{m slutlig}

Bevarande av mängden rörelse

Denna princip är tillämplig inte bara när två fordon kolliderar. Det är en fysiklag med en omfattning som går utöver den makroskopiska världen.

Mängden rörelse bevaras på nivån på sol-, stellar- och galaxsystem. Och han gör det också vid atom- och atomkärnan, trots att Newtonian mekanik upphör att vara giltig.

Vara P Vektormängden rörelse som ges av:

P = m.v

Härjande P När det gäller tid:

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

Om degen förblir konstant:

dP /dt = m dv/dt = m.till

Därför kan vi skriva Newtons andra lag på detta sätt:

F_Netto = DP /dt

Om två kroppar m₁ och M₂ De utgör ett isolerat system, krafterna mellan dem är interna och enligt Newtons tredje lag är de desamma och motsatta F₁ = -F₂, Att uppfylla det:

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

Om derivatet med avseende på tiden för en storlek är noll, betyder det att en sådan storlek förblir konstant. Därför kan det i ett isolerat system bekräftas att systemets rörelse bevaras:

P₁ + P₂ = konstant

Ändå, P₁ och P₂ De kan variera individuellt. Mängden rörelse för ett system kan omfördelas, men det som är viktigt är att dess summa förblir oförändrad.

Började koncept i dynamik

Det finns många viktiga begrepp inom dynamik, men två av dem sticker ut: massa och styrka. På kraften nämndes det redan tidigare och sedan finns det en lista över de mest framstående koncepten som visas med den i studien av dynamiken:

Tröghet

Det är egenskapen som föremålen måste motstå förändringarna i deras vilotillstånd eller rörelse. Alla föremål med massa har tröghet och upplevs mycket ofta, till exempel när man reser i en bil som accelererar, passagerare tenderar att förbli i vila, vilket uppfattas som en känsla av att hålla fast vid sätesbackupen.

Och om bilen stannar kraftigt, tenderar passagerare att lämna Bruces, efter den framåtrörelsen de hade tidigare, så det är viktigt att alltid bära säkerhetsbälten.

Figur 4. När vi reser med bil får tröghet oss från Bruces när bilen bromsar skarpt. Källa: Pixabay.

Massa

Massan är måtten på tröghet, eftersom ju större massan av en kropp är, desto svårare är det att flytta den eller få sin rörelse att förändras. Massan är en skalarkvantitet, detta innebär att för att specificera massan på en kropp är det nödvändigt att ge det numeriska värdet plus den valda enheten, som kan vara kilo, pund, gram och mer.

Kan tjäna dig: Lenz Law: Formel, Ekvationer, applikationer, exempel

Vikt

Vikt är den kraft som jorden lockar till sitt centrum föremålen som ligger nära ytan.

Eftersom det är en kraft är vikten vektor, därför anges den helt när dess storlek eller numeriska värde, dess riktning och dess betydelse indikeras, vilket vi redan vet är vertikalt nedåt.

Även om relaterad, vikt och massa inte är desamma, inte ens likvärdiga, eftersom den första är en vektor och den andra en skalar.

Referenssystem

Beskrivningen av en rörelse kan variera beroende på den valda referensen. De som går upp i en hiss är i vila enligt en uppsättning fast hänvisning till detta, men sett av en observatör på marken som passagerarna flyttar.

Om en kropp upplever rörelse angående en referensram men i en annan är i vila kan Newtons lagar inte tillämpas på båda. I själva verket är Newtons lagar tillämpliga på vissa referenssystem: de som är tröghet.

I tröghetsreferenssystem, Kropparna accelererar inte såvida de inte störs på något sätt -Bypassing a Force-.

Fiktiva krafter

De fiktiva eller pseudo-kraftkrafterna dyker upp när rörelsen av en kropp analyseras i en accelererad referensram. En fiktiv kraft kännetecknas eftersom det inte är möjligt att identifiera agenten som är ansvarig för hans utseende.

Centrifugalkraft är ett bra exempel på fiktiv kraft. Det faktum att det är, gör det emellertid inte mindre verkligt för dem som upplever det när de vänder in sina bilar och känner att en osynlig hand skjuter dem ur kurvan.

Acceleration

Denna viktiga vektor nämndes redan tidigare. Ett objekt upplever acceleration så länge det finns en kraft som varierar sin hastighet.

Arbete och energi

När en kraft verkar på ett objekt och den ändrar sin position har styrkan gjort ett jobb. Och detta arbete kan lagras i energiform. Därför görs arbete på objektet, tack vare vilket det förvärvar energi.

Följande exempel klargör poängen: Anta att en person höjer en kruka en viss höjd över golvnivån.

För att göra detta måste du tillämpa en kraft och övervinna tyngdkraften, gör därför ett jobb på potten och detta arbete lagras i form av gravitationspotential energi i potten, proportionell mot massan av den och i den höjd som den nådde golvet:

U = m.g.h

Var m Det är degen, g Det är tyngdkraften och h Är höjden. Vad kan potten göra när den är upp till h? Tja, det kan falla och när det faller minskar den gravitationella potentiella energin den, medan kinetisk eller rörelseenergi ökar.

För en kraft att göra arbete är det nödvändigt att producera en förskjutning som måste vara parallell med kraft. Om detta inte händer, fungerar kraften fortfarande på objektet, men fungerar inte med det.

Relaterade ämnen

Newtons första lag.

Andra lagen i Newton.

Newtons tredje lag.

Materia bevarandelag.

Referenser

1. Bauer, w. 2011. Fysik för teknik och vetenskap. Volym 1. MC Graw Hill.
2. Figueroa, D. 2005. Serie: Physics for Science and Engineering. Volym 2. Dynamisk. Redigerad av Douglas Figueroa (USB).
3. Giancoli, D.  2006. Fysik: Principer med applikationer. 6: e ... Ed Prentice Hall.
4. Hewitt, Paul. 2012. Konceptuell fysisk vetenskap. Femte. Ed. Pearson.
5. Kirkpatrick, l. 2007. Fysik: En titt på världen. 6: e förkortade upplagan. Cengage Learning.
6. Riddare, r.  2017. Fysik för forskare och teknik: En strategistrategi.  Pearson.
7. Wikipedia. Dynamisk. Återhämtad från: är.Wikipedia.org.