Что изучает динамика

Динамика изучает причины изменения характера движения тел (в том числе возникновение движения), часто рассматривая их движение в инерциальных системах отсчета.

Динамика — это раздел механики, в котором в том числе изучаются три закона Ньютона. Они лежат в основе классической динамики, которая оказывается неприменимой для элементарных частиц и скоростей, близких к скорости света.

Динамика решает такие задачи, как по движению тел определить действующие на них силы, так и как по действующим на тело силам определить характер его движения.

Первый закон Ньютона. Существуют системы отсчета, относительно которых свободное точечное тело покоится или движется равномерно и прямолинейно. Эти системы отсчета называют инерциальными.

Обычно при решении задач все системы отсчета, связанные с Землей или с телами, движущимися относительно Земли равномерно прямолинейно, считают инерциальными.

Динамика изучает различные механические силы. Сила в механике — это физическая величина, характеризующая действие одного тела на второе, в результате которого второе тело получает ускорение в инерциальной системе отсчета.

Под инертностью тела понимают его свойство препятствовать приобретению ускорения (изменению своей скорости) под действием приложенной силы.

С понятием инерции в динамике связано понятие массы. Масса — это физическая величина, количественно характеризующая инертность тела.

В СИ массу измеряют в килограммах, а силу — в ньютонах.

Под действием силы, модуль которой равен 1 Н, первоначально покоившееся в инерциальной системе отсчета точечное тело массой 1 кг получает ускорение, модуль которого равен 1 м/с2.

Второй закон Ньютона. Ускорение (a), приобретаемое точечным телом в инерциальной системе отсчета, равно отношению суммы всех действующих на это тело сил (F) к его массе (m). Формула второго закона Ньютона: a = F/m.

Третий закон Ньютона. Два тела взаимодействуют друг с другом с силами равными по модулю, противоположными по направлению, лежащими на одной прямой. При этом силы взаимодействия двух тел приложены к разным телам, следовательно, они не могут уравновесить друг друга. Хотя являются силами одной природы.

Динамика изучает следующие силы:

  • Сила тяжести. Эта сила возникает под действием Земли (или других космических тел), действует на тело, находящееся близко к поверхности Земли, направлена вертикально вниз, т. е. притягивает тело к земле. Сила тяжести по модулю равна mg, где g — ускорение свободного падения.
  • Сила упругости (Fупр). Эту силу вызывает деформированное тело, а действует сила упругости на тело, вызвавшее деформацию. Сила упругости направлена в сторону противоположную деформации, при этом стремится сдвинуть деформирующее тело. Сила упругости пропорциональна деформации: чем больше деформация, тем больше сила.
  • Сила реакции горизонтальной опоры на свободно лежащее на ней тело (N). Силу вызывает горизонтальная опора, сила действует на тело, лежащее на этой опоре. По модулю сила реакции равна силе тяжести, но противоположна ей по направлению, так как направлена вверх. В результате она уравновешивает силу тяжести, прижимая тело к опоре.
  • Вес тела (P), лежащего на опоре или висящего на подвесе. Силу вызывает само тело, и в первом случае сила (вес) действует на опору, во втором — на подвес. В первом случае вес по модулю равен силе реакции опоры, во втором — силе упругости подвеса. Вес направлен вертикально вниз и деформирует опору или растягивает подвес.
  • Силы трения. Существует несколько типов сил трения. Силу сухого трения скольжения (Fтр) вызывает поверхность, по которой скользит тело. Сила действует на тело, скользящее по поверхности. Сила трения направлена в сторону, противоположную движению тела и препятствует движение тела по поверхности, т. е. тормозит его.