Newton lấy nguyên lý quán tính của Galileo (1632) làm định luật đầu tiên của mình và bổ sung cho nó khái niệm về hệ quy chiếu quán tính. Theo nguyên lý quán tính của Galileo, một vật tự do duy trì trạng thái đứng yên hoặc đồng đều, chuyển động thẳng cho đến khi ảnh hưởng của cơ thể khác đưa anh ta ra khỏi trạng thái này.

Từ nguyên lý này, suy ra rằng trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều không cần bất kỳ tác động bên ngoài nào để duy trì nó. Điều này tiết lộ một đặc tính động học đặc biệt của vật thể gọi là quán tính. Do đó, định luật thứ nhất của Newton được gọi là định luật quán tính, và chuyển động của một vật khi không có tác dụng của các vật khác là chuyển động theo quán tính.

Định luật thứ nhất của Newton không đúng trong mọi hệ quy chiếu. Những hệ thống mà nó chạy được gọi là hệ quy chiếu quán tính.

Người ta đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng hệ quy chiếu quán tính thực tế là hệ quy chiếu nhật tâm, có gốc tọa độ ở tâm Mặt trời và các trục được vẽ theo hướng của ba ngôi sao ở xa, chẳng hạn, được chọn sao cho chúng là vuông góc với nhau.

Đối với nhiều mục đích thực tế, chuyển động của các vật thể vĩ mô sử dụng hệ quy chiếu liên quan đến Trái đất làm hệ quy chiếu. Một hệ quy chiếu như vậy được coi là gần quán tính do ảnh hưởng của các chuyển động hàng ngày và luân chuyển hàng năm Trái đất.

Do đó, chúng ta có thể đưa ra công thức sau đây của định luật thứ nhất Newton: có những hệ quy chiếu trong đó vật thể duy trì trạng thái đứng yên hoặc chuyển động tuyến tính đều cho đến khi tác động của các vật thể khác đưa nó ra khỏi trạng thái này.

Hãy chứng minh rằng bất kỳ hệ quy chiếu nào chuyển động thẳng đều và thẳng đối với hệ quy chiếu quán tính cũng là hệ quy chiếu quán tính. Cho vật A đứng yên trong hệ quy chiếu quán tính K (Hình 3.1). Hệ quy chiếu K" chuyển động tương đối so với hệ quy chiếu K một cách đều và thẳng với tốc độ. Thân A so với hệ K" chuyển động đều và trực tuyến với tốc độ - , cũng thỏa mãn định luật thứ nhất Newton. Do đó, hệ quy chiếu K" là hệ quy chiếu quán tính. Do đó, bằng cách sử dụng một hệ quy chiếu quán tính đã biết, bạn có thể xây dựng bao nhiêu hệ quy chiếu quán tính tùy thích bằng cách sử dụng phương pháp được mô tả ở trên.

3.1.2. Định luật thứ hai của Newton

Định luật này là định luật cơ bản của động lực học của một chất điểm và một vật rắn chuyển động tịnh tiến.

Định luật thiết lập mối quan hệ giữa lực, khối lượng và gia tốc.

Kinh nghiệm cho thấy rằng bất kỳ sự thay đổi nào về độ lớn hoặc hướng tốc độ chuyển động của một vật đều là do sự tương tác của nó với các vật khác.

Trong cơ học, lực được định nghĩa là thước đo định lượng về sự tương tác của các vật thể, dẫn đến sự thay đổi tốc độ hoặc biến dạng của chúng.

Lực được đặc trưng bởi độ lớn, hướng và điểm tác dụng. Kể từ đây, lực là một đại lượng vectơ.

Theo những ý tưởng hiện đại, dựa trên kinh nghiệm, tất cả các tương tác quan sát được trong tự nhiên có thể quy gọn thành bốn tương tác cơ bản: hấp dẫn, yếu, điện từ và mạnh.

Tương tác hấp dẫn vốn có trong mọi đối tượng vật chất. Nó được xác định bởi sự hiện diện của khối lượng trong các vật thể vật chất và tuân theo định luật vạn vật hấp dẫn của Newton. Phạm vi tương tác hấp dẫn là không giới hạn. Trong khu vực thế giới vi mô, vai trò của tương tác hấp dẫn là không đáng kể.

Tương tác yếu- tầm ngắn, tồn tại trong thế giới vi mô và thể hiện ở chỗ dẫn đến một loại mất ổn định nhất định của các hạt cơ bản.

Tương tác điện từ biểu hiện trong quá trình tương tác của dòng điện và điện tích. Phạm vi tương tác điện từ là không giới hạn. Nó có tính chất quyết định trong việc hình thành các nguyên tử, phân tử và vật thể vĩ mô.

Hạt nhân hoặc tương tác mạnh là mãnh liệt nhất. Bán kính tương tác mạnh rất nhỏ ~ 10 -15 m. Nhờ tương tác này mà proton và neutron được giữ lại trong hạt nhân, bất chấp lực đẩy mạnh của proton.

Các lực phi cơ bản bao gồm lực đàn hồi, lực ma sát, lực cản và các lực khác. Tất cả các lực này có thể giảm xuống thành lực điện từ hoặc lực hấp dẫn, tuy nhiên, điều này dẫn đến sự phức tạp đáng kể trong việc giải các bài toán cơ học. Vì lý do này, trong cơ học, lực đàn hồi và lực ma sát được xem xét cùng với các lực cơ bản.

Một tính chất quan trọng khác của lực, biểu hiện trong quá trình tương tác cơ học, đã được thiết lập bằng thực nghiệm. Các lực trong cơ học tuân theo nguyên lý chồng chấtđó là như sau: tương tác đồng thời của hạt M với một số hạt khácNhạt có lực

tương đương với tác dụng của một lực , bằng tổng vectơ của chúng.

. (3.1)

Sức mạnh gọi là kết quả.

Như kinh nghiệm cho thấy, mọi vật đều có đặc tính ngăn cản sự thay đổi về độ lớn và hướng của vận tốc. Thuộc tính này được gọi là quán tính.

Khối lượng có thể được xác định theo hai cách. Việc đầu tiên trong số họ là như sau. Một vật thể tham chiếu được chọn có khối lượng tôi fl được lấy làm đơn vị khối lượng. Khối lượng m của vật đang nghiên cứu được xác định từ hệ thức sau được thiết lập bằng thực nghiệm:

,

Ở đâu MỘT Và MỘT et - gia tốc gây ra bởi tác dụng của cùng một lực lên vật chuẩn và vật thử. Trong trường hợp này, cái gọi là khối lượng trơ.

Phương pháp thứ hai dựa trên việc sử dụng định luật vạn vật hấp dẫn. Trong trường hợp này, cái gọi là khối lượng hấp dẫn.

A. Einstein đã xây dựng nguyên lý tương đương giữa khối lượng hấp dẫn và khối lượng quán tính: khối lượng quán tính và khối lượng hấp dẫn của cùng một vật thể là như nhau.

Sự tương đương của trơ và khối lượng hấp dẫn cho phép bạn chọn một đơn vị đo lường cho chúng. Đơn vị khối lượng SI là kilôgam (kg) - khối lượng của một vật thể bạch kim-iridium tiêu chuẩn được lưu trữ ở Pháp tại Cục Trọng lượng và Đo lường Quốc tế.

Hiệu ứng động của một vật chuyển động lên các vật khác phụ thuộc vào tốc độ và khối lượng. Do đó, như một đặc tính động của cường độ giao thông, chúng tôi giới thiệu lượng vectơ , được gọi là động lượng (hoặc động lượng) của vật và bằng tích của khối lượng và tốc độ của nó:

. (3.2)

Đơn vị của xung là kilôgam mét chia cho giây (kg m/s).

Theo định luật thứ hai của Newton, đạo hàm theo thời gian của động lượng của một vật bằng tổng của tất cả các lực tác dụng lên nó:

. (3.3)

Từ (3.3) suy ra sự thay đổi động lượng xảy ra theo hướng của lực tổng hợp . Lưu ý rằng định luật thứ hai của Newton ở dạng (3.3) cho phép mô tả chuyển động của một vật có khối lượng thay đổi. Nếu khối lượng của vật không đổi thì từ (3.2) và (3.3) ta thu được phương trình định luật thứ hai Newton ở dạng

, (3.4)

từ đó, tính đến công thức (2.21), chúng ta thu được:

. (3.5)

Đơn vị SI của lực là đơn vị dẫn xuất, định nghĩa của lực này dựa trên công thức (3.5). Đơn vị lực - 1 Newton (N), đây là lực truyền gia tốc 1 m lên vật có khối lượng 1 kg/ Với 2 .

Định luật thứ hai của Newton thường được gọi là định luật cơ bản của động lực tịnh tiến. Với sự trợ giúp của định luật này, cơ học giải quyết được hai nhiệm vụ chính:

1. Nhiệm vụ chính trực tiếp -thiết lập các phương trình vi phân chuyển động của một vật (điểm) và nghiệm của chúng.

2. Bài toán nghịch đảo- tìm sự phụ thuộc của lực tương tác giữa các vật thể vào tọa độ, vận tốc và thời gian của chúng, tức là thiết lập các định luật tương tác.

công thức luật đầu tiên Newton , cơ sở thực nghiệm được tạo ra bởi các thí nghiệm, Galileo trở lại năm 1636 đã được thay đổi nhiều lần, nhưng bản chất của nó vẫn được giữ nguyên. Hiện nay, hai công thức của luật này được sử dụng. Thông dụng nhất được sử dụng là như sau:

Có những hệ quy chiếu như vậy mà một vật thể chuyển động tịnh tiến sẽ giữ tốc độ không đổi nếu các vật thể khác không tác dụng lên nó hoặc tác động của các vật thể khác được bù đắp.

Định luật đầu tiên của Newton được xây dựng khác nhau.

Cơ thể duy trì trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều cho đến khi nó chịu tác động không bù đắp từ các cơ thể hoặc trường vật lý khác.

Ý nghĩa vật lý: 1) Định luật quy định điều gì sẽ xảy ra với cơ thể nếu các cơ quan khác không tác động lên nó hoặc hành động của các cơ quan khác được đền bù. 2) Trong tất cả các hệ quy chiếu, định luật thứ nhất của Newton phân biệt những hệ quy chiếu nào mà nó thỏa mãn; những hệ quy chiếu như vậy được gọi là quán tính

Hiện tượng một vật không chịu tác dụng của các tác động không bù trừ từ bên ngoài và duy trì tốc độ không đổi (bao gồm cả bằng 0 nếu vật ở trạng thái đứng yên) được gọi là quán tính, và các hệ quy chiếu liên quan đến chuyển động của các vật đó tốc độ không đổi hoặc nghỉ ngơi, được gọi là quán tính. Về vấn đề này, định luật đầu tiên của Newton thường được gọi là định luật quán tính. Chuyển động thẳng đều của một vật trong hệ quy chiếu quán tính gọi là chuyển động quán tính. Khái niệm hệ quy chiếu quán tính là nền tảng trong vật lý nói chung và cơ học nói riêng.

Các định luật cơ học không phụ thuộc vào hệ quy chiếu quán tính nào mà chúng liên quan. Nói cách khác, mọi thứ hệ thống quán tínhđiểm tham chiếu cho bất kỳ hiện tượng cơ học nào đều bằng nhau, tức là không có hệ quy chiếu quán tính “chính” đặc biệt nào mà chuyển động tương đối với nó có thể được coi là “chuyển động tuyệt đối”.

8. Sức mạnh. Định luật thứ hai của Newton.

Định luật đầu tiên của Newton chỉ ra rằng để thay đổi tốc độ của một vật so với hệ quy chiếu quán tính, tức là Để một cơ thể chuyển động nhanh hơn, cần phải có một cơ thể khác tác động lên cơ thể này. Hiệu ứng này được gọi là bằng vũ lực . Bản chất của lực có thể khác nhau, nhưng bất kỳ lực nào cũng được đặc trưng bởi hai tính chất cơ bản.

1. Sức mạnh là một đại lượng vật lý, tức là. nó có thể được đặc trưng không chỉ ở khía cạnh định tính, phân biệt nó với các đại lượng vật lý khác, mà còn có thể được thể hiện theo một cách định lượng nhất định. Điều này được xác nhận bởi thực tế thực nghiệm rằng các lực khác nhau gây ra gia tốc khác nhau.

2. Lực là một đại lượng vectơ. Do tác động của một lực lên một vật, vật đó thu được gia tốc, là một đại lượng vectơ. Do đó, lực cũng là một đại lượng vectơ: bằng cách thay đổi hướng của lực, chúng ta thay đổi hướng của gia tốc. Độ lớn của vectơ lực xác định mức độ tác dụng của các vật khác lên một vật nhất định.

Như vậy, sức mạnh - vectơ đại lượng vật lý, đặc trưng cho hành động của một vật thể này lên một vật thể khác, không được bù đắp, dẫn đến sự thay đổi gia tốc của vật thể này và là thước đo ảnh hưởng đó. Trong hệ SI, lực là 1 N. Lực được đặc trưng bởi: điểm tác dụng, độ lớn, hướng.

Mối quan hệ định lượng trực tiếp giữa lực tác dụng lên một vật và gia tốc của vật đó được thiết lập Định luật thứ hai của Newton :

Gia tốc mà vật có được dưới tác dụng của một lực tỷ lệ thuận với lực này và hướng của nó trùng với hướng của lực này. Hoặc: Tổng hợp của tất cả các lực tác dụng lên một vật bằng tích của khối lượng và gia tốc của vật đó.

Ý nghĩa vật lý: 1) Quy luật kết nối các đặc tính động học và động năng của một vật; 2) Định luật nêu điều gì sẽ xảy ra với một vật nếu có vật hoặc trường khác tác dụng lên nó 3) Đơn vị của lực được đặt là 1 Newton

Thân hình (điểm vật chất) không chịu tác dụng của ngoại lực, đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều. Cơ thể như vậy được gọi là miễn phí. Chuyển động của cơ thể như vậy được gọi là phong trào tự do hoặc sự trượt dốc.

Có một hệ quy chiếu trong đó mọi thứ cơ thể tự do di chuyển thẳng và đều

Có những hệ quy chiếu như vậy, được gọi là quán tính, so với hệ quy chiếu đó, một điểm vật chất, trong trường hợp không có tác động từ bên ngoài, sẽ giữ nguyên độ lớn và hướng vận tốc của nó vô thời hạn.

Những hệ thống như vậy được gọi là hệ quy chiếu quán tính - Định luật đầu tiên của Newton.

Định luật thứ hai của Newton

Mọi cơ thể đều thể hiện sự phản kháng khi cố gắng làm cho nó chuyển động, tức là. tăng tốc cho nó. Thuộc tính này của cơ thể được gọi là quán tính. Đo quán tính - cân nặng.

Một hệ cơ thể không bị ảnh hưởng bởi các cơ thể khác được gọi là hệ thống khép kín hoặc hệ cô lập. Trong những hệ thống như vậy, các vật thể chỉ có thể tương tác với nhau. Giả sử một hệ thống khép kín gồm có hai vật thể (hai điểm vật chất). Tốc độ của các vật thể và , và sự gia tăng của các tốc độ này trong cùng một khoảng thời gian. Các vectơ và có hướng ngược nhau và có liên quan bởi mối quan hệ . Các hệ số đều không đổi và có dấu hiệu giống hệt nhau và được gọi là khối lượng hay khối lượng quán tính của vật 1 và 2.

Xung hoặc động lượng của một điểm vật chất- vectơ, tương đương với sản phẩm khối lượng của một điểm trên tốc độ của nó.

xung hệ thống- tổng vectơ các xung của các điểm vật chất riêng lẻ tạo nên hệ thống: cho một hệ thống bao gồm các điểm vật chất.

Động lượng của một hệ cô lập không đổi theo thời gian - Định luật bảo toàn động lượng.

Sức mạnh (trong cơ khí)- bất kỳ lý do nào làm thay đổi động lượng của vật thể (đây là một đặc tính định tính). Đặc điểm định lượngđược biểu thị bằng phương trình:

Phương trình này chỉ đúng nếu tôi không phụ thuộc vào tốc độ.

Trong hệ quy chiếu quán tính, đạo hàm động lượng của một điểm vật chất theo thời gian bằng lực tác dụng lên điểm đó.

Trong hệ quy chiếu quán tính, gia tốc mà một điểm vật chất nhận được tỷ lệ thuận với tổng hợp của tất cả các lực tác dụng lên nó và tỷ lệ nghịch với khối lượng của nó.

Những câu nói trên không gì khác hơn là hai công thức Định luật thứ hai của Newton. Phương trình tương ứng với định nghĩa của định luật là phương trình chuyển động của một điểm vật chất.

Định luật thứ ba của Newton

Các lực tương tác giữa hai điểm vật chất có độ lớn bằng nhau, ngược chiều nhau và tác dụng dọc theo đường thẳng nối các điểm vật chất này.

Mọi hành động đều có phản ứng bình đẳng và ngược lại.

Các điểm vật chất tác dụng lên nhau theo cặp với các lực có cùng bản chất, hướng dọc theo đường thẳng nối các điểm này, có độ lớn bằng nhau và ngược hướng: . Hoặc, nếu hệ thống bao gồm nhiều điểm vật chất, thì tức là. điểm vật chất tương tác theo cặp. Cả hai lực đều hướng dọc theo đường thẳng nối các điểm này.

Ba biểu thức này là các công thức khác nhau Định luật thứ ba của Newton.

Bất kỳ hệ nào chuyển động với gia tốc so với hệ quy chiếu quán tính đều không quán tính.

Động lực học là một nhánh của cơ học nghiên cứu nhiều loại chuyển động cơ học tính đến sự tương tác của các cơ thể với nhau. Cơ sở của động lực học là ba định luật Newton, là kết quả của sự khái quát hóa các quan sát và thí nghiệm trong lĩnh vực hiện tượng cơ học đã được biết đến trước Newton và do chính Newton thực hiện. Các định luật động lực học của Newton (còn gọi là động lực học cổ điển) có khu vực hạn chế khả năng áp dụng. Chúng có giá trị đối với các vật vĩ mô chuyển động ở tốc độ thấp hơn nhiều so với tốc độ ánh sáng trong chân không. Hiện tượng quán tính Chúng ta hãy quan sát hành vi của các vật thể khác nhau đối với Trái đất, chọn một hệ quy chiếu cố định gắn liền với bề mặt Trái đất. Chúng ta sẽ phát hiện ra rằng tốc độ của bất kỳ vật nào cũng chỉ thay đổi dưới tác động của vật khác. Ví dụ, để cơ thể đứng trên một chiếc xe đẩy cố định. Chúng ta đẩy xe và cơ thể sẽ nghiêng về phía chuyển động. Ngược lại, nếu bạn đột ngột dừng một chiếc xe đang di chuyển có thân xe, nó sẽ lật theo hướng chuyển động. Rõ ràng, nếu không có ma sát giữa xe và vật thì vật sẽ không bị lật. Trong trường hợp đầu tiên, điều sau đây sẽ xảy ra: vì tốc độ cơ thể đứng bằng 0, và vận tốc của xe bắt đầu tăng thì xe sẽ trượt về phía trước từ phía dưới vật đứng yên. Trong trường hợp thứ hai, khi xe phanh lại, vật đứng trên xe sẽ giữ nguyên tốc độ chuyển động và trượt về phía trước khỏi xe đang dừng.

Một ví dụ khác. Một quả cầu kim loại lăn xuống một máng nghiêng xuống một mặt phẳng nằm ngang từ cùng độ cao h (Hình 16), do đó vận tốc của nó tại điểm bắt đầu là chuyển động ngang, luôn luôn giống nhau. Hãy để bề mặt ngang được rắc cát trước. Quả bóng sẽ đi một đoạn ngắn s1 và dừng lại. Hãy thay thế bề mặt cát bằng một tấm ván nhẵn. Quả bóng sẽ đi được một quãng đường s2 lớn hơn đáng kể trước khi dừng lại. Hãy thay thế bảng bằng băng. Quả bóng sẽ lăn trong một thời gian rất dài và đi được quãng đường s3 >> s2 trước khi dừng lại. Chuỗi thí nghiệm này cho thấy rằng nếu chúng ta giảm ảnh hưởng môi trường trên một vật thể chuyển động, chuyển động ngang của nó so với Trái đất tiến tới vô hạn là chuyển động đều và chuyển động thẳng. (Khi cơ thể di chuyển dọc theo bề mặt ngang lực hút của vật thể này bởi Trái đất được bù đắp bằng tính đàn hồi của giá đỡ - tấm ván, băng, v.v.) Thực tế là vật thể này có xu hướng không duy trì bất kỳ chuyển động nào, cụ thể là chuyển động thẳng, chẳng hạn, được chứng minh bằng thí nghiệm sau ( Hình 17). Một quả bóng chuyển động thẳng trên một mặt phẳng nằm ngang va chạm với một chướng ngại vật có dạng cong thì dưới tác dụng của chướng ngại vật đó buộc phải chuyển động theo hình vòng cung. Tuy nhiên, khi quả bóng chạm tới mép chướng ngại vật, nó ngừng chuyển động theo đường cong và bắt đầu chuyển động theo đường thẳng trở lại. Tóm tắt kết quả của các quan sát đã đề cập (và tương tự), chúng ta có thể kết luận rằng nếu một vật nhất định không bị các vật khác tác động hoặc tác dụng của chúng bù trừ lẫn nhau thì vật đó đứng yên hoặc tốc độ chuyển động của nó không thay đổi so với vật thể đó. hệ quy chiếu, được kết nối cố định với bề mặt Trái đất. Hiện tượng vật thể duy trì trạng thái đứng yên hoặc thẳng chuyển động đều trong trường hợp không có hoặc có sự bù trừ của các tác động từ bên ngoài lên vật thể này gọi là quán tính.

Galileo và sau đó là Newton lần đầu tiên đi đến kết luận về sự tồn tại của hiện tượng quán tính. Kết luận này được xây dựng dưới dạng định luật thứ nhất của Newton (định luật quán tính): có những hệ quy chiếu tương đối mà một vật thể (điểm vật chất), trong trường hợp không có tác động từ bên ngoài lên nó (hoặc với sự bù trừ lẫn nhau của chúng), sẽ duy trì một trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều. Hệ quy chiếu thỏa mãn định luật thứ nhất Newton được gọi là quán tính. Do đó, các hệ quy chiếu quán tính là những hệ quy chiếu mà trong đó một điểm vật chất, trong trường hợp không có tác động từ bên ngoài lên nó hoặc sự bù trừ lẫn nhau của chúng, sẽ đứng yên hoặc chuyển động đều và thẳng.

Quan sát cho thấy rằng với rất trình độ caođộ chính xác có thể được coi là một hệ quy chiếu quán tính hệ thống nhật tâm, trong đó gốc tọa độ được kết nối với Mặt trời và các trục hướng tới các ngôi sao “cố định” nhất định. Nói đúng ra, các hệ quy chiếu được kết nối chặt chẽ với bề mặt Trái đất không phải là quán tính, vì Trái đất chuyển động theo quỹ đạo quanh Mặt trời và đồng thời quay quanh trục của nó. Tuy nhiên, khi mô tả các chuyển động không có quy mô toàn cầu (tức là trên toàn thế giới), các hệ quy chiếu liên quan đến Trái đất có thể được coi là quán tính với độ chính xác vừa đủ. Các hệ quy chiếu chuyển động đều và thẳng so với một hệ quy chiếu quán tính nào đó cũng là hệ quy chiếu quán tính (xem bên dưới). Galileo đã chứng minh rằng không có thí nghiệm cơ học nào được thực hiện bên trong một hệ quy chiếu quán tính có thể xác định liệu hệ quy chiếu này đang đứng yên hay chuyển động đều và thẳng. Tuyên bố này được gọi là nguyên lý tương đối của Galileo hoặc nguyên lý tương đối cơ học. Nguyên tắc này sau đó được A. Einstein phát triển và là một trong những định đề lý thuyết đặc biệt tính tương đối. Hệ quy chiếu quán tính đóng vai trò độc quyền trong vật lý vai trò quan trọng, vì theo nguyên lý tương đối của Einstein, biểu thức toán học mọi định luật vật lý đều có dạng giống nhau trong mỗi hệ quy chiếu quán tính. Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ chỉ sử dụng các hệ thống quán tính (không đề cập đến điều này mọi lúc). Hệ quy chiếu không thỏa mãn định luật thứ nhất Newton được gọi là không quán tính. Các hệ thống như vậy bao gồm bất kỳ hệ quy chiếu nào chuyển động với gia tốc so với hệ quy chiếu quán tính.

I.2.1 LUẬT ĐẦU TIÊN CỦA NEWTON. HỆ THỐNG THAM CHIẾU Quán Tính.

Định luật đầu tiên của Newton: mọi vật đều duy trì trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều cho đến khi có một tác động bên ngoài buộc nó thay đổi trạng thái này.

Định luật đầu tiên của Newton phát biểu rằng trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều không cần bất kỳ tác động bên ngoài nào để duy trì nó. Điều này tiết lộ một đặc tính động học đặc biệt của vật thể gọi là quán tính . Theo đó, định luật thứ nhất Newton còn được gọi là định luật quán tính , và sự chuyển động của một cơ thể không chịu tác động từ bên ngoài là sự trượt dốc .

Trong công thức nêu trên của định luật thứ nhất Newton, ngụ ý rằng vật không bị biến dạng, tức là hoàn toàn vững chắc, không có tác động từ bên ngoài thì nó sẽ tiến về phía trước. Ngoài ra, một vật rắn còn có thể quay đều nhờ quán tính. Nếu trong định luật thứ nhất của Newton, chúng ta không nói về một “vật thể”, mà nói về một điểm vật chất, mà theo định nghĩa của nó, không thể biến dạng hay quay, thì nhu cầu về tất cả những sự dè dặt này sẽ biến mất. Xem xét tất cả những gì đã nói, chúng ta có thể đưa ra công thức sau đây của định luật này: Có những hệ quy chiếu như vậy, được gọi là quán tính, so với hệ quy chiếu đó, một điểm vật chất, trong trường hợp không có tác động từ bên ngoài, sẽ giữ nguyên độ lớn và hướng vận tốc của nó vô thời hạn.Định luật này cũng đúng trong những trường hợp ảnh hưởng bên ngoài hiện diện nhưng bù trừ lẫn nhau (điều này tuân theo định luật 2 Newton, vì các lực bù truyền cho vật tổng gia tốc bằng không).

Thực tế là cơ thể vẫn ở trạng thái nghỉ (tức là duy trì tốc độ, bằng 0) cho đến khi một cơ thể khác tác động lên nó - điều này khá dễ hiểu và được xác nhận bằng những quan sát hàng ngày. Bản thân hòn đá sẽ không di chuyển khỏi vị trí của nó cho đến khi nó bị ai đó hoặc vật gì đó di chuyển. Nhưng chúng ta khó có thể tin rằng một vật có thể duy trì mãi mãi chuyển động thẳng đều và chuyển động thẳng. Một hòn đá được ném sẽ chịu sức cản của không khí và trọng lực hướng xuống mặt đất. Nếu những ảnh hưởng này không tồn tại thì vật sẽ duy trì trạng thái chuyển động đều và chuyển động thẳng (tức là nó sẽ duy trì độ lớn và hướng của tốc độ). Hoặc một ví dụ khác: sau khi chạy, một người không thể dừng lại hoặc ngay lập tức quay sang một bên. Để đi vòng quanh cột trong khi chạy, một người theo bản năng sẽ dùng tay nắm lấy nó, tức là. nhờ đến tác động của vật thể (cột) khác để thay đổi hướng vận tốc của nó.

I.2.2 ĐIỆN

Bằng vũ lựcđược gọi là đại lượng vật lý vectơ, là thước đo ảnh hưởng lên điểm vật chất hoặc một vật thể từ phía của vật thể hoặc trường khác.

Hình dạng đặc biệt vật chất liên kết các hạt vật chất thành hệ thống thống nhất và truyền với tốc độ đầu cuối Tác dụng của một số hạt lên những hạt khác được gọi là trường vật lý.

Một trường tác dụng lên một điểm vật chất một lực được gọi là trường cố định, nếu nó không thay đổi theo thời gian, tức là nếu tại bất kỳ điểm nào trong lĩnh vực này

Tương tác giữa các vật thể ở xa được thực hiện thông qua trường hấp dẫn và điện từ.

Tương tác hấp dẫn – phát sinh giữa các vật thể theo định luật vạn vật hấp dẫn.

Tương tác điện từ – xảy ra giữa các vật thể hoặc các hạt mang điện tích.

Ngoài ra còn có tương tác mạnh, ví dụ, tồn tại giữa các hạt tạo nên hạt nhân nguyên tử và tương tác yếu, ví dụ, mô tả các quá trình biến đổi của một số hạt cơ bản.

Các vấn đề cơ học được tính đến lực hấp dẫn (trọng lực) và hai giống lực điện từ – lực đàn hồi Và lực ma sát.

Các lực tương tác giữa các bộ phận của một số hệ vật thể đang xét được gọi là nội lực.

Các lực tác động lên các vật thể của một hệ thống nhất định từ các vật thể khác không nằm trong hệ thống này được gọi là ngoại lực.

Tổng thể cơ thể vật chất, có tương tác với vật thể bên ngoài vắng mặt hoặc được bồi thường, được gọi là đóng cửa(bị cô lập) hệ thống.

Một lực được xác định hoàn toàn nếu cho trước độ lớn, hướng và điểm tác dụng của nó. Đường thẳng mà lực hướng qua gọi là đường tác dụng của lực.

Tác dụng đồng thời của nhiều lực ( , ..., ) lên một điểm vật chất tương đương với tác dụng của một lực, gọi là kết quả hoặc kết quả sức mạnh và ngang hàng với họ tổng hình học:

Công thức (I.48) là nguyên lý chồng chất của lực.

CÁC LOẠI LỰC TRONG THIÊN NHIÊN

Hầu hết các loại đơn giản lực là những lực được gây ra bởi trực tiếp tác động cơ học của vật này lên vật khác khi chúng tiếp xúc, bao gồm: lực kéo, lực ma sát, áp suất, độ đàn hồi, lực căng.

Chúng ta hãy nhìn vào một vài trong số họ.

Lực đàn hồi. Các lực phát sinh khi vật biến dạng đàn hồi được gọi là lực đàn hồi . Các lực này tác dụng giữa các lớp tiếp xúc của vật thể biến dạng, cũng như tại điểm tiếp xúc của vật thể biến dạng với vật thể gây ra biến dạng.

Ví dụ, từ phía của một tấm ván bị biến dạng đàn hồi, một lực đàn hồi tác dụng lên một khối nằm trên nó (Hình 25). Lực đàn hồi là lực có tính chất điện từ.

Lực đàn hồi tác dụng lên vật được xét trong bài toán này từ phía của vật đỡ hoặc hệ thống treo được gọi là lực phản lực mặt đất(đình chỉ) hoặc lực căng hệ thống treo. Trong hình. Hình 26 thể hiện các ví dụ về tác dụng của phản lực hỗ trợ (lực ) và lực căng treo (lực ) lên vật thể.

Lực đàn hồi chỉ phụ thuộc vào sự thay đổi khoảng cách giữa các phần tương tác của một vật đàn hồi nhất định. Công của lực đàn hồi không phụ thuộc vào hình dạng của quỹ đạo và khi chuyển động theo quỹ đạo kín thì bằng 0. Do đó lực đàn hồi là lực lượng tiềm năng (khái niệm về công và các lực tiềm năng sẽ được thảo luận trong chương I.3 (§ I.3.1, tr. 41), (§ I.3.2, tr. 45)).

Định luật Hooke: Lực đàn hồi tỷ lệ với vectơ độ giãn dài (nén) và ngược chiều với vectơ đó:

, (I.49)

Ở đâu - độ cứng cơ thể– giá trị được xác định bởi lực đàn hồi phát sinh khi biến dạng đơn vị cơ thể nhất định;

Vectơ độ giãn là một đại lượng đặc trưng cho độ giãn (nén) một chiều (tuyến tính).

Lực ma sát. Bất cứ khi nào một cơ thể di chuyển trên bề mặt của một cơ thể khác, sẽ nảy sinh lực cản đối với chuyển động này, điều mà chúng ta tưởng tượng là lực ma sát hướng tới phong trào này.

Người ta phân biệt ma sát bên ngoài và ma sát bên trong. Ma sát bên ngoài là lực cản cơ học xảy ra trong quá trình chuyển động tương đối của hai vật tiếp xúc trong mặt phẳng tiếp xúc của chúng. Ví dụ, ma sát bên ngoài tồn tại giữa một khối và mặt phẳng nghiêng, trên đó khối nằm hoặc từ đó nó trượt. Trong những điều kiện nhất định, ma sát bên ngoài biến thành ma sát bên trong, trong đó không có sự thay đổi tốc độ trong vùng tiếp xúc khi di chuyển từ cơ thể này sang cơ thể khác.

Lực ma sát giữa các bề mặt của hai vật rắn tiếp xúc khi không có lớp chất lỏng hoặc lớp khí giữa chúng được gọi là ma sát khô. Ma sát giữa bề mặt chất rắn và môi trường lỏng hoặc khí xung quanh mà vật thể chuyển động trong đó được gọi là chất lỏng hoặc ma sát nhớt.

Ma sát khô được chia thành:

§ ma sát tĩnh- ma sát khi không có chuyển động tương đối của các vật tiếp xúc;

§ ma sát trượt- ma sát trong chuyển động tương đối của các vật tiếp xúc.

Lực ma sát ngăn cản sự chuyển động của vật này lên bề mặt vật khác gọi là lực ma sát lực ma sát tĩnh.

Thông thường, khi nói về lực ma sát tĩnh, người ta muốn nói đến lực ma sát tĩnh cực đại. Hãy ký hiệu bằng ngoại lựcáp dụng cho một cơ thể tiếp xúc với một cơ thể khác. Lực này song song với mặt phẳng tiếp xúc. Chuyển động tương đối của vật xảy ra trong điều kiện . Lực ma sát tĩnh được gây ra bởi sự tương tác của các bề mặt không bằng phẳng của các vật thể, sự biến dạng đàn hồi của những chỗ không bằng phẳng này và sự bám dính (độ bám dính) của các vật thể ở những nơi mà khoảng cách giữa các hạt của chúng nhỏ và đủ để xảy ra lực hút giữa các phân tử. Về vấn đề này, lực ma sát tĩnh có thể coi là một dạng biểu hiện của lực đàn hồi.

Người ta đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng lực ma sát tĩnh cực đại () không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc giữa các vật và xấp xỉ tỷ lệ với mô đun của lực ép thông thường (), ép các bề mặt cọ xát vào nhau: .

Hệ số không thứ nguyên được gọi là hệ số ma sát tĩnh. Nó phụ thuộc vào bản chất và tình trạng của bề mặt cọ xát.

Lực ma sát trượt được giải thích là do độ nhám của bề mặt cọ xát. Vai trò lớn Lực tương tác giữa các phân tử cũng đóng một vai trò.

Định luật ma sát trượt.

TÔI. Tỷ số giữa lực ma sát và lực ép (những thứ kia. lực ép các bề mặt cọ xát vào nhau) có một giá trị không đổi cho những bề mặt này. Định luật ma sát thứ nhất có thể được phát biểu như sau: lực ma sát tỉ lệ thuận với lực ép. Người ta đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng lực ma sát trượt tỉ lệ với lực ép pháp tuyến: .

II. Hệ số ma sát phụ thuộc vào vật liệu của bề mặt cọ xát.

III. Hệ số ma sát không phụ thuộc vào độ lớn của bề mặt cọ xát. Nếu diện tích bề mặt rất nhỏ, đến mức một vật chuyển động có thể để lại vết xước trên vật đứng yên (ví dụ như đầu đinh), thì định luật này mất đi lực.

IV. Hệ số ma sát giảm khi tốc độ tăng. Điều này được giải thích là do ở tốc độ cao, không phải tất cả các phần nhô ra của bề mặt gồ ghề đều có thời gian ăn khớp với nhau đủ sâu.

Hình 27 biểu diễn đồ thị hệ số ma sát phụ thuộc vào tốc độ chuyển động.

Từ biểu đồ rõ ràng rằng hệ số cao nhất ma sát (và do đó sức mạnh lớn nhất ma sát) tồn tại ở trạng thái đứng yên. Điều này được thể hiện ngắn gọn như sau: giá trị lớn nhất của lực ma sát tĩnh lớn hơn lực ma sát trượt. Định luật I, II và III được Coulomb tìm ra từ các thí nghiệm với máy đo ma sát.

Ghi chú: trong những trường hợp đơn giản nhất, lực ma sát và lực ép pháp tuyến có liên hệ với nhau bởi sự bất đẳng thức, lực này chỉ trở thành đẳng thức khi có chuyển động tương đối. Tỷ lệ này được gọi là