Back to the topics list

классическая механика

Введение в классическую механику

Классическая механика — раздел физики , занимающийся изучением движения объектов и сил, действующих на них. Это фундамент, на котором построены многие другие области физики, такие как термодинамика, электричество и магнетизм. Классическую механику можно разделить на две основные области: кинематику , которая фокусируется на описании движения без учета его причин, и динамику , которая занимается силами и тем, почему объекты движутся именно так.

Понимание движения

Движение – это изменение положения объекта относительно времени. Самый простой тип движения — линейное движение , при котором объект движется по прямой. Основными величинами, используемыми для описания движения, являются перемещение , скорость и ускорение .

• Смещение ( \(\vec{d}\) ) — это изменение положения объекта. Это векторная величина, то есть она имеет как величину, так и направление.
• Скорость ( \(\vec{v}\) ) — это скорость изменения смещения во времени. Это также векторная величина. Формула имеет вид \(\vec{v} = \frac{\Delta \vec{d}}{\Delta t}\) , где \(\Delta t\) — временной интервал.
• Ускорение ( \(\vec{a}\) ) — это скорость изменения скорости по отношению ко времени, еще одна векторная величина. Формула ускорения: \(\vec{a} = \frac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}\) .

Например, если автомобиль прямо с места разгоняется до 60 км/ч за 5 секунд, его ускорение можно рассчитать по формуле ускорения. Предполагая равномерное ускорение:

• Начальная скорость, \(\vec{v}_0 = 0\) км/ч
• Конечная скорость, \(\vec{v} = 60\) км/ч
• Интервал времени, \(\Delta t = 5\) с

Перед расчетом нам необходимо преобразовать скорости в м/с. \(60\) км/ч = \(16.67\) м/с. Следовательно, \(\vec{a} = \frac{16.67 - 0}{5} = 3.33\) м/с \(^2\) .

Законы движения Ньютона

Законы движения Ньютона являются фундаментальными принципами динамики и составляют основу классической механики.

1. Первый закон (Закон инерции) : Объект будет оставаться в покое или равномерно двигаться по прямой линии, если на него не воздействует внешняя сила.
2. Второй закон : сила, действующая на объект, равна произведению массы этого объекта на его ускорение ( \(\vec{F} = m\vec{a}\) ). Этот закон вводит понятие силы как причины ускорения.
3. Третий закон : На ​​каждое действие есть равное и противоположное противодействие.

Например, если вы толкнете тележку с силой, она ускорится. Сила, которую вы прикладываете к тележке, и ускорение тележки связаны вторым законом Ньютона. Чем тяжелее тележка, тем больше силы вам нужно приложить для достижения того же ускорения.

Законы сохранения в механике

Законы сохранения играют решающую роль в понимании поведения физических систем.

• Сохранение энергии : Полная энергия в изолированной системе остается постоянной во времени. Энергия может переходить из одной формы в другую, но не может быть создана или уничтожена.
• Сохранение импульса : общий импульс замкнутой системы объектов остается постоянным во времени, при условии, что на него не действуют никакие внешние силы. Импульс — это произведение массы и скорости ( \(\vec{p} = m\vec{v}\) ).

Эти принципы необходимы для решения задач классической механики, таких как столкновения между объектами или движение планет в Солнечной системе.

Приложения классической механики

Классическая механика имеет широкий спектр приложений во многих областях. Некоторые примеры:

• Прогнозирование орбит планет и спутников.
• Проектирование транспортных средств и конструкций, способных противостоять силам и движению.
• Понимание течения жидкостей и газов (гидродинамика).

С помощью классической механики мы можем понять, как объекты движутся и взаимодействуют с силами в нашей повседневной жизни, а также в сложных инженерных и научных задачах.