Back to the topics list

класична механіка

Вступ до класичної механіки

Класична механіка — це розділ фізики , який займається вивченням руху об’єктів і сил, які на них діють. Це фундамент, на якому побудовано багато інших областей фізики, таких як термодинаміка, електрика та магнетизм. Саму класичну механіку можна розділити на дві основні області: кінематику , яка зосереджується на описі руху без урахування його причин, і динаміку , яка стосується сил і того, чому об’єкти рухаються, як вони рухаються.

Розуміння руху

Рух - це зміна положення об'єкта відносно часу. Найпростішим типом руху є прямолінійний рух , коли об’єкт рухається прямолінійно. Основними величинами, які використовуються для опису руху, є переміщення , швидкість і прискорення .

• Переміщення ( \(\vec{d}\) ) — це зміна положення об'єкта. Це векторна величина, що означає, що вона має і величину, і напрямок.
• Швидкість ( \(\vec{v}\) ) — швидкість зміни переміщення відносно часу. Це також векторна величина. Формула визначається як \(\vec{v} = \frac{\Delta \vec{d}}{\Delta t}\) , де \(\Delta t\) — інтервал часу.
• Прискорення ( \(\vec{a}\) ) — це швидкість зміни швидкості відносно часу, інша векторна величина. Формула для прискорення: \(\vec{a} = \frac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}\) .

Наприклад, якщо автомобіль розганяється прямо з місця спокою до 60 км/год за 5 секунд, його прискорення можна обчислити за формулою для прискорення. Припускаючи рівномірне прискорення:

• Початкова швидкість, \(\vec{v}_0 = 0\) км/год
• Кінцева швидкість, \(\vec{v} = 60\) км/год
• Інтервал часу, \(\Delta t = 5\) с

Нам потрібно перетворити швидкості в м/с перед обчисленням. \(60\) км/год = \(16.67\) м/с. Отже, \(\vec{a} = \frac{16.67 - 0}{5} = 3.33\) м/с \(^2\) .

Закони руху Ньютона

Закони руху Ньютона є фундаментальними принципами в динаміці та формують основу для класичної механіки.

1. Перший закон (закон інерції) : об’єкт залишатиметься в стані спокою або рівномірного прямолінійного руху, якщо на нього не діє зовнішня сила.
2. Другий закон : сила, що діє на об’єкт, дорівнює масі цього об’єкта, помноженій на його прискорення ( \(\vec{F} = m\vec{a}\) ). Цей закон вводить поняття сили як причини прискорення.
3. Третій закон : на кожну дію існує рівна й протилежна реакція.

Наприклад, якщо з силою штовхати візок для покупок, він прискорюється. Сила, яку ви прикладаєте до візка, і прискорення візка пов’язані другим законом Ньютона. Чим важчий візок, тим більшу силу потрібно докласти, щоб досягти того самого прискорення.

Закони збереження в механіці

Закони збереження відіграють вирішальну роль у розумінні поведінки фізичних систем.

• Збереження енергії : загальна енергія в ізольованій системі залишається постійною з часом. Енергія може переходити з однієї форми в іншу, але не може бути створена або знищена.
• Збереження імпульсу : загальний імпульс замкнутої системи об’єктів залишається постійним протягом часу, якщо на нього не діють зовнішні сили. Імпульс є добутком маси та швидкості ( \(\vec{p} = m\vec{v}\) ).

Ці принципи необхідні для вирішення проблем класичної механіки, таких як зіткнення об’єктів або рух планет у Сонячній системі.

Застосування класичної механіки

Класична механіка має широкий спектр застосувань у багатьох галузях. Деякі приклади:

• Прогнозування орбіт планет і супутників.
• Проектування транспортних засобів і конструкцій для протистояння силам і рухам.
• Розуміння течії рідин і газів (гідродинаміка).

За допомогою класичної механіки ми можемо зрозуміти, як об’єкти рухаються та взаємодіють із силами в нашому повсякденному житті та в складних інженерних і наукових задачах.