Материалдық нүктенің және қатты дененің
динамикасы.
1. Ньютонның бірінші заңы. Инерциалдық санақ жүйелері
2. Күш, әсер етуші күштердің тәуелсіздік принципі. Масса.
3. ньютонның екінші заңы. Импульсы
4.Ньютонның үшінші заңы.
5. Галилей түрлендірулері. Салыстырмалылықтың механикалық принципі
Динамика денелердің қозғалыс заңдылықтарын және оның пайда
болуының немесе өзгеруінің себептерін қарастырады. Ол көптеген
физикалық эксперименттердің нәтижелерін талдап қорытындылаудан
туындаған. Ньютонның заңдары классикалық механиканың негізін құрайды.
Ньютонның заңдарына негізделген классикалық механика массалары үлкен,
(атомдардың массасымен салыстырғанда) жылдамдықтары кіші (жарық
жылдамдығымен салыстырғанда) денелердің қозғалыстарын зерттейді.
Қозғалыстың бірінші заңы ретінде И.Ньютон, Г.Галилей ашқан инерция заңын қабылдады. Бұл заң бойынша, сыртқы күштің әсеріне душар болмаған дене өзінің тыныштық немесе бірқалыпты түзусызықты қоғалысын
сақтайды. Мұндай денені еркін дене, ал оның қозғалысын еркін немесе
инерция бойынша қозғалыс деп атайды. Еркін дене физикалық, абстракция
болғандықтан, табиғатта кездеспейді. Бірақ денелерге әсер ететін сыртқы
күштерді мүмкіндігінше жойылатын немесе бірін-бірі компенсациялайтын
күйге келтіруге болады. Гравитациялық өріс барлық денелерге бірдей үдеу
береді. Қарастырып отырған кеңістікте гравитациялық өрісті біртекті деп
алып, онда еркін құлайтын санақ жүйесін қарастырайық. Мұндай санақ
жүйесіндегі құбылыстарға біртекті гравитациялық өріс әсерін тигізбейді.
Қарастырып отырған санақ жүйесінде өтетін барлық физикалық құбылыстар
ғарыштық кеңістікте еркін қозғалатын ғарыш кемесінің кабинасында өтетін
құбылыстармен бірдей болады. Яғни, кабинадағы ғарышкерлерге
гравитациялық күш (салмақсыздық) әсер етпейді.
Инерция заңы санақ жүйесін таңдап алғанға байланысты. Бір қозғалыс
әртүрлі санақ жүйелерінде бірдей емес болып көрінуі мүмкін. Егер қандай
да бір санақ жүйесінде дене бірқалыпты түзусызықты қозғалса, осы санақ
жүйесімен салыстырғанда үдеумен қозғалатын санақ жүйесінде қозғалыс
бірқалыпты түзусызықты болмағандықтан, инерция заңы барлық санақ жүйелерінде орындалмайды. Классикалық механика барлық еркін денелер
бірқалыпты түзусызықты қозғалатын санақ жүйесін постулат ретінде
қабылдап, оны инерциалды санақ жүйесі деп атайды.
Ньютонның бірінші заңы: Барлық денелер (материалдық нүкте) өзінің
тыныштық немесе бірқалыпты түзусызықты қозғалыстағы күйін, оған басқа
денелер әсер етіп қозғалысын өзгерткенше сақтайды немесе төмендегі
теңдіктермен өрнектеледі:
(2.1.1.)
Ньютонның заңы инерциалды санақ жүйесінде орындалатындықтан,
оны инерция заңы деп атайды. Жермен байланыстырылған санақ жүйесі
инерциалды емес. Өйткені Жер өз осінен және Күнді айналып қозғалады.
Бірақ айналмалы қозғалыста пайда болатын эффектілер ескерілмейтіндіктен,
(центрден тепкіш үдеу) Жермен байланысқан жүйені инерциалдық санақ
жүйесі деп аламыз.
Инерциалды санақ жүйесіне бас нүктесі Күннің центрінде орналасқан,
ал үш координаталық осьтері бір жазықтықта жатпайтын алыстағы
жұлдыздарға бағытталған Коперниктің гелиоцентрлік санақ жүйесін
жатқызуға болады. Бірақ жұлдыздардың өте үлкен қашықтықта орналасуына
байланысты координата осьтерінің араларындағы бұрыштардың өзгерісі
ескерілмейді. Коперниктің санақ жүйесі біздің планетамен байланысқан
жүйедегі қозғалыстарды зерттегенде инерциалды деп есептеледі.
Тәжірибелерден массалары әртүрлі денелерге бірдей күштер әсер еткен
жағдайда олардың жылдамдықтары бірдей өзгермейтіндігі, яғни денелердің
әртүрлі үдеулермен қозғалатындығы анықталған.
Дененің үдеуі, әсер ететін күшке ғана тәуелді емес, сонымен қатар
массаға да байланысты.
Кез келген дене оны қозғалысқа келтіретін немесе жылдамдығының
бағытымен шамасын өзгертетін әрекетке кедергі жасайды. Денелердің бұл
қасиетін , оның инерттілігі деп атайды. Массасы үлкен денеге, массасы кіші
денемен салыстырғанда бірдей үдеу беру қиындау. Сондықтан дененің
инерттілігінің өлшемін масса деп атайды. Сонымен қатар массаның
гравитациялық қасиеті бар. (Масса өзінің айналасында гравитациялық өріс
туғызып, басқа денелермен әсерлеседі). Өте жоғары дәлелділікпен
жүргізілген тәжірибелер инерттік масса мен гравитациялық масса бір бір-біріне пропорционал екендігін көрсетті. Өлшемдерді таңдап алу арқылы
пропорционалдық коэффиентті бірге теңестірсек, инертті масса мен
гравитациялық масса бір біріне тең болып шығады.
Ньютонның екінші заңымен анықталатын масса инертті
масса, бүкіләлемдік тартылыс заңындағы гравитациялық
массамен (Жер бетінде жатқан масса) теңесу үшін
қатынасы орындалатындықтан, мына теңдіктер шығады: ,
Сондықтан алдағы уақытта
дененің массасы туралы айтылады. Жаратылыстану ғылымдарында
жасалған барлық тәжірибелер кез келген зат бір күйден екінші күйге
өткенде массалардың сақталу заңының орындалатынын көрсетті. Барлық
денелердің әсерлескенге дейінгі массалары, әсерлескеннен кейінгі
массаларына тең. Мысалы, C молекулалары көміртегінің бір атомымен
оттегінің екі атомының қосылуынан және электромагниттік толқынның
сәулеленуінен пайда болады. Бұл жағдайда бір көміртегі атомымен екі оттегі
атомдарының массаларының қосындысы C молекулаларының массалары
мен фотондардың массалырының қосындысына тең. Сондықтан әсерлесудің
нәтижесінде денелердің массалары өзгермейді.
Ілгерлемелі қозғалыс динамикасының негізгі заңы дененің механикалық қозғалысы күштің әсерінен қалай өзгеретіндігін сипаттайды. (Ньютонның екінші заңы).
Эксперименттер жасау арқылы денелерің үдеуі әсер ететін күштердің
тең әсерлі күшіне пропорционал болатындығы дәлелденген:
Достарыңызбен бөлісу: |
