Динамика движения материальной точки

План действий

В предыдущем разделе («Кинематика») вы познакомились с тем, как происходят самые простые движения (равномерное и равноускоренное ) самых простых тел - тех, которые можно считать материальными точками .

Теперь настало время перейти от вопроса “Как это происходит?” к гораздо более интересному вопросу: Почему это происходит? И почему это происходит именно так, а не иначе. Почему тело вдруг “решает” изменить свою скорость?

По-гречески dynamis - это сила . Понятие силы будет играть главную роль в событиях этой главы.

Иногда тела меняют свою скорость вроде бы без всяких видимых причин. Чтобы разобраться в такой ситуации, нам придется обратить внимание на свойства систем отсчета (с.о.). В предыдущей главе, честно говоря, они нам были безразличны - что та система отсчета, что эта. Теперь мы будем более требовательными.

И лишь убедившись в наличии нужной нам с.о., мы перейдем к главному - законам движения тел.

Как и раньше, все наши рассуждения будут справедливы для таких реальных тел, которые можно считать материальными точками .

Закон инерции

Инерциальные системы отсчета

Законы Ньютона

Сила

Инертная масса

Динамика вращательного движения

Принцип относительности Галилея

ЗАКОН ИНЕРЦИИ ГАЛИЛЕЯ

1. От Аристотеля до Галилея

Почему тела движутся? - люди очень давно задумывались над этим. Об этом любили рассуждать древние греки . Наиболее распространенной была точка зрения Аристотеля. Он считал, что естественным состоянием тела является только покой.

А все, что находится в движении , движется благодаря воздействию другого. Если же внешних воздействий нет, то тело должно остановиться, перейти в свое естественное состояние.

В самом деле: вы продолжаете утром изображать спящего человека (самое естественное состояние!), пока мама или бабушка вас не разбудит. Футбольный мяч лежит спокойно, пока по нему не ударит нога футболиста.

Один вопрос: покой по отношению к чему? Ведь относительно нервничающего вратаря мяч, установленный для штрафного удара, будет двигаться!

Конечно же, Аристотель имел в виду покой относительно Земли . (Для древних греков окружающий мир был устроен как бы вокруг Земли, именно она была в центре этого мира.)

Точка зрения Аристотеля продержалась почти две тысячи лет. Лишь во времена итальянского Возрождения Николай Коперник выдвинул гипотезу о том, что наша Земля - лишь одно из многих небесных тел, планет, вращающихся вокруг Солнца.

А в 1564 году в Италии родился будущий первый физик Галилео Галилей. (Аристотель и все его последователи были философами.) Галилей впервые сформулировал основное “правило игры” в науке, названной потом физикой: опыт, эксперимент - единственный критерий истины. Но использовать этот критерий для проверки или опровержения утверждения Аристотеля - без внешних воздействий нет движения тел (по отношению к Земле) - было невозможно. Потому что невозможно совсем избавиться от внешних воздействий: все тела погружены в воздух, они притягиваются к Земле и друг к другу, есть трение и т.д. Можно было бы попытаться в эксперименте скомпенсировать действие нескольких внешних причин... Тогда Галилей предложил новый прием - мысленный эксперимент.

2. Опыты Галилея

Начнем с реального эксперимента.

РИС

Возьмем горку с контруклоном и станем пускать с ее вершины вниз по склону шайбу.

Горка должна быть как можно более гладкой, чтобы уменьшить внешнее влияние ее бугорков и впадин. Хорошо бы, например, сделать ее ледяной, но очень ровной.

Начинаем реальный эксперимент. Сначала возьмем три разных шайбы (пластилиновую, настоящую каучуковую и ледяную) и поочереди пустим их соскальзывать вниз. Последим за высотой, на которую заберется шайба. Для ледяной шайбы конечная высота примерно равна ее начальной высоте, для каучуковой - поменьше начальной, а для пластилиновой она заметно меньше начальной.

А теперь - мысленный эксперимент.

РИС

Будем мысленно уменьшать внешнее воздействие на шайбу со стороны поверхности горки. Тогда - при отсутствии такого действия (нет трения!) конечная высота шайбы будет в точности равна ее начальной высоте.

-----------------------

Обратите внимание: реально мы не делали самого эксперимента, мы лишь представили его себе мысленно и представили себе его результат, исходя из результатов предшествующего реального опыта, из нашего разума и логики. Мы как бы продлили реальный опыт до предела, до предельного случая, который нам невозможно реализовать на практике, но можно домыслить.

Продолжим реальный эксперимент. Опыт №2:

РИС

пускаем вниз с одной и той же горы ледышку несколько раз, каждый раз уменьшая угол контрсклона.

Обратите внимание: чтобы достичь начальной высоты, шайбочка вынуждена укатываться по контрсклону все дальше и дальше.

--------------------

А теперь решающий мысленный эксперимент (и уже понятно какой, пра

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать