Садржај
- Невтонс Лавс
- Силе
- Линеарна и ротациона кинематика
- Моментум и енергија
- Момент инерције
- Валови и једноставно хармонично кретање
- Математика у класичној механици
- Једнодимензионално кретање наспрам покрета у две димензије
Механика је грана физике која се бави кретањем објеката. Разумевање механике је критично за будућег научника, инжењера или радозналог човека који жели да схвати, рецимо, најбољи начин да се кључ држи при мењању гуме.
Уобичајене теме у проучавању механике укључују Њутонове законе, силе, линеарну и ротациону кинематику, замах, енергију и таласе.
Невтонс Лавс
Између осталих прилога, Сир Исаац Невтон развио је три закона кретања која су кључна за разумевање механике.
Њутн је такође формулисао универзални закон гравитације, који помаже да се опише привлачност између било која два објекта и орбита тела у свемиру.
Невтонови закони раде тако добар посао предвиђајући кретање објеката које људи често позивају на његове законе и предвиђања која се на њима заснивају као невтоновску механику или класичну механику. Међутим, ове калкулације не тачно описати физички свет у свим условима, укључујући и када предмет путује брзином светлости или ради у невероватно малом обиму - посебна релативност и квантна механика су поља која физичарима омогућавају да проучавају кретање у свемиру изван онога што би Њутн могао да истражује.
Силе
Силе узрок кретање. Сила је у основи потисак или потезање.
Различите врсте сила са којима се средњошколац или уводни студент сигурно сусреће укључују: гравитационе, трење, затезање, еластичне, примењене и опружне силе. Физичари цртају ове силе делујући на предмете у посебним дијаграмима званим дијаграми слободног тела или дијаграми силе. Такви дијаграми су критични за проналажење нето силе на објект, што заузврат одређује шта се дешава са његовим кретањем.
Њутонови закони нам говоре да ће нето сила проузроковати да објект промијени своју брзину, што може значити и његове промјене брзине или смер му се мења. Нема мрежне силе, значи да објект остаје такав какав је: кретање константном брзином или у мировању.
А мрежна сила је збир више сила које делују на неки објекат, као што су две тегљачке екипе које се повлаче за коноп у супротним смеровима. Тим који јаче вуче победиће, што резултира с више снаге усмереним на њихов пут; због тога конопац и други тим завршавају убрзавајући у том правцу.
Линеарна и ротациона кинематика
Кинематика је грана физике која омогућава да се кретање једноставно опише применом скупа једначина. Кинематика не односе се на основне силе, узрок покрета, уопште. Због тога се кинематика такође сматра граном математике.
Постоје четири главне једнаџбе кинематике, које се понекад називају једначинама кретања.
Описане су количине које се могу изразити кинематичким једнаџбама лине__ар мотион (покрет у правој линији), али сваки од њих може се изразити и за ротационо кретање (такође се назива кружно кретање) користећи аналогне вредности. На пример, лопта која се линеарно котрља по поду имала би а линеарна брзина в, као и ан угаона брзина ω, која описује брзину предења. И док а мрежна сила изазива промену линеарног кретања, а нето обртни момент изазива промену ротације објеката.
Моментум и енергија
Две друге теме које спадају у границу механике физике су замах и енергија.
Обе ове количине су сачувано, што значи да се у затвореном систему укупна количина замаха или енергије не може мењати. Ове врсте закона називамо законима очувања. Други уобичајени закон очувања, који се обично проучава у хемији, је очување масе.
Закони очувања енергије и очувања замаха омогућавају физичарима да предвиде брзину, померање и друге аспекте кретања различитих објеката који међусобно делују, попут скејтборд-а који се котрља низ рампу или билијар-кугле сударају.
Момент инерције
Инерција је кључни појам у разумевању ротационог кретања различитих објеката. То је количина која се заснива на маси, радијусу и оси ротације објекта која описује колико је тешко променити његову угаону брзину - другим речима, колико је тешко убрзати или успорити његово предење.
Опет, откад је ротационо кретање аналогно на линеарно кретање, моменат инерције аналоган је линеарном концепту инерције, као што је наведено у Невтоновом првом закону. Већа маса и већи радијус дају предмету већи инерцијски тренутак и обрнуто. Котати изузетно велику топовску куглу низ ходник је теже него котрљање одбојке!
Валови и једноставно хармонично кретање
Таласи су посебна тема у физици. Механички талас односи се на поремећај који преноси енергију кроз материју - водени талас или звучни талас су оба примера.
Једноставно хармонично кретање је друга врста периодичног кретања у којој честица или предмет осцилирају око фиксне тачке. Примјери укључују клатно с малим углом који се окреће напријед-назад или намотану опругу која одскаче горе-доље како је описано у Закон о кукама.
Типичне количине које физичари користе за проучавање таласа и периодично кретање су период, фреквенција, брзина таласа и таласна дужина.
Електромагнетни таласи или светлост су друга врста таласа која може проћи кроз празан простор, јер енергију не носи материја, већ осцилирајућа поља. (Осцилација је још један термин за вибрација) Док светлост делује као талас и њена својства се могу мерити истим количинама као и класични талас, она такође делује као честица, захтевајући неколико квантне физике да би се описао. Дакле, светлост не у потпуности уклапају се у студије класичне механике.
Математика у класичној механици
Физика је веома математичка наука. Решавање проблема механике захтева познавање:
Једнодимензионално кретање наспрам покрета у две димензије
Обим средњошколског или уводног курса физике обично укључује два нивоа тешкоће у анализирању механичких ситуација: гледање једнодимензионалног кретања (лакше) и дводимензионално кретање (теже).
Кретање у једној димензији значи да се објект креће по равној линији. Ове врсте физичких проблема могу се решити помоћу алгебре.
Кретање у дводимензионалним димензијама описује када покрет предмета има и вертикалну и хоризонталну компоненту. Односно, усељава се два смера одједном. Ове врсте проблема могу бити вишесатне и могу захтијевати тригонометрију да би се ријешиле.
Кретање пројектила уобичајен је пример дводимензионалног кретања. Кретање пројектила је свака врста кретања где је једина сила која делује на објект гравитација. На пример: кугла која се баца у ваздух, аутомобил који вози са литице или стрелица пуца у мету. У сваком од ових случајева, стаза стаза кроз ваздух прати облик лука, померајући се и хоризонтално и вертикално (или горе, затим доле, или само доле).