Классическая механика

Классическая механика - это раздел физики, который описывает, как движутся повседневные вещи и как их движение изменяется под действием сил. Если мы знаем, как движутся вещи сейчас, классическая механика позволяет нам предсказать, как они будут двигаться в будущем и как они двигались в прошлом. Мы можем использовать классическую механику для предсказания движения таких вещей, как планеты и ракеты.

Существует две части механики. Эти две части - классическая механика и квантовая механика. Классическая механика используется в большинстве случаев для большинства вещей, которые мы можем видеть и которые не движутся слишком быстро. Когда вещи слишком малы, классическая механика не годится. Тогда нам нужно использовать квантовую механику.

Три закона Ньютона

Три закона движения Ньютона важны для классической механики. Их открыл Исаак Ньютон. Законы Ньютона говорят нам о том, как силы изменяют движение предметов, но они не говорят о том, что вызывает эти силы.

Первый закон гласит, что если нет внешней силы (толчка или притяжения), то то, что не движется, останется не движущимся, а то, что движется, будет продолжать двигаться точно так же. Раньше люди думали, что вещи замедляются и перестают двигаться, даже если нет силы, заставляющей их остановиться. Ньютон сказал, что это неверно. Часто люди говорят: "Объекты, которые не движутся, остаются неподвижными, а объекты, которые движутся, остаются движущимися, если на них не действует внешняя сила, такая как гравитация, трение и т.д.".

Второй закон говорит о том, насколько сила изменяет движение объекта. Когда на объект действует внешняя сила, его скорость (скорость и направление движения) изменяется. То, насколько быстро изменяется скорость, называется ускорением. Второй закон Ньютона гласит, что большие силы создают большее ускорение. Но предметы с большим количеством вещества (массой) труднее толкать, поэтому они не так сильно ускоряются. По-другому это можно выразить так: чистая сила, действующая на объект, равна скорости изменения его импульса. Импульс определяет, сколько массы в предмете, как быстро он движется и в каком направлении. Таким образом, силы изменяют импульс, но то, насколько они могут изменить скорость и направление движения, по-прежнему зависит от массы.

Третий закон гласит, что если один предмет оказывает силу на другой предмет, то второй предмет также оказывает силу на первый предмет. Вторая сила равна по величине первой. Силы действуют в противоположных направлениях. Например, если вы прыгаете вперед с лодки, лодка движется назад. Чтобы вы прыгнули вперед, лодка должна была толкнуть вас вперед. Третий закон Ньютона гласит: чтобы лодка толкнула вас вперед, вы должны были толкнуть лодку назад. Часто люди говорят: "На каждое действие есть равная и противоположная реакция".

Страница из книги Ньютона о трех законах движенияZoom
Страница из книги Ньютона о трех законах движения

Кинематические уравнения

В физике кинематика - это часть классической механики, которая объясняет движение объектов без рассмотрения того, что вызывает движение или на что влияет движение.

Одномерная кинематика

Одномерная кинематика (1D) используется только тогда, когда объект движется в одном направлении: из стороны в сторону (слева направо) или вверх и вниз. Существуют уравнения, которые можно использовать для решения задач, в которых движение происходит только в одном измерении или направлении. Эти уравнения вытекают из определений скорости, ускорения и расстояния.

  1. Первое кинематическое уравнение в одномерном пространстве касается ускорения и скорости. Если ускорение и скорость не изменяются. (Не обязательно включать расстояние)

Уравнение: V f = v i + a t {\displaystyle V_{f}=v_{i}+at} {\displaystyle V_{f}=v_{i}+at}

Vf - конечная скорость.

vi - начальная или стартовая скорость

a - ускорение

t - это время - сколько времени объект ускорялся.

  1. Второе кинематическое уравнение 1D позволяет определить расстояние, пройденное за время и среднюю скорость. (Не обязательно включать ускорение)

Уравнение: x = ( ( V f + V i ) / 2 ) t {\displaystyle x=((V_{f}+V_{i})/2)t} {\displaystyle x=((V_{f}+V_{i})/2)t}

x - расстояние перемещения.

Vf - конечная скорость.

vi - начальная или стартовая скорость

t - время

  1. Третье кинематическое уравнение 1D позволяет определить расстояние, пройденное объектом при его ускорении. В нем рассматриваются скорость, ускорение, время и расстояние. (Не обязательно включать конечную скорость)

Уравнение: X f = x i + v i t + ( 1 / 2 ) a t 2 {\displaystyle X_{f}=x_{i}+v_{i}t+(1/2)at^{2}} {\displaystyle X_{f}=x_{i}+v_{i}t+(1/2)at^{2}}

X f {\displaystyle X_{f}}{\displaystyle X_{f}} - конечное пройденное расстояние.

xi - начальное или исходное расстояние

vi - начальная или стартовая скорость

a - ускорение

t - время

  1. Четвертое кинематическое уравнение 1D позволяет найти конечную скорость, используя начальную скорость, ускорение и пройденное расстояние. (Не обязательно включать время)

Уравнение: V f 2 = v i 2 + 2 a x {\displaystyle V_{f}^{2}=v_{i}^{2}+2ax} {\displaystyle V_{f}^{2}=v_{i}^{2}+2ax}

Vf - конечная скорость

vi - начальная или стартовая скорость

a - ускорение

x - расстояние перемещения

Двухмерная кинематика

Двумерная кинематика используется, когда движение происходит как в x-направлении (слева направо), так и в y-направлении (вверх и вниз). Для этого типа кинематики также существуют уравнения. Однако существуют разные уравнения для направления x и разные уравнения для направления y. Галилей доказал, что скорость в направлении x не меняется на протяжении всего бега. Однако на направление y влияет сила тяжести, поэтому скорость y меняется во время бега.

Уравнения для направления Х

Левое и правое движение

  1. Первое уравнение в направлении x - единственное, которое необходимо для решения задач, потому что скорость в направлении x остается неизменной.

Уравнение: X = V x ∗ t {\displaystyle X=V_{x}*t} {\displaystyle X=V_{x}*t}

X - расстояние, пройденное в направлении x

Vx - скорость в направлении x

t - время

Уравнения для направления Y

Движение вверх и вниз. Воздействие гравитации или другого внешнего ускорения

  1. Первое уравнение для направления y почти такое же, как и первое одномерное кинематическое уравнение, за исключением того, что в нем рассматривается изменение скорости y. В нем рассматривается свободно падающее тело, на которое действует сила тяжести. (Расстояние не требуется)

Уравнение: V f y = v i y - g t {\displaystyle V_{f}y=v_{i}y-gt} {\displaystyle V_{f}y=v_{i}y-gt}

Vfy - конечная скорость по оси y

viy - начальная или исходная скорость y

g - это ускорение из-за силы тяжести, которое составляет 9,8 м / с 2 {\displaystyle м/с^{2}}{\displaystyle m/s^{2}} или 32 фт / с 2 {\displaystyle фут/с^{2}}. {\displaystyle ft/s^{2}}

t - время

  1. Второе уравнение для направления y используется, когда на объект действует не гравитация, а отдельное ускорение. В этом случае необходима y-компонента вектора ускорения. (Расстояние не требуется)

Уравнение: V f y = v i y + a y t {\displaystyle V_{f}y=v_{i}y+a_{y}t} {\displaystyle V_{f}y=v_{i}y+a_{y}t}

Vfy - конечная скорость по оси y

viy - начальная или исходная скорость y

ay - y-компонента вектора ускорения.

t - время

  1. Третье уравнение для направления y находит расстояние, пройденное в направлении y, используя среднюю скорость y и время. (Не требуется ускорение силы тяжести или внешнее ускорение)

Уравнение: X y = ( ( V f y + V i y ) / 2 ) t {\displaystyle X_{y}=((V_{f}y+V_{i}y)/2)t} {\displaystyle X_{y}=((V_{f}y+V_{i}y)/2)t}

Xy - расстояние, пройденное в направлении y

Vfy - конечная скорость y

viy - начальная или исходная скорость y

t - время

  1. Четвертое уравнение для направления y касается расстояния, пройденного в направлении y под действием гравитации. (Не требуется конечная скорость y)

Уравнение: X f y = X i y + v i y - ( 1 / 2 ) g t 2 {\displaystyle X_{f}y=X_{i}y+v_{i}y-(1/2)gt^{2}}} {\displaystyle X_{f}y=X_{i}y+v_{i}y-(1/2)gt^{2}}

X f y {\displaystyle X_{f}y}{\displaystyle X_{f}y} - конечное расстояние, пройденное в направлении y.

xiy - начальное или исходное расстояние в направлении y

viy - начальная или стартовая скорость в направлении y

g - это ускорение силы тяжести, которое составляет 9,8 м/с 2 {\displaystyle м/с^{2}}{\displaystyle m/s^{2}} или 32 фт/с 2 {\displaystyle фут/с^{2}}. {\displaystyle ft/s^{2}}

t - время

  1. Пятое уравнение для направления y рассматривает расстояние, пройденное в направлении y под действием ускорения, отличного от гравитационного. (Не требуется конечная скорость y)

Уравнение: X f y = X i y + v i y + ( 1 / 2 ) a y t 2 {\displaystyle X_{f}y=X_{i}y+v_{i}y+(1/2)a_{y}t^{2}}} {\displaystyle X_{f}y=X_{i}y+v_{i}y+(1/2)a_{y}t^{2}}

X f y {\displaystyle X_{f}y}{\displaystyle X_{f}y} - конечное расстояние, пройденное в направлении y.

xiy - начальное или исходное расстояние в направлении y

viy - начальная или стартовая скорость в направлении y

ay - y-компонента вектора ускорения.

t - время

  1. Шестое уравнение направления y находит конечную скорость y, когда на нее действует гравитация на определенном расстоянии. (Время не требуется)

Уравнение: V f y 2 = V i y 2 - 2 g x y {\displaystyle V_{f}y^{2}=V_{i}y^{2}-2gx_{y}} {\displaystyle V_{f}y^{2}=V_{i}y^{2}-2gx_{y}}

Vfy - конечная скорость в направлении y

Viy - начальная или стартовая скорость в направлении y

g - это ускорение силы тяжести, которое равно 9,8 м / с 2 {\displaystyle м/с^{2}}{\displaystyle m/s^{2}} или 32 фт / с 2 {\displaystyle фут/с^{2}}. {\displaystyle ft/s^{2}}

xy - общее расстояние, пройденное в направлении y

  1. Седьмое уравнение для направления y находит конечную скорость y, когда на нее действует ускорение, отличное от силы тяжести, на определенном расстоянии. (Время не требуется)

Уравнение: V f y 2 = V i y 2 + 2 a y x y {\displaystyle V_{f}y^{2}=V_{i}y^{2}+2a_{y}x_{y}} {\displaystyle V_{f}y^{2}=V_{i}y^{2}+2a_{y}x_{y}}

Vfy - конечная скорость в направлении y

Viy - начальная или стартовая скорость в направлении y

ay - y-компонента вектора ускорения.

xy - общее расстояние, пройденное в направлении y

Похожие страницы

  • Законы движения Ньютона

Вопросы и ответы

В: Что такое классическая механика?


О: Классическая механика - это часть физики, которая описывает, как движутся обычные вещи и как их движение изменяется под действием сил.

В: Как можно использовать классическую механику?


О: Классическая механика может быть использована для предсказания движения таких вещей, как планеты и ракеты, а также для прогнозирования того, как они будут двигаться в будущем и как они двигались в прошлом.

В: Когда классическая механика не точна?


О: Классическая механика не точна, когда вещи размером с атом или меньше, или когда вещи движутся со скоростью, близкой к скорости света.

В: Что мы используем вместо классической механики для малых объектов?


О: Для малых объектов, таких как атомы, мы используем квантовую механику вместо классической механики.

В: Что мы используем вместо классической механики для быстро движущихся объектов?


О: Для быстро движущихся объектов, например, близких к скорости света, мы используем специальную относительность вместо классической механики.
В: Существует ли какое-либо пересечение между этими различными формами физики? О: Да, между различными формами физики может быть некоторое дублирование в зависимости от того, какой тип движения изучается.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3