DYNAMIK: HISTORIA, VAD DEN STUDERAR, LAGAR OCH TEORIER - FYSISK - 2025

Den dynamiska är det område av mekanik som studerar samspelet mellan organen och deras effekter. Det handlar om att beskriva dem kvalitativt och kvantitativt, samt förutsäga hur de kommer att utvecklas över tid.

Genom att tillämpa dess principer är det känt hur en kropps rörelse ändras när man interagerar med andra, och även om dessa interaktioner deformerar den, eftersom det är fullt möjligt att båda effekterna uppträder på samma gång.

Figur 1. Interaktioner på cyklisten ändrar deras rörelse. Källa: Pixabay.

Troen på den stora grekiska filosofen Aristoteles (384-322 f.Kr.) rådde som grunden för dynamiken i väst i århundraden. Han trodde att föremål rörde sig på grund av någon form av energi som pressade dem i en eller annan riktning.

Han observerade också att medan ett objekt skjuts rör sig det med en konstant hastighet, men när du trycker stoppas rör sig det mer och långsammare tills det stoppar.

Enligt Aristoteles var handlingen av en konstant kraft nödvändig för att få något att röra sig med konstant hastighet, men det som händer är att denna filosof inte hade effekterna av friktion.

En annan idé om hans var att tyngre föremål föll snabbare än lättare. Det var den stora Galileo Galilei (1564-1642) som genom experiment visade att alla kroppar faller med samma acceleration oavsett deras massa och försummade viskösa effekter.

Men det är Isaac Newton (1642-1727), den mest anmärkningsvärda forskaren som någonsin har levt, som anses vara modern till modern dynamik och matematisk beräkning, tillsammans med Gottfried Leibniz.

Bild 2. Isaac Newton 1682 av Godfrey Kneller. Källa: Wikimedia Commons.

Dess berömda lagar, formulerade under 1600-talet, förblir lika giltiga och fräscha i dag. De är grunden för klassisk mekanik, som vi ser och påverkar oss varje dag. Dessa lagar kommer att diskuteras inom kort.

Vad studerar dynamik?

Dynamik studerar interaktionen mellan objekt. När föremål interagerar sker förändringar i deras rörelse och deformationer. Ett särskilt område som kallas statisk ägnas åt de system i jämvikt, de som är i vila eller med enhetlig rätlinjig rörelse.

Genom att använda principerna för dynamik är det möjligt att förutspå, med ekvationer, vilka förändringar och förändringar av objekt i tid. För att göra detta fastställs vissa antaganden beroende på typen av system som ska studeras.

Partiklar, styva fasta ämnen och kontinuerliga medier

Partikelmodellen är den enklaste att börja tillämpa principerna för dynamik. I det antas att objektet som ska studeras har massa, men inga dimensioner. Därför kan en partikel vara så liten som en elektron eller så stor som jorden eller solen.

När du vill observera storleken på storleken på dynamiken, är det nödvändigt att ta hänsyn till objektets storlek och form. En modell som tar hänsyn till detta är den stela fasta substansen, en kropp med mätbara dimensioner som består av mycket många partiklar, men som inte deformeras under krafterna.

Slutligen tar mekaniken i kontinuerliga medier inte bara hänsyn till objektets dimensioner utan också dess speciella egenskaper, inklusive förmågan det har att deformera. Kontinuerliga medier omfattar styva och icke-styva fasta ämnen samt vätskor.

Newtons lagar

Nyckeln till att förstå hur dynamik fungerar är i en grundlig förståelse av Newtons lagar, som kvantitativt länkar krafterna som verkar på en kropp med förändringar i dess rörelsestillstånd eller vila.

Newtons första lag

Förklaring av Newtons första lag. Källa: självgjord.

Säger så:

Den första delen av uttalandet verkar ganska uppenbart, eftersom det är uppenbart att ett objekt i vila kommer att förbli så, såvida det inte störs. Och för detta krävs en kraft.

Å andra sidan är det faktum att ett objekt fortsätter i rörelse även när nettokraften på det är noll lite svårare att acceptera, eftersom det verkar som att ett objekt kan förbli i rörelse på obestämd tid. Och vardagsupplevelsen berättar för oss att förr eller senare saker saknar.

Svaret på denna uppenbara motsägelse är i friktion. Om ett objekt skulle röra sig på en perfekt slät yta, kan det faktiskt göra det på obestämd tid under antagande att ingen annan kraft får rörelsen att variera.

Eftersom det är omöjligt att eliminera friktion helt, är en situation där en kropp rör sig på obestämd tid med konstant hastighet en idealisering.

Slutligen är det viktigt att notera att även om nettokraften är noll representerar detta inte nödvändigtvis en total frånvaro av krafter på föremålet.

Objekt på jordens yta upplever alltid gravitationsattraktion. En bok som vilar på ett bord förblir så, eftersom bordets yta utövar en kraft som motverkar vikten.

Andra lagen i Newton

Förklaring av Newtons andra lag. Källa: självgjord.

Newtons första lag fastställer vad som händer med ett objekt på vilket nettot eller den resulterande kraften är noll. Nu indikerar den grundläggande lagen om dynamik eller Newtons andra lag vad som kommer att hända när nettokraften inte avbryter:

I själva verket, ju större en applicerad kraft, desto större är förändringshastigheten hos ett objekt. Och om samma kraft appliceras på objekt med olika massor, kommer de största förändringarna att upplevas av objekt som är lättare och lättare att flytta. Vardagsupplevelsen stämmer med dessa uttalanden.

Newtons tredje lag

En rymdraket får den nödvändiga framdrivningen tack vare de utdrivna gaserna. Källa: Pixabay.

Newtons två första lagar hänvisar till ett enda objekt. Men den tredje lagen hänvisar till två föremål. Vi kommer att namnge dem objekt 1 och objekt 2:

F ₁₂ = - F ₂₁

Faktum är att när en kropp påverkas av en styrka beror det på att en annan är ansvarig för att orsaka den. Således har föremål på jorden vikt, eftersom det lockar dem mot dess centrum. En elektrisk laddning avvisas av en annan laddning av samma skylt, eftersom den utövar en avvisande kraft på den första, och så vidare.

Bild 3. Sammanfattning av Newtons lagar. Källa: Wikimedia Commons. Hugo4914.

Bevaringsprinciper

I dynamik finns det flera mängder som bevaras under rörelse och vars studie är väsentlig. De är som en solid kolonn som det är möjligt att fästa för att lösa problem där krafterna varierar på mycket komplexa sätt.

Ett exempel: bara när två fordon kolliderar är interaktionen mellan dem mycket intensiv men kort. Så intensiv att inga andra krafter behöver beaktas, därför kan fordonen betraktas som ett isolerat system.

Men att beskriva denna intensiva interaktion är inte en lätt uppgift, eftersom det involverar krafter som varierar i tid och även i rymden. Men genom att anta att fordonen utgör ett isolerat system är krafterna mellan dem inre och momentumet bevaras.

Genom att bevara momentumet är det möjligt att förutsäga hur fordonen kommer att röra sig strax efter kollisionen.

Här är två av de viktigaste bevarandeprinciperna i Dynamics:

Energibesparing

I naturen finns det två typer av krafter: konservativa och icke-konservativa. Vikt är ett bra exempel på det förra, medan friktion är ett bra exempel på det senare.

Tja, de konservativa krafterna kännetecknas av att de erbjuder möjligheten att lagra energi i konfigurationen av systemet. Det är den så kallade potentiella energin.

När en kropp har potentiell energi tack vare verkan av en konservativ kraft som vikt och går i rörelse omvandlas denna potentiella energi till kinetisk energi. Summan av båda energierna kallas systemets mekaniska energi och är den som bevaras, det vill säga den förblir konstant.

Låt U vara den potentiella energin, K den kinetiska energin och E _m den mekaniska energin. Om bara konservativa krafter agerar på ett objekt är det sant att:

Således:

Bevarande av fart

Denna princip är tillämplig inte bara när två fordon kolliderar. Det är en fysiklag med ett räckvidd som går utöver den makroskopiska världen.

Momentumet bevaras på nivån för sol-, stjärn- och galaxsystem. Och det gör det också enligt atomens skala och atomkärnan, trots att Newtons mekanik upphör att gälla där.

Låt P vara fartygsvektorn som ges av:

P = m. v

Derivera P med avseende på tid:

Om massan förblir konstant:

Därför kan vi skriva Newtons andra lag så här:

_Netto F = d P / dt

Om två kroppar m ₁ och m ₂ utgör ett isolerat system är krafterna mellan dem inre och enligt Newtons tredje lag är de lika och motsatta F ₁ = - F ₂ , vilket uppfyller att:

Om derivatet med avseende på tiden för en magnitud är noll, betyder det att magnituden förblir konstant. Därför kan det i ett isolerat system sägas att systemets drivkraft bevaras:

P ₁ + P ₂ = konstant

Trots detta kan P ₁ och P ₂ variera individuellt. Ett systems fart kan distribueras, men det som är viktigt är att summan förblir oförändrad.

Utvalda begrepp i dynamik

Det finns många viktiga begrepp i dynamiken, men två av dem sticker ut: massa och kraft. På den kraft som redan kommenterats tidigare och nedan finns en lista med de mest framstående koncepten som visas bredvid den i studiet av dynamik:

Tröghet

Det är egenskapen att objekt måste motstå förändringar i deras vilotillstånd eller rörelse. Alla föremål med massa har tröghet och det upplevs mycket ofta, till exempel när man reser i en accelererande bil, passagerare tenderar att stanna i vila, vilket uppfattas som en känsla av att hålla sig bak på sätet.

Och om bilen stannar plötsligt, tenderar passagerarna att rulla efter den rörelse framåt som de tidigare haft, så det är viktigt att alltid bära bälten.

Bild 4. När vi reser med bil, får tröghet oss att krascha när bilen bromsar kraftigt. Källa: Pixabay.

Massa

Mass är mått på tröghet, eftersom ju större en kropps massa är, desto svårare är det att flytta den eller få den att ändra sin rörelse. Massa är en skalmängd, det betyder att för att ange massans kropp är det nödvändigt att ange det numeriska värdet plus den valda enheten, som kan vara kilo, kilo, gram och mer.

Vikt

Vikt är den kraft som jorden drar föremål nära sin yta mot dess centrum.

Eftersom det är en kraft har vikten en vektortecken, därför är den fullständigt specificerad när dess storlek eller numeriska värde, dess riktning och dess känsla indikeras, vilket vi redan vet är vertikalt nedåt.

Även om relaterade, vikt och massa är således inte lika, inte ens ekvivalenta, eftersom den första är en vektor och den andra en skalär.

Referenssystem

Beskrivningen av en rörelse kan variera beroende på den valda referensen. De som ska upp i en hiss är i vila enligt en referensram som är fixerad till den, men sett av en observatör på marken rör sig passagerarna.

Om en kropp upplever rörelse om en referensram men är i vila i en annan, kan Newtons lagar inte gälla båda. Faktum är att Newtons lagar är tillämpliga på vissa referensramar: de som är inertiella.

I tröghetsreferensramar accelererar kroppar inte om de störs på något sätt - genom att tillämpa en kraft.

Fiktiva krafter

De fiktiva krafterna eller pseudokrafterna uppträder när en kropps rörelse i en accelererad referensram analyseras. En fiktiv kraft skiljer sig eftersom det inte är möjligt att identifiera den agent som är ansvarig för dess utseende.

Centrifugalkraft är ett bra exempel på fiktiv kraft. Men det faktum att det är det gör det inte mindre verkligt för dem som upplever det när de vänder sig in i sina bilar och känner att en osynlig hand driver dem ut ur kurvan.

Acceleration

Denna viktiga vektor har redan nämnts tidigare. Ett objekt upplever acceleration så länge det finns en kraft som ändrar hastigheten.

Arbete och energi

När en kraft verkar på ett objekt och den ändrar sin position har kraften gjort arbete. Och detta arbete kan lagras i form av energi. Därför utförs arbete på objektet, tack vare vilket det förvärvar energi.

Följande exempel rensar punkten: Anta att en person höjer en kruka en viss höjd över marknivån.

För detta måste den applicera en kraft och övervinna tyngdkraften, därför fungerar den på potten och detta arbete lagras i form av gravitationspotentialenergi i potten, proportionell mot dess massa och den höjd den nådde ovanför golvet. :

Där m är massa är g tyngdkraft och h är höjd. Vad kan potten göra när den är på höjden h? Tja, det kan falla och när det faller minskar den gravitationella potentiella energin, medan den kinetiska energin eller rörelsenergin ökar.

För att en kraft ska utföra arbete måste den producera en förskjutning som måste vara parallell med kraften. Om detta inte händer verkar kraften fortfarande på föremålet, men fungerar inte på det.

Relaterade ämnen

Newtons första lag.

Andra lagen i Newton.

Newtons tredje lag.

Lag för bevarande av materien.

referenser

1. Bauer, W. 2011. Fysik för teknik och vetenskap. Volym 1. Mc Graw Hill.
2. Figueroa, D. 2005. Serie: Physics for Sciences and Engineering. Volym 2. Dynamics. Redigerad av Douglas Figueroa (USB).
3. Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6: e Ed Prentice Hall.
4. Hewitt, Paul. 2012. Konceptuell fysisk vetenskap. 5:e. Ed Pearson.
5. Kirkpatrick, L. 2007. Fysik: En titt på världen. 6: e förkortade upplagan. Cengage Learning.
6. Knight, R. 2017. Fysik för forskare och teknik: en strategi-strategi. Pearson.
7. Wikipedia. Dynamisk. Återställd från: es.wikipedia.org.