სივრცეში სხვადასხვა სხეულების მოძრაობას ფიზიკაში სპეციალური განყოფილება - მექანიკა სწავლობს. ეს უკანასკნელი, თავის მხრივ, იყოფა კინემატიკად და დინამიკად. ამ სტატიაში განვიხილავთ ფიზიკაში მექანიკის კანონებს, რომლებიც ყურადღებას გავამახვილებთ სხეულების გადამყვან და ბრუნვის მოძრაობის დინამიკაზე.
ისტორიული ფონი
როგორ და რატომ მოძრაობენ სხეულები უძველესი დროიდან აინტერესებდა ფილოსოფოსებსა და მეცნიერებს. ასე რომ, არისტოტელეს სჯეროდა, რომ ობიექტები მოძრაობენ სივრცეში მხოლოდ იმიტომ, რომ მათზე რაიმე გარეგანი გავლენაა. თუ ეს ეფექტი შეჩერებულია, სხეული მაშინვე შეჩერდება. ბევრი ძველი ბერძენი ფილოსოფოსი თვლიდა, რომ ყველა სხეულის ბუნებრივი მდგომარეობა დასვენებაა.
ახალი ეპოქის მოსვლასთან ერთად, ბევრმა მეცნიერმა დაიწყო მოძრაობის კანონების შესწავლა მექანიკაში. უნდა აღინიშნოს ისეთი სახელები, როგორიცაა ჰიუგენსი, ჰუკი და გალილეო. ამ უკანასკნელმა შეიმუშავა მეცნიერული მიდგომა ბუნებრივი მოვლენების შესასწავლად და, ფაქტობრივად, აღმოაჩინა მექანიკის პირველი კანონი, რომელიც, თუმცა, მის გვარს არ ატარებს.
1687 წელს გამოიცა სამეცნიერო პუბლიკაცია, რომლის ავტორიაინგლისელი ისააკ ნიუტონი. თავის სამეცნიერო ნაშრომში მან ნათლად ჩამოაყალიბა სივრცეში სხეულების მოძრაობის ძირითადი კანონები, რომლებიც უნივერსალური მიზიდულობის კანონთან ერთად საფუძვლად დაედო არა მხოლოდ მექანიკას, არამედ მთელ თანამედროვე კლასიკურ ფიზიკას.
ნიუტონის კანონების შესახებ
მათ ასევე უწოდებენ კლასიკური მექანიკის კანონებს, განსხვავებით რელატივისტურისაგან, რომლის პოსტულატები მე-20 საუკუნის დასაწყისში ალბერტ აინშტაინმა ჩამოაყალიბა. პირველში არის მხოლოდ სამი ძირითადი კანონი, რომლებზეც დაფუძნებულია ფიზიკის მთელი დარგი. მათ ასე ეძახიან:
- ინერციის კანონი.
- ძალასა და აჩქარებას შორის ურთიერთობის კანონი.
- მოქმედებისა და რეაქციის კანონი.
რატომ არის ეს სამი კანონი მთავარი? მარტივია, მათგან მექანიკის ნებისმიერი ფორმულის გამოტანა შეიძლება, თუმცა არც ერთი თეორიული პრინციპი არ მივყავართ არცერთ მათგანს. ეს კანონები გამომდინარეობს ექსკლუზიურად მრავალი დაკვირვებისა და ექსპერიმენტიდან. მათ მართებულობას ადასტურებს მათი დახმარებით მიღებული პროგნოზების სანდოობა პრაქტიკაში სხვადასხვა პრობლემის გადაჭრაში.
ინერციის კანონი
ნიუტონის პირველი კანონი მექანიკაში ამბობს, რომ ნებისმიერი სხეული მასზე გარეგანი გავლენის არარსებობის შემთხვევაში შეინარჩუნებს დასვენების მდგომარეობას ან მართკუთხა მოძრაობას ნებისმიერ ინერციულ მიმართვის სისტემაში.
ამ კანონის გასაგებად, თქვენ უნდა გესმოდეთ ანგარიშგების სისტემა. მას ინერციული ეწოდება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ის აკმაყოფილებს მითითებულ კანონს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ინერციულ სისტემაში არ არსებობსარის ფიქტიური ძალები, რომლებსაც დამკვირვებლები იგრძნობდნენ. მაგალითად, სისტემა, რომელიც მოძრაობს ერთნაირად და სწორ ხაზზე, შეიძლება ჩაითვალოს ინერციულად. მეორე მხრივ, სისტემა, რომელიც ერთნაირად ბრუნავს ღერძის გარშემო, არაინერციულია მასში გამოგონილი ცენტრიდანული ძალის არსებობის გამო.
ინერციის კანონი ადგენს მიზეზს, თუ რატომ იცვლება მოძრაობის ბუნება. ეს მიზეზი არის გარე ძალის არსებობა. გაითვალისწინეთ, რომ სხეულზე რამდენიმე ძალა მოქმედებს. ამ შემთხვევაში ისინი უნდა დაემატოს ვექტორების წესის მიხედვით, თუ მიღებული ძალა ნულის ტოლია, მაშინ სხეული გააგრძელებს ერთგვაროვან მოძრაობას. ასევე მნიშვნელოვანია გვესმოდეს, რომ კლასიკურ მექანიკაში არ არსებობს განსხვავება სხეულის ერთგვაროვან მოძრაობასა და დასვენების მდგომარეობას შორის.
ნიუტონის მეორე კანონი
ის ამბობს, რომ სივრცეში სხეულის მოძრაობის ბუნების შეცვლის მიზეზი არის მასზე მიმართული გარეგანი არანულოვანი ძალის არსებობა. ფაქტობრივად, ეს კანონი წინა კანონის გაგრძელებაა. მისი მათემატიკური აღნიშვნა ასეთია:
F¯=ma¯.
აქ, სიდიდე a¯ არის აჩქარება, რომელიც აღწერს სიჩქარის ვექტორის ცვლილების სიჩქარეს, m არის სხეულის ინერციული მასა. ვინაიდან m ყოველთვის მეტია ნულზე, ძალისა და აჩქარების ვექტორები ერთსა და იმავე მიმართულებით არის მიმართული.
განხილული კანონი გამოიყენება მექანიკის უამრავ ფენომენზე, მაგალითად, თავისუფალი ვარდნის პროცესის აღწერისას, მანქანის აჩქარებით მოძრაობა, დახრილი სიბრტყის გასწვრივ ზოლის ცურვა, რხევა. ქანქარას,საგაზაფხულო სასწორების დაძაბულობა და ა.შ. თამამად შეიძლება ითქვას, რომ ეს არის დინამიკის მთავარი კანონი.
იმპულსი და იმპულსი
თუ პირდაპირ ნიუტონის სამეცნიერო ნაშრომს მიმართავთ, ხედავთ, რომ მეცნიერმა თავად ჩამოაყალიბა მექანიკის მეორე კანონი ოდნავ განსხვავებულად:
Fdt=dp, სადაც p=mv.
მნიშვნელობას p ეწოდება იმპულსი. ბევრი შეცდომით მას სხეულის იმპულსს უწოდებს. მოძრაობის რაოდენობა არის ინერციულ-ენერგეტიკული მახასიათებელი, რომელიც ტოლია სხეულის მასისა და მისი სიჩქარის ნამრავლის.
იმპულსის შეცვლა გარკვეული მნიშვნელობით dp შეიძლება მოხდეს მხოლოდ F გარე ძალის მიერ, რომელიც მოქმედებს სხეულზე დროის ინტერვალის dt. ძალის ნამრავლს და მისი მოქმედების ხანგრძლივობას ეწოდება ძალის იმპულსი ან უბრალოდ იმპულსი.
როდესაც ორი სხეული ერთმანეთს ეჯახება, მათ შორის მოქმედებს შეჯახების ძალა, რომელიც ცვლის თითოეული სხეულის იმპულსს, თუმცა, ვინაიდან ეს ძალა შიდაა ორი შესწავლილი სხეულის სისტემის მიმართ, ეს არ იწვევს ცვლილებას. სისტემის მთლიან იმპულსში. ამ ფაქტს იმპულსის შენარჩუნების კანონი ეწოდება.
დატრიალება აჩქარებით
თუ ნიუტონის მიერ ჩამოყალიბებული მექანიკის კანონი გამოიყენება ბრუნვის მოძრაობაზე, მაშინ მიიღება შემდეგი გამოხატულება:
M=Iα.
აქ M - კუთხური იმპულსი - ეს არის მნიშვნელობა, რომელიც აჩვენებს ძალის უნარს, მოახდინოს შემობრუნება სისტემაში. ძალის მომენტი გამოითვლება როგორც ვექტორული ძალისა და რადიუსის ვექტორის ნამრავლი, რომელიც მიმართულია ღერძიდანგანაცხადის წერტილი. სიდიდე I არის ინერციის მომენტი. ძალის მომენტის მსგავსად, ეს დამოკიდებულია მბრუნავი სისტემის პარამეტრებზე, კერძოდ, სხეულის მასის გეომეტრიულ განაწილებაზე ღერძთან შედარებით. და ბოლოს, მნიშვნელობა α არის კუთხოვანი აჩქარება, რომელიც საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ რამდენი რადიანი წამში იცვლება კუთხური სიჩქარე.
თუ გულდასმით დააკვირდებით დაწერილ განტოლებას და მის მნიშვნელობებსა და ინდიკატორებს შორის ანალოგიას გამოიტანთ ნიუტონის მეორე კანონიდან, მაშინ მივიღებთ მათ სრულ იდენტურობას.
მოქმედებისა და რეაქციის კანონი
ჩვენთვის რჩება მექანიკის მესამე კანონის გათვალისწინება. თუ პირველი ორი, ასე თუ ისე, ნიუტონის წინამორბედებმა ჩამოაყალიბეს და თავად მეცნიერმა მათ მხოლოდ ჰარმონიული მათემატიკური ფორმა მისცა, მაშინ მესამე კანონი დიდი ინგლისელის თავდაპირველი აზროვნებაა. ასე რომ, ნათქვამია: თუ ორი სხეული ძალაში შედის, მაშინ მათ შორის მოქმედი ძალები ტოლია სიდიდით და საპირისპირო მიმართულებით. უფრო მოკლედ, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ნებისმიერი ქმედება იწვევს რეაქციას.
F12¯=-F21¯.
აქ F12¯ და F21¯ - მოქმედებს 1-ლი სხეულის მხრიდან მე-2-მდე და მე-2-ის მხრიდან 1-ლ ძალამდე, შესაბამისად.
ამ კანონის დამადასტურებელი მრავალი მაგალითი არსებობს. მაგალითად, ნახტომის დროს ადამიანი მოიგერიეს დედამიწის ზედაპირიდან, ეს უკანასკნელი მას მაღლა უბიძგებს. იგივე ეხება ფეხით მოსიარულეს და მოცურავეს აუზის კედელს ჩამოგდებას. კიდევ ერთი მაგალითი, თუ მაგიდაზე დააჭერთ ხელს, მაშინ საპირისპირო იგრძნობა.მაგიდის ეფექტი ხელზე, რომელსაც ეწოდება საყრდენის რეაქციის ძალა.
ნიუტონის მესამე კანონის გამოყენებისას ამოცანების ამოხსნისას არ უნდა დაგვავიწყდეს, რომ მოქმედების ძალა და რეაქციის ძალა ვრცელდება სხვადასხვა სხეულებზე, ამიტომ ისინი აძლევენ მათ სხვადასხვა აჩქარებას.
