3. Dynamika
W tym rozdziale poznamy prawa ruchu, czyli zasady pozwalające powiązać własności ruchu z przyczynami, które go wywołują. Przedyskutujemy przykłady pokazujące równoważność stanu spoczynku i ruchu jednostajnego prostoliniowego, wprowadzimy pojęcie układu inercjalnego i poznamy przypadki układów nieinercjalnych. Omówimy relacje pomiędzy siłą i przyspieszeniem i wprowadzimy pojęcie masy bezwładnej. Zobaczymy, że zapoczątkowana przez Galileusza i Newtona mechanika klasyczna potrafi opisać w postaci prostych praw niezwykłą złożoność ruchów, wśród których żyjemy.
18. Nowe pojęcia, definicje i wyrażenia
Nowe pojęcia, definicje i wyrażenia
pierwsza zasada dynamiki - każde ciało pozostaje w stanie spoczynku lub ruchu jednostajnie prostoliniowego, jeżeli nie doznaje działania siły lub działające na ciało siły się równoważą
druga zasada dynamiki - szybkość zmiany pędu ciała równa jest wpadkowej sile działającej na to ciało
trzecia zasada dynamiki - oddziaływania wzajemne dwóch ciał są zawsze równe co do wartości, ale przeciwnie skierowane
układ inercjalny - układ, w którym spełniona jest pierwsza zasada dynamiki
pęd ciała - iloczyn masy ciała i wektora jego prędkości
bezwładność - własność ciał materialnych polegająca na stawianiu oporu siłom zewnętrznym działającym na ciało oraz zachowywaniu stanu ruchu w przypadku, kiedy na ciało siły zewnętrzne nie działają
masa bezwładna - miara bezwładności ciała
ciężar ciała - siła jaka działa na ciało wskutek przyciągania grawitacyjnego
przyspieszenie ziemskie - przyspieszenia jakie uzyskuje ciało spadające swobodnie pod wpływem siły ciężkości
zasada przyczynowości - zasada zgodnie z którą znajomość warunków początkowych oraz działających na ciała sił wyznacza stan ich ruchu w dowolnej chwili czasu
równanie Newtona - układ trzech równań skalarnych (w przestrzeni trójwymiarowej) wyrażających ilościowo treść drugiej zasady dynamiki
siła tarcia - siła przeciwdziałająca ruchowi ciała; występuje, kiedy stykające się powierzchnie przesuwają się względem siebie
siła tarcia statycznego - wartość graniczna siły tarcia, przy której ciało pozostaje jeszcze nieruchome pomimo przyłożenia siły zewnętrznej
siła tarcia kinetycznego - siła tarcia występująca, kiedy ciało jest w ruchu
współczynnik tarcia - stosunek siły tarcia do siły nacisku będący właściwością trących się powierzchni
praca - iloczyn skalarny wektorów: siły działającej na ciało i przemieszczenia ciała
moc - stosunek pracy do czasu, w którym została wykonana, praca wykonana w jednostce czasu; określa szybkość zmiany energii układu fizycznego
siła zachowawcza - siła, której praca wykonana przy przemieszczeniu ciała po torze zamkniętym o dowolnym kształcie równa jest zeru
siła dyssypatywna - siła, która nie spełnia warunku siły zachowawczej
energia potencjalna - równa jest pracy jaką wykonuje siła zachowawcza przy przemieszczeniu ciała z danego punktu do punktu odniesienia
energia kinetyczna - energia ciała będącego w ruchu, połowa iloczynu masy ciała i kwadratu jego prędkości
twierdzenie o pracy i energii - praca wykonana przez wypadkową sił działających na ciało równa jest zmianie jego energii kinetycznej
prawo zachowania energii mechanicznej - całkowita energia mechaniczna ciała, na które działają tylko siły zachowawcze, jest stała
prawo zachowania energii - energia całkowita układu odosobnionego jest stała.
prawo zachowania pędu - jeżeli na układ nie działają siły zewnętrzne lub działa układ sił zrównoważonych, to pęd układu zachowuje wartość stałą
zderzenie sprężyste - jeżeli w procesie zderzenia zachowana jest energia kinetyczna
zderzenie centralne - jeśli przed zderzeniem i po zderzeniu ciała poruszają się wzdłuż jednej prostej
ruch obrotowy - ruch, w którym wszystkie punkty danego ciała poruszają się po okręgach, których środki znajdują się na jednej prostej zwanej osią obrotu
prędkość kątowa - wielkość wektorowa, której wartość równa jest pochodnej położenia kątowego względem czasu
częstość (prędkość kątowa, częstość kołowa, pulsacja) - pochodna przemieszczenia kątowego względem czasu (kąt zakreślony w jednostce czasu przez ciało będące w ruchu obrotowym)
okres - czas, w którym ciało wykonuje jeden pełny obrót
częstotliwość - liczba obrotów wykonanych przez ciało w czasie jednej sekundy, odwrotność okresu
przyspieszenie kątowe - pochodna prędkości kątowej względem czasu
moment siły - iloczyn wektorowy promienia wodzącego mającego początek w danym punkcie i siły działającej na ciało
moment pędu - iloczyn wektorowy promienia wodzącego punktu materialnego i jego pędu
ramię siły - składowa promienia wodzącego prostopadła do linii działania siły
moment bezwładności - iloczyn masy przez kwadrat odległości od osi obrotu, dla układu punktów - suma momentów bezwładności wszystkich punktów
druga zasada dynamiki ruchu obrotowego - szybkość zmiany momentu pędu równa jest momentowi siły
twierdzenie Steinera - wzór określający moment bezwładności względem osi nie przechodzącej przez środek masy ciała
zasada zachowania momentu pędu - moment pędu układu, na który nie działa moment sił zewnętrznych jest wektorem stałym