Le mouvement de différents corps dans l'espace en physique est étudié par une section spéciale - la mécanique. Ce dernier, à son tour, est divisé en cinématique et dynamique. Dans cet article, nous examinerons les lois de la mécanique en physique, en nous concentrant sur la dynamique du mouvement de translation et de rotation des corps.
Contexte historique
Comment et pourquoi les corps bougent intéressent les philosophes et les scientifiques depuis l'Antiquité. Aristote croyait donc que les objets se déplacent dans l'espace uniquement parce qu'ils subissent une influence extérieure. Si cet effet est arrêté, le corps s'arrêtera immédiatement. De nombreux philosophes grecs anciens croyaient que l'état naturel de tous les corps est le repos.
Avec l'avènement du New Age, de nombreux scientifiques ont commencé à étudier les lois du mouvement en mécanique. Il convient de noter des noms tels que Huygens, Hooke et Galileo. Ce dernier a développé une approche scientifique de l'étude des phénomènes naturels et, en fait, a découvert la première loi de la mécanique, qui ne porte cependant pas son nom de famille.
En 1687, une publication scientifique a été publiée, rédigée parL'Anglais Isaac Newton. Dans son travail scientifique, il a clairement formulé les lois fondamentales du mouvement des corps dans l'espace, qui, avec la loi de la gravitation universelle, ont formé la base non seulement de la mécanique, mais de toute la physique classique moderne.
À propos des lois de Newton
On les appelle aussi les lois de la mécanique classique, par opposition à la mécanique relativiste, dont les postulats ont été énoncés au début du XXe siècle par Albert Einstein. Dans le premier, il n'y a que trois lois principales sur la base desquelles toute la branche de la physique est basée. Ils s'appellent ainsi:
- Loi d'inertie.
- La loi de la relation entre la force et l'accélération.
- La loi de l'action et de la réaction.
Pourquoi ces trois lois sont-elles les principales ? C'est simple, n'importe quelle formule de mécanique peut en être dérivée, cependant aucun principe théorique ne conduit à aucune d'entre elles. Ces lois découlent exclusivement de nombreuses observations et expériences. Leur validité est confirmée par la fiabilité des prédictions obtenues à l'aide d'eux dans la résolution de divers problèmes dans la pratique.
Loi d'inertie
La première loi de Newton en mécanique dit que tout corps, en l'absence d'influence extérieure sur lui, maintiendra un état de repos ou de mouvement rectiligne dans n'importe quel référentiel inertiel.
Pour comprendre cette loi, il faut comprendre le système de signalement. Elle est dite inertielle uniquement si elle satisfait la loi énoncée. En d'autres termes, dans le système inertiel, il n'y a pasil y a des forces fictives qui seraient ressenties par les observateurs. Par exemple, un système se déplaçant uniformément et en ligne droite peut être considéré comme inertiel. D'autre part, un système qui tourne uniformément autour d'un axe est non inertiel en raison de la présence d'une force centrifuge fictive en son sein.
La loi d'inertie établit la raison pour laquelle la nature du mouvement change. Cette raison est la présence d'une force extérieure. A noter que plusieurs forces peuvent agir sur le corps. Dans ce cas, ils doivent être ajoutés selon la règle des vecteurs, si la force résultante est égale à zéro, alors le corps continuera son mouvement uniforme. Il est également important de comprendre qu'en mécanique classique, il n'y a pas de différence entre le mouvement uniforme d'un corps et son état de repos.
Deuxième loi de Newton
Il dit que la raison du changement de la nature du mouvement du corps dans l'espace est la présence d'une force externe non nulle qui lui est appliquée. En fait, cette loi s'inscrit dans la continuité de la précédente. Sa notation mathématique est la suivante:
F¯=ma¯.
Ici, la quantité a¯ est l'accélération qui décrit le taux de variation du vecteur vitesse, m est la masse inertielle du corps. Comme m est toujours supérieur à zéro, les vecteurs force et accélération pointent dans la même direction.
La loi considérée est applicable à un grand nombre de phénomènes en mécanique, par exemple à la description du processus de chute libre, du mouvement avec l'accélération d'une voiture, du glissement d'une barre le long d'un plan incliné, de l'oscillation d'un pendule,tension des balances à ressort et ainsi de suite. Il est sûr de dire que c'est la loi principale de la dynamique.
Momentum et Momentum
Si vous vous tournez directement vers le travail scientifique de Newton, vous pouvez voir que le scientifique lui-même a formulé la seconde loi de la mécanique quelque peu différemment:
Fdt=dp, où p=mv.
La valeur p est appelée la quantité de mouvement. Beaucoup l'appellent à tort l'impulsion du corps. La quantité de mouvement est une caractéristique d'énergie inertielle égale au produit de la masse du corps et de sa vitesse.
Changer la quantité de mouvement d'une certaine valeur dp ne peut être fait que par une force externe F agissant sur le corps pendant l'intervalle de temps dt. Le produit d'une force et de la durée de son action s'appelle l'impulsion de la force ou simplement l'impulsion.
Lorsque deux corps entrent en collision, une force de collision agit entre eux, ce qui modifie la quantité de mouvement de chaque corps, cependant, puisque cette force est interne par rapport au système de deux corps à l'étude, elle ne conduit pas à un changement dans la quantité de mouvement totale du système. Ce fait s'appelle la loi de conservation de la quantité de mouvement.
Spin avec accélération
Si la loi de la mécanique formulée par Newton est appliquée au mouvement de rotation, alors l'expression suivante sera obtenue:
M=Iα.
Ici M - moment cinétique - c'est une valeur qui montre la capacité de la force à faire un tour dans le système. Le moment de force est calculé comme le produit du vecteur force et du rayon vecteur dirigé de l'axe verspoint d'application. La quantité I est le moment d'inertie. Comme le moment de force, il dépend des paramètres du système rotatif, en particulier de la répartition géométrique de la masse corporelle par rapport à l'axe. Enfin, la valeur α est l'accélération angulaire, ce qui vous permet de déterminer de combien de radians par seconde la vitesse angulaire change.
Si vous regardez attentivement l'équation écrite et faites une analogie entre ses valeurs et les indicateurs de la deuxième loi newtonienne, nous obtiendrons leur identité complète.
La loi de l'action et de la réaction
Il nous reste à considérer la troisième loi de la mécanique. Si les deux premiers, d'une manière ou d'une autre, ont été formulés par les prédécesseurs de Newton et que le scientifique lui-même ne leur a donné qu'une forme mathématique harmonieuse, alors la troisième loi est l'idée originale du grand Anglais. Donc, il dit: si deux corps entrent en contact de force, alors les forces agissant entre eux sont égales en amplitude et opposées en direction. Plus brièvement, on peut dire que toute action provoque une réaction.
F12¯=-F21¯.
Ici F12¯ et F21¯ - agissant du côté du 1er corps au 2e et du côté du 2e à la 1ère force, respectivement.
De nombreux exemples confirment cette loi. Par exemple, lors d'un saut, une personne est repoussée de la surface de la terre, cette dernière la pousse vers le haut. Il en va de même pour promener un marcheur et pousser le mur de la piscine d'un nageur. Autre exemple, si vous appuyez la main sur la table, alors le contraire se fait sentir.l'effet de la table sur la main, qui s'appelle la force de réaction du support.
Lors de la résolution de problèmes sur l'application de la troisième loi de Newton, il ne faut pas oublier que la force d'action et la force de réaction sont appliquées à des corps différents, donc elles leur donnent des accélérations différentes.
