Взаємодія тіл
Прикладів взаємодії тіламожна навести скільки завгодно. Коли ви, перебуваючи в човні, почнете за мотузкупідтягувати іншу, то і ваша човен обов'язково просунеться вперед. Діючи надругий човен, ви змушуєте її діяти на вашу човен.
Якщо ви вдарите ногою по футбольномум'ячу, то негайно відчуєте зворотну дію на ногу. При зіткненні двохбільярдних куль змінюють свою швидкість, тобто отримують прискорення обидві кулі. Всіце прояв загального закону взаємодії тіл.
Дії тіл один на одного носятьхарактер взаємодії не тільки при безпосередньому контакті тіл. Покладіть,наприклад, на гладкий стіл два сильні магніти з різними полюсами назустріч одинодному, і ви тут же виявите, що почнуть рухатися назустріч один одному. Земляпритягує Місяць (сила всесвітнього тяжіння) і змушує її рухатися покриволінійної траєкторії; в свою чергу Місяць також притягують Землю (тежсила всесвітнього тяжіння). Хоча, природно, в системі відліку, пов'язаної зЗемлею, прискорення землі, що викликається цією силою, не можна виявитибезпосередньо, воно проявляється у вигляді припливів.
З'ясуємо за допомогою досвіду, якпов'язані між собою сили взаємодії двох тіл. Грубі вимірювання сил можнасправити на наступних дослідах:
1 досвід . Візьмемо два динамометра,зачепилися один за одного їх гачки, і взявшись за кільця, будемо розтягувати їх,стежачи за показаннями, обох динамометрів.
Ми побачимо, що за будь-якихрозтягненнях свідчення обох динамометрів будуть однакові; значить, сила, зякій перший динамометр діє на другий, дорівнює силі, з якої другийдинамометр діє на перший.
2 досвід. Візьмемо достатньо сильний магніті залізний брусок, і покладемо їх на катки, щоб зменшити тертя об стіл. Домагніту і бруска прикріпимо однакові м'які пружини, зачеплення іншимикінцями на столі. Магніт і брусок притягнуться один до одного і розтягнутий пружини.
Досвід показує, що до моментуприпинення руху пружини виявляються розтягнутими однаково. Це означає,що на обидва тіла з боку пружин діють однакові за модулем іпротилежні за напрямком сили.
Так як магніт покоїться, то силадорівнює по модулю і протилежна за напрямком силі, з якою діє нанього брусок.
Точно також рівні по модулю іпротилежні за напрямком сили, що діють на брусок з боку магніту іпружини.
Досвід показує, силивзаємодії між двома тілами рівні по модулю і протилежні занапрямку і в тих випадках, коли тіла рухаються.
3 досвід. На двох візках, які можутькотитися по рейках, стоять дві людини А і В. Вони тримають в руках кінці мотузки.Легко виявити, що незалежно від того, хто натягує мотузку, А чи В абообидва разом, візки завжди приходять в рух одночасно і притому впротилежних напрямках. Вимірюючи прискорення візків, можна переконатися, щоприскорення обернено пропорційні масам кожної з візків (разом злюдиною). Звідси випливає, що сили, що діють на візки, рівні по модулю.
Перший закон Ньютона . Інерціальні системи відліку
В якості першого законудинаміки Ньютон прийняв закон, встановлений ще Галілеєм: матеріальна точказберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху до тих пір,поки вплив з боку інших тіл не виведе її з цього стану.
Перший закон Ньютона показує,що спокою або рівномірного прямолінійного руху не вимагає для свогопідтримання яких або зовнішніх впливів. У цьому виявляється особливединамічна властивість тіл, звану їх інертністю .
Відповідно перший законНьютона називають законом інерції, а рух тіла у відсутностівпливів з боку інших тіл - рухом по інерції.
Механічний рухщодо: його характер для одного і того ж тіла може бути різним урізних системах відліку, що рухаються один щодо одного. Наприклад,космонавт, що знаходиться на борту штучного супутника Землі, нерухомий всистемі відліку, пов'язаної із супутником. У той же час по відношенню до Землі вінрухається разом із супутником по еліптичній орбіті, тобто не рівномірно і непрямолінійно.
Природно тому, що першийзакон Ньютона повинен виконуватися не у всякій системі відліку. Наприклад, куля,лежачий на гладенькій підлозі каюти корабля, який йде прямолінійно і рівномірно,може прийти в рух по підлозі без жодного впливу на нього з бокунебудь тел. Для цього достатньо, щоб швидкість корабля почала змінюватися.
Система відліку, по відношенню доякої матеріальна точка, вільна від зовнішніх впливів, спочиває чирухається рівномірно і прямолінійно, називається інерціальній системоювідліку. Зміст першого закону іржання першого закону Ньютоназводиться по суті до двох тверджень: по перше, що всі тіла володіютьвластивістю інертності і, по друге, що існують інерціальні системи відліку.
Будь-які дві інерціальні системивідліку можуть рухатися одна відносно одної тільки поступально і притомурівномірно і прямолінійно. Експериментально встановлено, що практичноінерціальна геліоцентрична система відліку, початок координатякої знаходиться в центрі мас Сонячної системи (приблизно - в центріСонця), а осі проведені в напрямку трьох віддалених зірок, обраних,наприклад, так, щоб осі координат були взаємно перпендикулярні.
Лабораторна система відліку, осі координат якої жорсткопов'язані з Землею, не інерціальних головним чином через добового обертання Землі.Однак Земля обертається настільки повільно, що максимальне нормальне прискоренняточок її поверхні в добовому обертанні не перевершує 0,034 м/.поетому в більшості практичних завданьлабораторну систему відліку можна наближено вважати інерціальній.
Інерціальні системи відлікувідіграють особливу роль не тільки в механіці, але також і у всіх інших розділахфізики. Це пов'язано з тим, що, згідно з принципом відносності Ейнштейна,математичний вираз будь-якого фізичного закону повинно мати один і той жевид у всіх інерціальних системах відліку.
Сила
Силою називається векторна величина,що є мірою механічного дію на дане тіло з бокуінших тіл. Механічне взаємодія може здійснюватися як міжбезпосередньо контактуючими тілами (наприклад, при терті, при тиску телодин на одного), так і між віддаленими тілами. Особлива форма матерії,зв'язує частинки речовини в єдині системи і передавальна з кінцевою швидкістюдії одних частинок на інші, називаються фізичним полем, абопросто полем.
Взаємодія між віддаленимитілами здійснюється за допомогою створюваних ними гравітаційних іелектромагнітних полів (наприклад, тяжінні планет до Сонця, взаємодіязаряджених тіл, провідників зі струмом і т.п.). Механічна дія на данетіло з боку інших тіл проявляється двояко. Воно здатне викликати,по-перше, зміна стану механічного руху розглянутого тіла, апо-друге, - його деформацію. Обидва ці прояви дії сили можуть служитиосновою для вимірювання сил. Наприклад, вимірювання сил за допомогою пружинного динамометразаснованого на законі Гука для поздовжнього розтягування. користуючись поняттям силив механіці зазвичай говорять про рух і деформації тіла під дієюприкладених до нього сил.
При цьому, звичайно, кожній силізавжди відповідає деякий тіло, чинне на аналізоване з цієїсилою.
Сила F повністювизначена, якщо задані її модуль, напрям в просторі і крапкадодатка. Пряма, вздовж якої спрямована сила, називається лінієюдії сили.
Поле, чинне на матеріальнуточку з силою F , називається стаціонарним полем , якщо вононе змінюється з плином часу t , тобто якщо в будь-якій точці поля сила F не залежить явно від часу:
Для стаціонарності полянеобхідно, щоб створюють його тіла спочивали щодо інерціальнійсистеми відліку, використовуваної при розгляді поля.
Одночасна дія наматері...
