Dynamiekgeschiedenis, welke studies, wetten en theorieën

De dynamisch Het is het gebied van mechanica dat de interacties tussen de lichamen en hun effecten bestudeert. Het gaat over het kwalitatief en kwantitatief beschrijven van ze, naast het voorspellen van hoe ze in de loop van de tijd zullen evolueren.

Het is bekend dat de principes worden toegepast, het is bekend hoe de beweging van een lichaam wordt gemodificeerd bij interactie met anderen, en ook als deze interacties het vervormen, omdat het perfect mogelijk is dat beide effecten tegelijkertijd optreden.

Figuur 1. Cyclist -interacties wijzigen hun beweging aan. Bron: Pixabay.

De overtuigingen van de grote Griekse filosoof Aristoteles (384-322 tot.C.) heerste eeuwenlang als de basis van dynamiek in het westen. Hij dacht dat objecten bewogen vanwege een soort energie die hen in een of andere richting duwde.

Hij merkte ook op dat terwijl een object wordt geduwd, het met constante snelheid beweegt, maar wanneer het stopt, beweegt het steeds langzamer totdat het stopt.

Volgens Aristoteles was de werking van een constante kracht nodig om ervoor te zorgen dat iets naar constante snelheid ging, maar wat er gebeurt is dat deze filosoof niet de gevolgen van wrijving had.

Een ander idee was dat de zwaarste objecten sneller vielen dan het lichtste. Het was de grote Galileo Galilei (1564-1642) die met experimenten demonstreerde dat alle lichamen met dezelfde versnelling vallen, ongeacht hun massa, waarbij ze viskeuze effecten verachten.

Maar het is Isaac Newton (1642-1727), de meest opvallende wetenschapper die tot nu toe heeft geleefd, die wordt beschouwd als een vader van moderne dynamiek en wiskundige berekening, samen met Gottfried Leibniz.

Figuur 2. Isaac Newton in 1682 door Godfrey Kneller. Bron: Wikimedia Commons.

De beroemde wetten, geformuleerd in de zeventiende eeuw, behouden vandaag dezelfde geldigheid en frisheid. Ze vormen de basis van klassieke mechanica, die we zien en ons elke dag beïnvloeden. Over deze wetten zullen binnenkort worden besproken.

[TOC]

Welke studies dynamiek?

Dynamiekstudie -interactie tussen objecten. Wanneer objecten op elkaar inwerken zijn, zijn er veranderingen in hun beweging en ook vervormingen. Een bepaald gebied dat Static wordt genoemd, is gewijd aan die systemen in evenwicht, die in rust of met uniforme rechtlijnige beweging zijn.

Het toepassen van de principes van dynamiek is het mogelijk om door vergelijkingen te voorspellen wat de veranderingen en de evolutie van objecten in de tijd zullen zijn. Hiervoor worden enkele veronderstellingen vastgesteld volgens het type systeem dat u wilt bestuderen.

Deeltjes, stijve vaste stoffen en continue middelen

Het deeltjesmodel is het eenvoudigst om de principes van dynamiek toe te passen. Er wordt aangenomen dat het te bestuderen object een massa heeft, maar geen dimensies. Daarom kan een deeltje zo klein zijn als een elektron of zo groot als de aarde of de zon.

Wanneer u het effect van de grootte van de dynamiek wilt observeren, is het noodzakelijk om de grootte en vorm van de objecten te overwegen. Een model dat hiermee rekening houdt, is dat van de rigide vaste stof, een lichaam met meetbare dimensies samengesteld uit veel deeltjes, maar dat niet is vervormd onder de effecten van de krachten.

Ten slotte houdt continue media -mechanica niet alleen rekening met de dimensies van het object, maar ook hun specifieke kenmerken, inclusief het vermogen om te vervormen. Continue media omvatten rigide vaste stoffen en die niet, naast vloeistoffen.

Newton's wetten

De sleutel om te begrijpen hoe dynamiek werkt, is in het volledige begrip van de wetten van Newton, die kwantitatief de krachten verbinden die op een lichaam handelen met de veranderingen in hun staat van beweging of rust.

Newton's eerste wet

Verklaring van de eerste wet van Newton. Bron: zelf gemaakt.

Zegt dit:

Wanneer de netto kracht op een object gelijk is aan nul, zal het object in rust doorgaan als het in rust was. En als hij in beweging was, zal zijn beweging rechtlijnig en constant zijn.

Het eerste deel van de verklaring ziet er vrij duidelijk uit, omdat het duidelijk is dat een object in rust zo zal blijven, tenzij het wordt gestoord. En hiervoor is een kracht vereist.

Kan u dienen: Democritus Atomic Model: achtergrond, kenmerken, postulaten

Aan de andere kant is het feit dat een object in beweging blijft, zelfs wanneer de netto kracht erop nul is, een beetje moeilijker te accepteren, omdat het lijkt dat een object voor onbepaalde tijd in beweging kan zijn. En de dagelijkse ervaring vertelt ons dat dingen vroeg of laat stoppen.

De reactie op deze schijnbare tegenstelling is in wrijving. Inderdaad, als een object op een perfect glad oppervlak zou bewegen, zou het het voor onbepaalde tijd kunnen doen in het geval dat geen andere kracht de beweging varieert.

Omdat het onmogelijk is om wrijving volledig te elimineren, is de situatie waarin een lichaam voor onbepaalde tijd beweegt bij constante snelheid een idealisatie.

Ten slotte is het belangrijk op te merken dat hoewel de netto kracht niet hul is, dit niet noodzakelijkerwijs de totale afwezigheid van krachten op het object vertegenwoordigt.

Objecten op het aardoppervlak ervaren altijd zwaartekrachtaantrekking. Een rustboek dat op een tafel wordt ondersteund, blijft zo, omdat het oppervlak van de tabel een kracht uitoefent die het gewicht tegengaat.

Tweede wet van Newton

Verklaring van de tweede wet van Newton. Bron: zelf gemaakt.

In de eerste wet van Newton wordt vastgesteld wat er gebeurt met een object waarop het net of de resulterende kracht nietig is. Nu geeft de fundamentele wet van de dynamiek of de tweede wet van Newton aan wat er zal gebeuren als de netto kracht niet wordt geannuleerd:

Als een externe netto kracht F Het werkt op een object van massa M, het zal een versnelling ervaren die evenredig is aan kracht en in dezelfde richting. Wiskundig:

F_Netto = mnaar.

Hoe groter een uitgeoefende kracht, hoe groter de verandering in de snelheid van een object. En als dezelfde kracht van toepassing is op objecten van verschillende massa's, zullen de grote veranderingen worden ervaren door de lichter en gemakkelijker te verplaatsen. De dagelijkse ervaring is het eens met deze beweringen.

De derde wet van Newton

Een ruimteraket ontvangt de nodige voortstuwing dankzij de uitgezette gassen. Bron: Pixabay.

De eerste twee wetten van Newton verwijzen naar een enkel object. Maar de derde wet verwijst naar twee voorwerpen. We zullen ze Object 1 en Object 2 benoemen:

Door twee objecten te interageren, zijn de krachten die elkaar uitoefenen, altijd gelijk, zowel in grootte als in richting, maar met een tegengestelde betekenis, die op wiskundige manier als volgt wordt uitgedrukt:

F₁₂ = -F_eenentwintig

In feite, wanneer een lichaam wordt beïnvloed door een kracht, is het omdat er een andere is die verantwoordelijk is voor het veroorzaken. Zo hebben objecten op aarde gewicht, omdat het hen naar hun centrum aantrekt. Een elektrische lading wordt afgestoten door een andere belasting van hetzelfde teken, omdat deze een afstoting kracht uitoefent op de eerste, en dus.

figuur 3. De samenvatting van Newton. Bron: Wikimedia Commons. Hugo4914 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/4.0)].

Conservatieprincipes

In dynamiek zijn er verschillende hoeveelheden die worden bewaard tijdens beweging en wiens studie fundamenteel is. Ze zijn als een solide kolom waaraan het mogelijk is om problemen op te lossen waarin de krachten variëren van zeer complexe manieren.

Een voorbeeld: net wanneer twee voertuigen botsen, is de interactie tussen hen erg intens maar kort. Zo intens dat er rekening moet worden gehouden met andere krachten, daarom kunnen voertuigen worden beschouwd als een geïsoleerd systeem.

Maar het beschrijven van deze intense interactie is geen gemakkelijke taak, omdat het gaat om krachten die in de loop van de tijd variëren en ook in de ruimte. Ervan uitgaande dat voertuigen een geïsoleerd systeem vormen, zijn de krachten tussen de twee intern en wordt de hoeveelheid beweging bewaard.

Het kan u van dienst zijn: Ortonormale basis: eigenschappen, voorbeelden en oefeningen

Het is mogelijk om de hoeveelheid beweging te behouden om te voorspellen hoe voertuigen zich net na de botsing zullen verplaatsen.

Hieronder staan ​​twee van de belangrijkste instandhoudingsprincipes in dynamiek:

Energiebehoud

In de natuur worden twee soorten krachten onderscheiden: conservatief en niet -conservatief. Het gewicht is een goed voorbeeld van de eerste, terwijl de wrijving van de laatste is.

Welnu, conservatieve krachten worden gekenmerkt omdat ze de mogelijkheid bieden om energie op te slaan in systeemconfiguratie. Is de zo -gevallen potentiële energie.

Wanneer een lichaam potentiële energie heeft dankzij de werking van een conservatieve kracht zoals gewicht en in beweging gaan, wordt dergelijke potentiële energie kinetische energie. De som van beide energieën wordt de mechanische energie van het systeem genoemd en is degene die wordt bewaard, dat wil zeggen, het blijft constant.

Zijn OF Potentiële energie, K kinetische energie en EN_M Mechanische energie. Als u handelt op een conservatieve krachten op een object, is het vervuld dat:

EN_M = U + k = constant

Daarom:

EN_{M voorletter} = E_{M laatste}

Behoud van de hoeveelheid beweging

Dit principe is niet alleen van toepassing wanneer twee voertuigen botsen. Het is een natuurwet met een scope die verder gaat dan de macroscopische wereld.

De hoeveelheid beweging wordt bewaard op het niveau van Solar, Stellar en Galaxies Systems. En hij doet het ook in het atoom- en atoomkern, ondanks het feit dat de Newtoniaanse mechanica ophoudt geldig te zijn.

Zijn P De vector hoeveelheid beweging gegeven door:

P = m.v

Afleidend P Met betrekking tot tijd:

DP /dt = d [m.v]/DT

Als het deeg constant blijft:

DP /dt = m dv/dt = m.naar

Daarom kunnen we de tweede wet van Newton op deze manier schrijven:

F_Netto = DP /DT

Als twee lichamen m₁ en M₂ Ze vormen een geïsoleerd systeem, de krachten tussen hen zijn intern en volgens de derde wet van Newton zijn ze hetzelfde en tegenover F₁ = -F₂, vervuld zijn dat:

DP₁ /dt = - DP₂/dt → d [P₁ + P₂]/dt = 0

Als de afgeleide ten opzichte van de tijd van een grootte nietig is, betekent dit dat een dergelijke omvang constant blijft. Daarom kan in een geïsoleerd systeem worden bevestigd dat de hoeveelheid beweging van het systeem wordt bewaard:

P₁ + P₂ = constant

Toch, P₁ En P₂ Ze kunnen individueel variëren. De hoeveelheid beweging van een systeem kan worden herverdeeld, maar het is belangrijk dat de som ongewijzigd blijft.

Begonnen concepten in dynamiek

Er zijn veel belangrijke concepten in dynamiek, maar twee vallen op: massa en kracht. Over de kracht die het al eerder werd genoemd en dan is er een lijst met de meest prominente concepten die ermee verschijnen in de studie van de dynamiek:

Luiheid

Het is de eigenschap dat de objecten de veranderingen in hun ruststatus of beweging moeten weerstaan. Alle objecten met massa hebben traagheid en worden zeer vaak ervaren, bijvoorbeeld bij het reizen in een auto die versnelt, blijven passagiers in rust, wat wordt gezien als een gevoel vast te houden aan de stoelback -up.

En als de auto scherp stopt, hebben passagiers de neiging om Bruces te verlaten, volgens de voorwaartse beweging die ze eerder hadden, dus het is belangrijk om altijd de veiligheidsgordels te dragen.

Figuur 4. Als we met de auto reizen, laat ons van Bruces gaan wanneer de auto scherp rijdt. Bron: Pixabay.

Massa

De massa is de mate van traagheid, omdat hoe groter de massa van een lichaam, hoe moeilijker het is om het te verplaatsen of zijn beweging te veranderen. De massa is een scalaire hoeveelheid, dit betekent dat om de massa van een lichaam te specificeren, het noodzakelijk is om de numerieke waarde te geven plus de geselecteerde eenheid, die kilo's, ponden, grammen en meer kunnen zijn.

Kan u van dienst zijn: Lenz Law: Formule, Vergelijkingen, Toepassingen, Voorbeelden

Gewicht

Gewicht is de kracht waarmee de aarde naar het midden aantrekt, de objecten die dicht bij het oppervlak liggen.

Omdat het een kracht is, is het gewicht vector, daarom is het volledig gespecificeerd wanneer de grootte of numerieke waarde, de richting en de betekenis ervan worden aangegeven, waarvan we al weten dat het verticaal naar beneden is.

Hoewel gerelateerd, gewicht en massa zijn dus niet hetzelfde, zelfs niet equivalent, omdat de eerste een vector is en de tweede scalair.

Referentiesystemen

De beschrijving van een beweging kan variëren, afhankelijk van de gekozen referentie. Degenen die in een lift omhoog gaan, zijn in rust volgens een reeks vaste verwijzing hiernaar, maar gezien door een waarnemer op de grond die de passagiers bewegen.

Als een lichaam beweging ervaart met betrekking tot een referentiekader maar in een ander in rust is, kunnen de wetten van Newton niet op beide worden toegepast. De wetten van Newton zijn zelfs van toepassing op bepaalde referentiesystemen: die welke traagheid zijn.

In de Inertial referentiesystemen, De lichamen versnellen niet tenzij ze op de een of andere manier worden verstoord -een kracht geven-.

Fictieve krachten

De fictieve of pseudo-force-krachten verschijnen wanneer de beweging van een lichaam wordt geanalyseerd in een versneld referentiekader. Een fictieve kracht wordt onderscheiden omdat het niet mogelijk is om de agent te identificeren die verantwoordelijk is voor zijn uiterlijk.

Centrifugale kracht is een goed voorbeeld van fictieve kracht. Het feit dat het zo is, maakt het echter niet minder reëel voor degenen die het ervaren wanneer ze hun auto's omdraaien en voelen dat een onzichtbare hand hen uit de curve duwt.

Versnelling

Deze belangrijke vector werd al eerder genoemd. Een object ervaart versnelling zolang er een kracht is die zijn snelheid varieert.

Werk en energie

Wanneer een kracht op een object werkt en het zijn van positie verandert, heeft de kracht een werk verricht. En dit werk kan worden opgeslagen in energievorm. Daarom wordt het werk aan het object verricht, dankzij welke energie verwerft.

Het volgende voorbeeld verduidelijkt het punt: stel dat een persoon een pot een bepaalde hoogte boven het vloerniveau heft.

Om dit te doen, moet u een kracht toepassen en de zwaartekracht overwinnen, doet u daarom een ​​werk op de pot en dit werk wordt opgeslagen in de vorm van zwaartekracht potentiële energie in de pot, evenredig met de massa ervan en op de hoogte die het bereikte op de vloer:

U = m.G.H

Waar M Het is het deeg, G Het is zwaartekracht en H Is de hoogte. Wat kan de pot doen als het eenmaal is H? Nou, het zou kunnen vallen en als het valt, neemt de zwaartekrachtpotentiaal energie af, terwijl kinetische of bewegingsergie toeneemt.

Voor een kracht om werk te doen, is het noodzakelijk om een ​​verplaatsing te produceren die parallel moet zijn aan dwingen. Als dit niet gebeurt, werkt de kracht nog steeds op het object, maar werkt er niet aan.

gerelateerde onderwerpen

Newton's eerste wet.

Tweede wet van Newton.

De derde wet van Newton.

Matter Conservation Law.

Referenties

1. Bauer, W. 2011. Fysica voor engineering en wetenschappen. Deel 1. MC Graw Hill.
2. Figueroa, D. 2005. Serie: Physics for Science and Engineering. Deel 2. Dynamisch. Uitgegeven door Douglas Figueroa (USB).
3. Giancoli, D.  2006. Fysica: principes met toepassingen. 6e ... Ed Prentice Hall.
4. Hewitt, Paul. 2012. Conceptuele fysieke wetenschap. 5e. ED. Pearson.
5. Kirkpatrick, l. 2007. Natuurkunde: een blik op de wereld. 6e afgekort editie. Cengage leren.
6. Ridder, r.  2017. Fysica voor wetenschappers en engineering: een strategiebenadering.  Pearson.
7. Wikipedia. Dynamisch. Hersteld van: is.Wikipedia.borg.