Dynamika

Dynamika jest to dział fizyki zajmujący się badaniem ruchu ciał pod wpływem działających na nie sił. Wyjaśnia ona przyczyny ruchu i jego zmian.

Podstawowe prawa dynamiki to trzy zasady sformułowane przez Isaaca Newtona. Są one spełnione w inercjalnych układach odniesienia. Wszystkie układy inercjalne są względem siebie nieruchome, albo poruszają się względem siebie ruchem postępowym, prostoliniowym i jednostajnym.

I zasada dynamiki

Jeżeli na ciało nie działa żadna siła albo działające siły równoważą się to ciało to pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.

dynamika

W warunkach ziemskich bardzo trudno jest przeprowadzić idealne doświadczenie, w którym na ciało nie działałyby żadne siły. Trudno jest wyeliminować siły ciężkości, tarcia.

Na stole leży książka. Działa na nią Ziemia siłą ciężkości i stół siłą sprężystości. Książka pozostaje w spoczynku, bo te jednocześnie działające siły równoważą się, ich wypadkowa równa jest zero.

Hokeista wprawia krążek w ruch. Po jakimś czasie krążek zatrzyma się na skutek działania siły tarcia. Jeśli bardziej wypolerujemy (wygładzimy) lód, krążek przebędzie drogę dłuższą, bo siła tarcia będzie mniejsza. Gdyby całkiem wyeliminować tarcie, krążek wprawiony w ruch nie zatrzymałby się, tylko poruszał ruchem jednostajnym prostoliniowym.

I zasada nosi również nazwę zasady bezwładności.

Często doznajemy sutków bezwładności, np. w czasie gwałtownego hamowania samochodu – pochylamy się w przód, jakbyśmy nie chcieli się zatrzymać. Natomiast gdy samochód gwałtownie rusza z miejsca nasze ciało wbija się w siedzenie, czyli dąży do pozostania w stanie spoczynku. Bezwładność jest cechą wszystkich ciał i polega na przeciwstawianiu się ciała wszelkim zmianom ruchu. Miarą bezwładności jest masa.

II zasada dynamiki

Jeżeli na ciało działa stała, niezrównoważona siła to ciało porusza się z przyspieszeniem o stałej wartości. Wartość przyspieszenia (opóźnienia) jest wprost proporcjonalna do wartości działającej siły, a odwrotnie proporcjonalna do masy ciała.

a=F/m
Kierunek i zwrot przyspieszenia jest zgodny z kierunkiem i zwrotem siły wypadkowej.

Na podstawie II zasady Newtona definiujemy siłę.

F=m x a
Jednostką siły jest niuton (N). Jeden niuton jest to siła, która ciału o masie 1kg nadaje przyspieszenie o wartości 1m/s kwadrat.

Uogólnioną postać drugiej zasady dynamiki stanowi zasada zachowania pędu.

Jeśli na układ ciał nie działają siły zewnętrzne (tzn. pochodzące od ciała spoza układu) lub siły te równoważą się, to pęd układu pozostaje stały. Siły wewnętrzne (tzn. działające pomiędzy ciałami układu) mogą zmienić pędy poszczególnych ciał, nie zmieniając pędu układu. Całkowity pęd układu ciał, na które nie działają siły zewnętrzne nie ulega zmianie.

Pędem ciała nazywamy iloczyn masy i prędkości tego ciała. Pęd układu ciał jest równy sumie pędów ciał tworzących ten układ.

III zasada dynamiki

Oddziaływania ciał są zawsze wzajemne. Siły wzajemnego oddziaływania dwóch ciał mają takie same wartości, taki sam kierunek, przeciwne zwroty i różne punkty przyłożenia (każda działa na inne ciało).

Na podłodze leży cegła. Naciska na podłogę siłą równą swemu ciężarowi. Podłoga działa na cegłę siłą skierowaną w górę (równą co do wartości).

Uderzam pięścią w stół. Im mocniej uderzam, tym bardziej to uderzenie odczuwam. Stół „odpowiada” na uderzenie siłą reakcji. Siły te nie równoważą się, ponieważ każda z nich przyłożona jest do innego ciała.

III zasada nazywana jest zasadą akcji i reakcji.

W zasadach dynamiki ruch ciała sprowadza się do ruchu punktu materialnego i polega na zmianie jego położenia względem innego, dowolnie wybranego ciała zwanego układem odniesienia będącego układem inercjalnym.III zasada nazywana jest zasadą akcji i reakcji.