Динамика (физика)


Динамика (физика)

Дина́мика (греч. δύναμις — сила) — раздел механики, в котором изучаются причины возникновения механического движения. Динамика оперирует такими понятиями, как масса, сила, импульс, энергия.

Также динамикой нередко называют, применительно к другим областям физики (например, к теории поля), ту часть рассматриваемой теории, которая более или менее прямо аналогична динамике в механике, противопоставляясь обычно кинематике (к кинематике в таких теориях обычно относят, например, соотношения, получающиеся из преобразований величин при смене системы отсчета).

Иногда слово динамика применяется в физике и не в описанном смысле, а в более общелитературном: для обозначения просто процессов, развивающихся во времени, зависимости от времени каких-то величин, не обязательно имея в виду конкретный механизм или причину этой зависимости.

Динамика, базирующаяся на законах Ньютона, называется классической динамикой. Классическая динамика описывает движения объектов со скоростями от долей миллиметров в секунду до километров в секунду.

Однако эти методы перестают быть справедливыми для движения объектов очень малых размеров (элементарные частицы) и при движениях со скоростями, близкими к скорости света. Такие движения подчиняются другим законам.

С помощью законов динамики изучается также движение сплошной среды, т. е. упруго и пластически деформируемых тел, жидкостей и газов.

В результате применения методов динамики к изучению движения конкретных объектов возник ряд специальных дисциплин: небесная механика, баллистика, динамика корабля, самолёта и т. п.

Содержание

Основная задача динамики

Исторически деление на прямую и обратную задачу динамики сложилось следующим образом.

  • Прямая задача динамики: по заданному характеру движения определить равнодействующую сил, действующих на тело.
  • Обратная задача динамики: по заданным силам определить характер движения тела.

Законы Ньютона

Классическая динамика основана на трёх основных законах Ньютона:

  • 1-й: Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.
\sum_{i=1}^n \vec {F_i}=0 \Rightarrow \vec v=const
  • 2-й: В инерциальной системе отсчета сумма всех сил, действующих на тело, равна произведению массы этого тела на векторное ускорение этого же тела (действие на тело силы, проявляется в сообщении ему ускорения).
\sum_{i=1}^n \vec {F_i}=m \vec {a}
\vec{F} = m \vec {a}

В наиболее общем случае, который описывает также движение тела с изменяющейся массой (например, реактивное движение), 2-й закон Ньютона принято записывать следующим образом:

\sum_{i=1}^n \vec{F_i} = \frac{d\vec{p}}{dt},

где \vec{p} — импульс тела. Таким образом, сила характеризует быстроту изменения импульса.

  • 3-й: Тела действуют друг на друга силами равными по модулю и противоположными по направлению
|\vec{F_1}| = |\vec{F_2}|
\vec{F_1}=\vec{-F_2}

Если при этом рассматриваются взаимодействующие материальные точки, то обе эти силы действуют вдоль прямой, их соединяющей. Это приводит к тому, что суммарный момент импульса системы состоящей из двух материальных точек в процессе взаимодействия остается неизменным. Таким образом, из второго и третьего законов Ньютона могут быть получены законы сохранения импульса и момента импульса

Законы Ньютона в неинерциальных системах отсчета

Существование инерциальных систем отсчета лишь постулируется первым законом Ньютона. Реальные системы отсчета, связанные, например, с Землей или с Солнцем, не обладают в полной мере свойством инерциальности в силу их кругового движения. Вообще говоря, экспериментально доказать существование ИСО невозможно, поскольку для этого необходимо наличие свободного тела (тела на которое не действуют никакие силы), а то, что тело является свободным, может быть показано лишь в ИСО. Описание же движения в неинерциальных системах отсчета, движущихся с ускорением относительно инерциальных, требует введения т. н. фиктивных сил таких как сила инерции, центробежная сила или сила Кориолиса. Эти «силы» не обусловлены взаимодействием тел, то есть по своей природе не являются силами и вводятся лишь для сохранения формы второго закона Ньютона:

\sum_{i=1}^n \vec {F_i} + \sum_{j=1}^n \vec {F_{f_j}}=m \vec {a} ,

где \sum_{j=1}^n \vec {F_{f_j}} — сумма всех фиктивных сил, возникающих в неинерциальной системе отсчета.

Описание динамики исходя из принципа наименьшего действия

Многие законы динамики могут быть описаны исходя не из законов Исаака Ньютона, а из принципа наименьшего действия.

Формулы некоторых сил, действующих на тело

  • Сила всемирного тяготения:
F_T = {G m_1 m_2 \over r^2}

или в векторной форме:

\overrightarrow {F_T}(\vec{r_1}) = G \frac{m_1 m_2}{|\vec{r_2}-\vec{r_1}|^3} {(\vec{r_2}-\vec{r_1})}

вблизи земной поверхности:

\overrightarrow{F_T} = m \vec{g}
  • Сила трения:
F_f = \mu N
  • Сила Архимеда:
F_A = \rho g V

См. также

Литература

  • Алешкевич В. А., Деденко Л. Г., Караваев В. А. Механика твердого тела. Лекции. Издательство Физического факультета МГУ, 1997. http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1186208&s=120000000
  • Матвеев. А. Н. Механика и теория относительности. М.: Высшая школа, 1986. (3-е изд. М.: ОНИКС 21 век: Мир и Образование, 2003. — 432с.) http://www.alleng.ru/d/phys/phys108.htm
  • Павленко Ю. Г. Лекции по теоретической механике. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. — 392с. http://www.alleng.ru/d/phys/phys99.htm
  • Сивухин Д. В. Общий курс физики. В 5 т. Том I. Механика. 4-е изд. М.: ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ, 2005. — 560с.
  • Яворский Б. М., Детлаф А. А. Физика для школьников старших классов и поступающих в вузы: учебное пособие. М.: Дрофа, 2002, 800с. ISBN 5-7107-5956-3

Ссылки


Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Динамика (физика)" в других словарях:

  • Физика гиперядер — Физика гиперядер  раздел физики на стыке ядерной физики и физики элементарных частиц, в котором предметом исследования выступают ядроподобные системы, содержащие кроме протонов и нейтронов другие элементарные частицы  гипероны. Также… …   Википедия

  • Физика ускорителей — раздел физики, изучающий динамику частиц в ускорителях, а также многочисленные технические задачи, связанные с сооружением и эксплуатацией ускорителей частиц. Физика ускорителей включает в себя вопросы, связанные с получением и накоплением частиц …   Википедия

  • ФИЗИКА. — ФИЗИКА. 1. Предмет и структура физики Ф. наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиб. общие свойства и законы движения окружающих нас объектов материального мира. Вследствие этой общности не существует явлений природы, не имеющих физ. свойств …   Физическая энциклопедия

  • Динамика сыпучих сред — Динамика сыпучих сред  раздел физики, изучающий движение сыпучих (гранулированных) материалов. Для улучшения этой статьи по физике желательно? …   Википедия

  • Физика твердого тела — Физика кристаллов Кристалл кристаллография Кристаллическая решётка Типы кристаллических решёток Дифракция в кристаллах Обратная решётка Ячейка Вигнера Зейтца Зона Бриллюэна Структурный фактор базиса Атомный фактор рассеяния Типы связей в… …   Википедия

  • ФИЗИКА — наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, св ва и строение материи и законы её движения. Понятия Ф. и её законы лежат в основе всего естествознания. Ф. относится к точным наукам и изучает количеств …   Физическая энциклопедия

  • Физика плазмы — Физика плазмы  раздел физики, изучающий свойства и поведение плазмы, в частности, в магнитных полях. Для физики плотной плазмы справедливо утверждение, что её можно считать подразделом физики сплошных сред, так как при исследовании плотной… …   Википедия

  • Физика сложных систем — В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете …   Википедия

  • Физика — Примеры разнообразных физических явлений Физика (от др. греч. φύσις …   Википедия

  • Физика —         I. Предмет и структура физики          Ф. – наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы её движения. Поэтому понятия Ф. и сё законы лежат в основе всего… …   Большая советская энциклопедия

Книги

  • Физика моря, В. В. Шулейкин. Настоящая книга, посвященная различным вопросам физики моря, включает в себя итоги важнейших, преимущественно отечественных исследований, а также наиболее существенных иностранных. В книге… Подробнее  Купить за 2684 грн (только Украина)
  • Физика моря, В. В. Шулейкин. За десять лет, которые истекли после выхода в свет предыдущего издания «Физики моря», в нашей науке развилось многое, только еще намечавшееся тогда. Теперь уже нет надобности доказывать, что… Подробнее  Купить за 1176 руб
  • Физика. От оценок к исследованию, А. П. Кузнецов, С. П. Кузнецов, А. В. Савин, Н. В. Станкевич. Книга вводит школьника и студента младшего курса в творческую лабораторию физика-исследователя, в форме задач знакомит с неформальной физикой, которая практически не представлена в… Подробнее  Купить за 1101 грн (только Украина)
Другие книги по запросу «Динамика (физика)» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.