Klasická mechanika: vysvětlení základních principů a zákonů

Pro klasickou mechaniku jsou důležité tři Newtonovy pohybové zákony. Objevil je Isaac Newton. Newtonovy zákony nám říkají, jak síly mění pohyb věcí, ale neříkají, co je příčinou těchto sil.

První zákon říká, že pokud nepůsobí žádná vnější síla (tlak nebo tah), věci, které se nepohybují, zůstanou nepohyblivé, a věci, které se pohybují, se budou pohybovat stále stejně. Dříve si lidé mysleli, že věci se zpomalí a přestanou se pohybovat, i když neexistuje žádná síla, která by je nutila zastavit. Podle Newtona to bylo špatně. Lidé často říkají, že předměty, které se nepohybují, mají tendenci zůstat nepohyblivé, a předměty, které se pohybují, mají tendenci zůstat pohyblivé, pokud na ně nepůsobí vnější síla, jako je gravitace, tření atd...

Druhý zákon říká, jak moc síla změní způsob, jakým se věc pohybuje. Pokud na objekt působí vnější síla, změní se jeho rychlost (rychlost a směr pohybu). Jak rychle se rychlost mění, se nazývá zrychlení. Druhý Newtonův zákon říká, že větší síly způsobují větší zrychlení. Předměty, které mají hodně věcí (hmotnosti), se však hůře tlačí, takže nemají takové zrychlení. Jiný způsob, jak to říci, je, že čistá síla působící na objekt se rovná rychlosti změny jeho hybnosti. Hybnost měří, kolik hmoty věc má, jak rychle se pohybuje a kterým směrem se pohybuje. Síly tedy mění hybnost, ale to, jak moc mohou změnit rychlost a směr pohybu, stále závisí na hmotnosti.

Třetí zákon říká, že pokud jedna věc působí silou na druhou věc, působí i druhá věc silou na první věc. Druhá síla je stejně velká jako první síla. Síly působí v opačných směrech. Například když skočíte z lodi dopředu, loď se pohybuje dozadu. Abyste mohli skočit dopředu, musela vás loď tlačit dopředu. Třetí Newtonův zákon říká, že aby vás loď mohla tlačit dopředu, museli jste vy tlačit loď dozadu. Lidé často říkají: Na každou akci existuje stejná a opačná reakce.

Kinematika je ve fyzice část klasické mechaniky, která vysvětluje pohyb objektů, aniž by se zabývala tím, co je příčinou pohybu nebo co pohyb ovlivňuje.

1rozměrná kinematika

Jednorozměrná (1D) kinematika se používá pouze tehdy, když se objekt pohybuje jedním směrem: buď do stran (zleva doprava), nebo nahoru a dolů. Existují rovnice, které lze použít k řešení problémů, které mají pohyb pouze v 1 rozměru nebo směru. Tyto rovnice vycházejí z definic rychlosti, zrychlení a vzdálenosti.

1. První 1D kinematická rovnice se zabývá zrychlením a rychlostí. Pokud se zrychlení a rychlost nemění. (Nemusí zahrnovat vzdálenost)

Rovnice: V f = v i + a t {\displaystyle V_{f}=v_{i}+at}

V_f je konečná rychlost.

v_i je počáteční nebo počáteční rychlost.

a je zrychlení

t je čas - jak dlouho byl objekt urychlován.

2. Druhá 1D kinematická rovnice určí vzdálenost, o kterou se pohybuje, pomocí průměrné rychlosti a času. (Nemusí zahrnovat zrychlení)

Rovnice: x = ( ( V f + V i ) / 2 ) t {\displaystyle x=((V_{f}+V_{i})/2)t}

x je vzdálenost, o kterou se pohybuje.

V_f je konečná rychlost.

v_i je počáteční nebo počáteční rychlost.

t je čas

3. Třetí 1D kinematická rovnice určuje vzdálenost, kterou objekt urazí při zrychlování. Zabývá se rychlostí, zrychlením, časem a vzdáleností. (Nemusí zahrnovat konečnou rychlost.)

Rovnice: X f = x i + v i t + ( 1 / 2 ) a t 2 {\displaystyle X_{f}=x_{i}+v_{i}t+(1/2)at^{2}}

X f {\displaystyle X_{f}} je konečná vzdálenost, o kterou se posuneme.

x_i je počáteční nebo počáteční vzdálenost

v_i je počáteční nebo počáteční rychlost.

a je zrychlení

t je čas

4. Čtvrtá 1D kinematická rovnice určí konečnou rychlost pomocí počáteční rychlosti, zrychlení a ujeté vzdálenosti. (Nemusí zahrnovat čas)

Rovnice: V f 2 = v i 2 + 2 a x {\displaystyle V_{f}^{2}=v_{i}^{2}+2ax}}

V_f je konečná rychlost

v_i je počáteční nebo počáteční rychlost.

a je zrychlení

x je vzdálenost, o kterou se pohybuje

Dvourozměrná kinematika

Dvourozměrná kinematika se používá, když se pohybuje ve směru x (zleva doprava) a y (nahoru a dolů). Pro tento typ kinematiky také existují rovnice. Existují však jiné rovnice pro směr x a jiné rovnice pro směr y. Galileo dokázal, že rychlost ve směru x se po celou dobu běhu nemění. Směr y je však ovlivněn gravitační silou, takže rychlost ve směru y se v průběhu běhu mění.

Rovnice směru X

Pohyb vlevo a vpravo

1. První rovnice ve směru x je jediná rovnice, kterou potřebujeme k řešení problémů, protože rychlost ve směru x zůstává stejná.

Rovnice: X = V x ∗ t {\displaystyle X=V_{x}*t}

X je vzdálenost posunutá ve směru x

V_x je rychlost ve směru x.

t je čas

Rovnice směru Y

Pohyb nahoru a dolů. Ovlivněno gravitací nebo jiným vnějším zrychlením

1. První rovnice ve směru y je téměř stejná jako první jednorozměrná kinematická rovnice s tím rozdílem, že se zabývá měnící se rychlostí y. Zabývá se volně padajícím tělesem, na které působí gravitace. (Vzdálenost není nutná)

Rovnice: V f y = v i y - g t {\displaystyle V_{f}y=v_{i}y-gt}

V_fy je konečná rychlost y

v_iy je počáteční nebo počáteční rychlost y.

g je gravitační zrychlení, které je 9,8 m/s 2 {\displaystyle m/s^{2}} nebo 32 f t/s 2 {\displaystyle ft/s^{2}}.

t je čas

2. Druhá rovnice pro směr y se používá v případě, že na objekt působí samostatné zrychlení, nikoli gravitace. V tomto případě je zapotřebí složka y vektoru zrychlení. (Vzdálenost není potřeba.)

Rovnice: V f y = v i y + a y t {\displaystyle V_{f}y=v_{i}y+a_{y}t}

V_fy je konečná rychlost y

v_iy je počáteční nebo počáteční rychlost y.

a_y je y-ová složka vektoru zrychlení

t je čas

3. Třetí rovnice pro směr y určí vzdálenost, o kterou se pohybujeme ve směru y, pomocí průměrné rychlosti y a času. (Nepotřebuje gravitační zrychlení ani vnější akceleraci).

Rovnice: X y = ( ( V f y + V i y ) / 2 ) t {\displaystyle X_{y}=((V_{f}y+V_{i}y)/2)t}

X_y je vzdálenost posunutá ve směru y.

V_fy je konečná rychlost y

v_iy je počáteční nebo počáteční rychlost y.

t je čas

4. Čtvrtá rovnice pro směr y se zabývá vzdáleností, o kterou se posuneme ve směru y, když na nás působí gravitace. (Nepotřebuje konečnou rychlost ve směru y.)

Rovnice: X f y = X i y + v i y - ( 1 / 2 ) g t 2 {\displaystyle X_{f}y=X_{i}y+v_{i}y-(1/2)gt^{2}}

X f y {\displaystyle X_{f}y} je konečná vzdálenost posunutá ve směru y.

x_iy je počáteční nebo počáteční vzdálenost ve směru y.

v_iy je počáteční rychlost ve směru y.

g je gravitační zrychlení, které je 9,8 m/s 2 {\displaystyle m/s^{2}} nebo 32 f t/s 2 {\displaystyle ft/s^{2}}.

t je čas

5. Pátá rovnice pro směr y se zabývá vzdáleností, o kterou se pohybujeme ve směru y, přičemž na nás působí jiné zrychlení než gravitační. (Nepotřebuje konečnou rychlost ve směru y.)

Rovnice: X f y = X i y + v i y + ( 1 / 2 ) a y t 2 {\displaystyle X_{f}y=X_{i}y+v_{i}y+(1/2)a_{y}t^{2}}}.

X f y {\displaystyle X_{f}y} je konečná vzdálenost posunutá ve směru y.

x_iy je počáteční nebo počáteční vzdálenost ve směru y.

v_iy je počáteční rychlost ve směru y.

a_y je y-ová složka vektoru zrychlení

t je čas

6. Šestá rovnice směru y určuje konečnou rychlost y při působení gravitace na určitou vzdálenost. (Nepotřebuje čas)

Rovnice: V f y 2 = V i y 2 - 2 g x y {\displaystyle V_{f}y^{2}=V_{i}y^{2}-2gx_{y}}

V_fy je konečná rychlost ve směru y.

V_iy je počáteční rychlost ve směru y.

g je gravitační zrychlení, které je 9,8 m/s 2 {\displaystyle m/s^{2}} nebo 32 f t/s 2 {\displaystyle ft/s^{2}}.

x_y je celková vzdálenost posunutá ve směru y.

7. Sedmá rovnice pro směr y určuje konečnou rychlost y při působení jiného než gravitačního zrychlení na určitou vzdálenost. (Nepotřebuje čas)

Rovnice: V f y 2 = V i y 2 + 2 a y x y {\displaystyle V_{f}y^{2}=V_{i}y^{2}+2a_{y}x_{y}}}.

V_fy je konečná rychlost ve směru y.

V_iy je počáteční rychlost ve směru y.

a_y je y-ová složka vektoru zrychlení

x_y je celková vzdálenost posunutá ve směru y.

• Newtonovy pohybové zákony