Классическая Механика: Законы Ньютона

Классическая Механика: Общие понятия

• Классическая механика — раздел физики, изучающий движение материальных объектов (тел) под действием сил. Она описывает поведение объектов в макроскопическом масштабе и при малых скоростях относительно скорости света.

• Основные законы классической механики основаны на работах Ньютона и его законах движения.

• Предметом изучения является движение тел, а также взаимодействие тел друг с другом и с силовыми полями.

Законы Ньютона

• Первый закон (закон инерции): Тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют внешние силы или действие сил скомпенсировано.

• Второй закон: Ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей всех сил, приложенных к телу, и обратно пропорционально его массе. Формула: F = ma, где F - сила, m - масса, a - ускорение.

• Третий закон (закон взаимодействия): Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, всегда равны по величине и противоположны по направлению.

Основы кинематики

• Кинематика изучает движение тел без учета причин этого движения.

• Положение: Определяет местоположение тела в пространстве.

• Скорость: Изменение положения тела за единицу времени. Различают мгновенную и среднюю скорость.

• Ускорение: Изменение скорости тела за единицу времени.

Динамика

• Сила: Внешнее воздействие, которое может изменить состояние покоя или движения тела.

• Силы: Различных типов: сила тяжести, сила упругости, сила трения, сила Архимеда, силы электромагнитные и др.

• Работа: Изменение энергии тела под действием силы.

• Мощность: Скорость совершения работы.

• Энергия: Способность совершать работу. Различают кинетическую и потенциальную энергию.

Кинетическая энергия

• Энергия, связанная с движением тела. Формула: KE = (1/2)mv², где KE - кинетическая энергия, m - масса, v - скорость.

Потенциальная энергия

• Энергия, связанная с положением тела в силовом поле. Примеры: гравитационная потенциальная энергия, потенциальная энергия упругой деформации.

Работа и Энергия

• Работа: Векторная величина, измеряемая произведением силы на проекцию перемещения в направлении силы (A=Fscosα).

• Закон сохранения энергии: Полная механическая энергия замкнутой системы остается постоянной, если на систему не действуют неконсервативные силы (например, сила трения).

Законы сохранения

• Закон сохранения импульса: Импульс замкнутой системы остается постоянным. Формула: p = mv. (Изменение импульса в системе равно импульсу внешней силы.)
• Закон сохранения момента импульса: Момент импульса замкнутой системы остается постоянным, если на неё не действуют внешние силы, момент которых равен нулю.

Гармонические колебания

• Гармонические колебания: Колебательное движение, где смещение от положения равновесия изменяется по синусоидальному закону.

• Период: Время одного полного колебания.

• Частота: Количество колебаний за единицу времени.

Взаимодействие тел

• Центр масс: Точка, в которой сосредоточена масса тела.
• Упругое столкновение: Силы взаимодействия имеют обратную направленность к импульсу и в сумме равны нулю. При столкновении сохраняется не только импульс, но и кинетическая энергия системы.
• Неупругое столкновение: Часть кинетической энергии превращается в другие виды энергии, например тепловую.
• Центробежная сила и центростремительная сила: Силы, возникающие при вращательном движении.