Динамика поступательного движения

С помощью кинематических уравнений можно вычислить положение движущегося тела в любой момент времени, если известны его начальное положение, скорость и ускорение. Но кинематика не даёт ответа на вопрос: по какой причине тело движется именно так, почему оно имеет именно такое ускорение?

Ответ на этот вопрос мы можем найти в динамике.

Прежде чем рассматривать законы динамики, необходимо определить основные динамические характеристики, используемые в этих законах.

Масса. Сила. Импульс

Из повседневного опыта известно, что для того чтобы сдвинуть неподвижное тело, следует приложить определённое усилие.

Усилие необходимо приложить и для того, чтобы остановить движущееся тело (или заставить его двигаться быстрее или медленнее).

Эго обусловлено гем, что любое тело имеет неотъемлемое свойство — инертность.

Инертность — это свойство тел сохранять состояние покоя или двигаться с неизменной скоростью при отсутствии внешнего воздействия.

Поскольку инертность разных тел различна, то возникает вопрос о количественной мере этого свойства. Поэтому и вводится масса — мера инертности тел. Чем больше инертность тела, тем больше его масса.

Масса — скалярная величина. В СИ масса измеряется в килограммах (кг).

Массу 1 кг имеет эталонная гиря из платино-иридиевого сплава, которая хранится в Международном бюро мер и весов.

Важным свойством массы служит её аддитивность, т. е. масса тела, состоящего из нескольких частей, равна сумме масс составных частей тела.

Очевидно, что воздействовать на тело можно сильнее или слабее.

Поэтому возникает необходимость в количественной мере воздействия. Такую меру представляет собой сила.

Сила — количественная мера воздействия одного тела на другое.

Поскольку в результате воздействия всякое реальное тело деформируется, сила может быть причиной деформации тел.

Деформация тел под действием сил позволяет разработать метод измерения сил. Например, если к висящей вертикально пружине подвесить тело, то пружина растянется на определённую величину. Если затем подвесить второе точно такое же тело, то пружина растянется едва раза сильнее. Если подвесить третье — в три раза и т. д. Таким образом, если имеется набор одинаковых эталонных тел, можно ввести единицу измерения силы.

В СИ единица измерения силы — ньютон (обозначается Н).

Сила, возникающая в результате притяжения к Земле, всегда направлена вниз. Но силы могут возникать и за счёт воздействия других тел. В этом случае сила может иметь другое направление. Это означает, что сила — векторная величина.

Любая сила характеризуется величиной, направлением и точкой приложения (одна и та же сила, приложенная к разным точкам одного и того же тела, действует по-разному).

Если на тело одновременно действует несколько сил, то в ряде случаев (но не всегда!) их действие будет эквивалентно действию одной силы, равной векторной сумме всех сил:

Сила F называется равнодействующей силой.

Понятия силы и массы были определены Ньютоном в XVII веке. Тогда же им была введена ещё одна характеристика движения — количество движения.

Количеством движения называют физическую величину, равную произведению массы тела на его скорость. В настоящее время эту характеристику называют импульсом:

Импульс — векторная величина. Направление вектора импульса совпадает по направлению с вектором скорости.

В СИ импульс измеряется в килограмм на метр в секунду (кг • м/с).