ДИНАМИКА (НЬЮТОН ЗАҢДАРЫ)

Ирисқулов.Ш

Ғылыми жетекші:Бркенова.А.С Ш.Уәлиханов атындағы Көкшетау университеті.Көкшетау қаласы.

Динамика-бұл денелердің өзара әрекеттесуін, қозғалыстың пайда болу себептерін және пайда болатын қозғалыс түрін зерттейтін механика бөлімі. Өзара әрекеттесу-бұл денелер бір-біріне өзара әсер ететін процесс. Физикада барлық өзара әрекеттесулер міндетті түрде жұптасады. Бұл дегеніміз, денелер бір-бірімен жұппен әрекеттеседі. Яғни, кез-келген әрекет міндетті түрде қарсылықты тудырады.

Ньютон заңдары динамиканың негізін қалаған іргелі заңдар болып табылады. Олардың тарихи дамуын және қолданылуын көптеген ғалымдар зерттеді. Ньютонның еңбегі заманауи механиканың дамуына үлкен әсер етті. Оның «Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica» еңбегі қазіргі механика мен физиканың негізін қалады [1].

Г. Голдстейннің «Классикалық механика» еңбегінде Ньютон заңдарының қолданылу аясы кеңінен талданған. Бұл еңбекте динамиканың принциптері математикалық тұрғыдан дәлелденіп, оның қазіргі заманғы техникалық ғылымдардағы орны сипатталған [2].

Л.Д. Ландау мен Е.М. Лифшицтің «Механика» атты еңбегі классикалық механиканың терең түсіндірмесін береді. Бұл кітапта Ньютон заңдарының релятивистік механикамен байланысы да қарастырылады [3].

Сонымен қатар, Р. Фейнманның «Фейнман лекциялары» еңбегінде Ньютон заңдары тәжірибелік тұрғыдан түсіндіріліп, олардың қолданылуы нақты мысалдар арқылы берілген [4].

Теориялық механика бойынша Н.Е. Кочиннің еңбектері динамиканың нақты есептерін шешуге бағытталған. Ол механикада күштерді есептеу әдістеріне ерекше назар аударады [5].

Күш-бұл денелердің өзара әрекеттесу қарқындылығының сандық өлшемі.күш-дененің бүкіл немесе оның бөліктерінің (деформация) жылдамдығының өзгеруінің себебі. Күш-векторлық шама. Күш бағытталған түзу күштің әрекет ету сызығы деп аталады. Күш үш параметрмен сипатталады: қолдану нүктесі, модуль (сандық мән) және бағыт. Халықаралық бірліктер жүйесінде (SI) күш Ньютонмен өлшенеді (N). Күштерді өлшеу үшін калибрленген серіппелер қолданылады. Мұндай калибрленген серіппелер динамометрлер деп аталады. Күш динамометрдің созылуымен өлшенеді. [6]

Денеге әсер ететін барлық күштер сияқты әсер ететін күш нәтиже күші деп аталады. Ол векторға тең Денеге әсер ететін барлық күштердің қосындысы:

Ньютонның бірінші заңы (инерция заңы)

Тұжырымдама: Егер денеге сыртқы күштер әсер етпесе немесе әсер етуші күштер теңгерілген болса, онда ол дене тыныштық күйде қалады немесе түзу сызықты бірқалыпты қозғалысын жалғастырады.

Мысал: аялдама алдында тежейтін автобус.

Бұл автобуста тұрған адамға келесі күштер әсер етеді:

1. ауырлық күші;

2. тірек реакциясының күші.

1-Сурет

Қарастырылып отырған барлық күштердің қосындысы нөлге тең болады, сондықтан адам жалғыз қалуы керек, бірақ тежеу кезінде адам инерциямен алға жылжи бастайды.

2-Сурет [7]

Формула:

Бұл заң инерция ұғымын енгізеді, яғни кез келген дене өзінің қозғалыс күйін өзгерту үшін сыртқы күштің әсерін қажет етеді. [4]

Ньютонның екінші заңы (негізгі динамика заңы)

Тұжырымдама: Денеге әсер ететін қорытқы күш оның массасы мен үдеуі көбейтіндісіне тең болады.

Формула:

Мұнда:

• – денеге әсер ететін қорытқы күш (Ньютон, Н),

• – дененің массасы (килограмм, кг),

• – үдеу (м/с²).

Бұл заң денелердің қозғалысын сандық түрде сипаттауға мүмкіндік береді. Егер денеге үлкен күш әсер етсе, оның үдеуі артады, ал масса көп болған сайын үдеу азаяды.

Ньютонның үшінші заңы (әрекет пен қарсы әрекет заңы)

Тұжырымдама: Әрбір әрекетке оған тең, бірақ қарама-қарсы бағытталған қарсы әрекет болады.

3-Сурет

Формула:

Бұл заң денелердің өзара әрекеттесуін сипаттайды. Мысалы, адам жерді аяқпен итергенде, жер де адамға қарама-қарсы бағытта күшпен әсер етеді, нәтижесінде адам қозғалысқа келеді. [7]

Ньютон заңдарының қолданылуы

1. Көлік қозғалысы: Автокөліктердің қозғалысы мен тежелуі Ньютонның заңдары негізінде есептеледі.

2. Аэронавтика: Ғарыш кемелері мен ұшақтар Ньютон заңдарына сәйкес қозғалады.

3. Инженерия: Көпірлер мен ғимараттардың беріктігіне әсер ететін күштерді есептеу үшін қолданылады.

4. Спорт: Футбол добының траекториясы, жүгіру кезінде аяқтың итерілуі Ньютон заңдарына байланысты.

Осы уақытқа дейін біз денелердің қозғалысын уақытқа байланысты қарастырдық, бұл қозғалыстарды тудыратын себептер анықталмады. Динамика заңдары денелердің қозғалысы мен белгілі бір қозғалысты тудырған немесе өзгерткен себептер арасында байланыс орнатады.

Материалдық нүктенің трансляциялық қозғалысын қарастырыңыз, ол үшін біз осындай қозғалысты сипаттайтын динамикалық сипаттамаларды енгіземіз. Мұндай сипаттамаларға күш, масса, импульс ұғымы жатады. Қарастыруды инерциялық деп аталатын және кейінірек анықталатын анықтамалық жүйелердегі денелердің қозғалыстарынан бастайық.

1. Инерциялық санақ жүйесіндегі кез-келген дененің қозғалысы басқа денелермен өзара әрекеттесу кезінде ғана қозғалады немесе өзгереді. Денелер арасындағы өзара әрекеттесуді сипаттау үшін осы өзара әрекеттесудің сандық өлшемін беретін күш ұғымы енгізіледі.

Өзара әрекеттесудің физикалық табиғаты әртүрлі болуы мүмкін, гравитациялық, электрлік, магниттік және басқа өзара әрекеттесулер бар (1-кестені қараңыз). Механикада күштердің физикалық табиғаты маңызды емес, олардың шығу тегі туралы мәселе анықталмайды. Бірақ өзара әрекеттесудің барлық түрлері үшін олардың сандық өлшемі біртұтас түрде таңдалуы керек. Әр түрлі сипаттағы күштерді бірдей стандарттар мен өлшем бірліктерінің көмегімен өлшеу керек. Механика заңдары әмбебап, яғни олар кез-келген табиғаттың күшімен денелердің қозғалысын сипаттайды. Механикада қарастырылатын өзара әрекеттесулер үшін күш келесідей анықталуы мүмкін.

Күш дегеніміз-бір дененің екіншісіне механикалық әсер етуінің өлшемі болып табылатын F векторлық шамасы.

Механикалық өзара әрекеттесу тікелей жанасатын денелер (үйкеліс күші, тірек реакциясының күші және т.б.) арасында да, алыстағы денелер арасында да жүзеге асырылуы мүмкін.

Заттың бөлшектерін біртұтас жүйелерге байланыстыратын және белгілі бір бөлшектердің екіншісіне соңғы жылдамдықпен әсер ететін заттың ерекше түрі физикалық өріс немесе жай өріс деп аталады.

Алыстағы денелер арасындағы өзара әрекеттесу гравитациялық (ауырлық күші) немесе электромагниттік өрістер арқылы жүзеге асырылады.

Күштің механикалық әрекеті дененің үдеуіне немесе оның деформациясына әкелуі мүмкін. Күш-екі дененің өзара әрекеттесуінің нәтижесі. Денеге әсер ететін күштерді дұрыс анықтау үшін көптеген мысалдар келтірілген әдебиеттерді [7,9] пайдалануға болады.

Қорыта келгенде ньютон заңдары динамиканың негізгі қағидаларын анықтайды және классикалық механикада кеңінен қолданылады. Олар қозғалысты сипаттаумен қатар, инженерия, аэронавтика, көлік құралдары мен басқа да көптеген салаларда маңызды рөл атқарады. Қазіргі заманғы физиканың дамуы бұл заңдарға негізделген, және олар физиканың көптеген салаларында қолданылуда.

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

1. Ньютон И. "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica", 1687.

2. Голдстейн Г. "Классическая механика", 1950.

3. Ландсберг Г.С. "Элементы теоретической физики", 1984.

4. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. "Механика", 1960.

5. Фейнман Р. "Фейнмановские лекции по физике", 1964.

6. Тейлор Дж. "Классическая механика", 2005.

7. Кочин Н.Е. "Теоретическая механика", 1971.