DINAMIKA: KASAYSAYAN, KUNG ANO ANG PAG-AARAL, BATAS AT TEORYA - PISIKAL - 2025

Ang pabago-bago ay ang lugar ng mga mekanika na nag-aaral ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga katawan at ang kanilang mga epekto. Nakikipag-usap ito sa paglalarawan sa kanila ng husay at dami, pati na rin ang paghula kung paano sila magbabago sa paglipas ng panahon.

Ang paglalapat ng mga prinsipyo nito, alam kung paano ang paggalaw ng isang katawan ay nabago kapag nakikipag-ugnay sa iba, at din kung ang mga pakikipag-ugnay na ito ay ipinapahiwatig ito, dahil perpektong posible na ang parehong mga epekto ay naganap nang sabay.

Larawan 1. Ang mga pakikipag-ugnay sa siklista ay nagbabago sa kanilang paggalaw. Pinagmulan: Pixabay.

Ang paniniwala ng dakilang pilosopong Greek na si Aristotle (384-322 BC) ay nanalo bilang pundasyon ng dinamika sa West sa loob ng maraming siglo. Naisip niya na ang mga bagay ay lumipat dahil sa ilang uri ng enerhiya na nagtulak sa kanila sa isang direksyon o sa iba pa.

Napansin din niya na habang ang isang bagay ay itinutulak, gumagalaw ito nang palagiang bilis, ngunit kapag ang pagtulak ay tumigil, lalo itong gumagalaw nang marahan hanggang sa huminto ito.

Ayon kay Aristotle, ang pagkilos ng isang palaging puwersa ay kinakailangan upang gumawa ng isang bagay na gumagalaw sa palagiang bilis, ngunit ang nangyari ay ang pilosopo na ito ay walang mga epekto ng alitan.

Ang isa pang ideya ng kanyang ay ang mas mabibigat na mga bagay ay bumagsak nang mas mabilis kaysa sa mga magaan. Ito ay ang dakilang Galileo Galilei (1564-1642) na nagpakita sa pamamagitan ng mga eksperimento na ang lahat ng mga katawan ay bumagsak na may parehong pagbilis nang walang kinalaman sa kanilang masa, pinapabayaan ang mga malapot na epekto.

Ngunit ito ay si Isaac Newton (1642-1727), ang pinaka-kapansin-pansin na siyentipiko na nabuhay na, na itinuturing na ama ng modernong dinamika at pagkalkula ng matematika, kasama si Gottfried Leibniz.

Larawan 2. Si Isaac Newton noong 1682 ni Godfrey Kneller. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Ang mga tanyag na batas, na nabuo noong ika-17 siglo, ay nananatiling may bisa at sariwa ngayon. Ang mga ito ang pundasyon ng mga klasikal na mekanika, na nakikita at nakakaapekto sa atin araw-araw. Ang mga batas na ito ay tatalakayin sa madaling panahon.

Ano ang pag-aaral ng dinamika?

Sinusuri ng Dynamics ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga bagay. Kapag nakikipag-ugnay ang mga bagay may mga pagbabago sa kanilang paggalaw at pagpapapangit. Ang isang partikular na lugar na tinatawag na static ay nakatuon sa mga sistemang iyon sa balanse, ang mga nasa pamamahinga o may pantay na paggalaw ng rectilinear.

Ang paglalapat ng mga prinsipyo ng dinamika posible upang mahulaan, sa pamamagitan ng mga equation, kung ano ang magiging mga pagbabago at ebolusyon ng mga bagay sa oras. Upang gawin ito, ang ilang mga pagpapalagay ay itinatag depende sa uri ng system na mapag-aralan.

Mga partikulo, mahigpit na solido at tuluy-tuloy na media

Ang modelo ng butil ay ang pinakasimpleng upang simulan ang paglalapat ng mga prinsipyo ng dinamika. Sa loob nito ay ipinapalagay na ang bagay na dapat pag-aralan ay may masa, ngunit walang mga sukat. Samakatuwid ang isang maliit na butil ay maaaring maging kasing liit ng isang elektron o kasing laki ng Earth o sa Araw.

Kung nais mong obserbahan ang epekto ng laki sa mga dinamika, kinakailangang isaalang-alang ang laki at hugis ng mga bagay. Ang isang modelo na isinasaalang-alang na ito ay ang mahigpit na solid, isang katawan na may nasusukat na sukat na binubuo ng napakaraming mga partikulo, ngunit na hindi nababago sa ilalim ng mga epekto ng mga puwersa.

Sa wakas, ang mga mekanika ng tuluy-tuloy na media ay isinasaalang-alang hindi lamang ang mga sukat ng bagay, kundi pati na rin ang mga partikular na katangian nito, kabilang ang kakayahang magkaroon ng deform. Ang patuloy na media ay sumasaklaw sa matibay at hindi matibay na solido, pati na rin ang mga likido.

Mga batas ni Newton

Ang susi sa pag-unawa kung paano gumagana ang dinamika sa masusing pag-unawa sa mga batas ng Newton, na kung saan ay kinaugnay ang mga puwersa na kumikilos sa isang katawan na may mga pagbabago sa estado ng paggalaw o pahinga.

Unang Batas ng Newton

Paliwanag ng unang batas ng Newton. Pinagmulan: ginawa ng sarili.

Sinabi nito:

Ang unang bahagi ng pahayag ay tila maliwanag, dahil malinaw na ang isang bagay sa pahinga ay mananatili sa ganoong paraan, maliban kung maaabala. At para sa isang puwersa ay kinakailangan.

Sa kabilang banda, ang katotohanan na ang isang bagay ay nagpapatuloy sa paggalaw kahit na ang lakas ng net dito ay zero ay medyo mahirap tanggapin, dahil tila ang isang bagay ay maaaring manatili sa paggalaw nang walang hanggan. At ang pang-araw-araw na karanasan ay nagsasabi sa amin na mas maaga o mas bago ang mga bagay ay nagpapabagal.

Ang sagot sa halatang pagsalungat na ito ay nasa alitan. Sa katunayan, kung ang isang bagay ay lumipat sa isang perpektong makinis na ibabaw, magagawa nito nang walang hanggan, sa pag-aakalang walang iba pang puwersa na nag-iiba ang paggalaw.

Dahil imposibleng alisin ang pagkiskis ng buo, ang sitwasyon kung saan ang isang katawan ay gumagalaw nang walang hanggan sa isang palaging bilis ay isang ideyalisasyon.

Sa wakas, mahalagang tandaan na kahit na ang lakas ng net ay zero, hindi ito kinakailangan na kumakatawan sa isang kabuuang kawalan ng mga puwersa sa bagay.

Ang mga bagay sa ibabaw ng lupa ay laging nakakaranas ng gravitational na akit. Ang isang libro na nagpapahinga sa isang mesa ay nananatiling ganoon, dahil ang ibabaw ng talahanayan ay nagsasagawa ng puwersa na lumalaban sa bigat.

Pangalawang batas ng Newton

Paliwanag ng pangalawang batas ni Newton. Pinagmulan: ginawa ng sarili.

Ang unang batas ng Newton ay nagtatag kung ano ang mangyayari sa isang bagay na kung saan ang net o nagreresultang puwersa ay zero. Ngayon ang pangunahing batas ng dinamika o pangalawang batas ni Newton ay nagpapahiwatig kung ano ang mangyayari kapag ang net net ay hindi makansela:

Sa epekto, mas malaki ang isang inilapat na puwersa, mas malaki ang pagbabago sa bilis ng isang bagay. At kung ang parehong puwersa ay inilalapat sa mga bagay ng iba't ibang masa, ang pinakadakilang mga pagbabago ay makakaranas ng mga bagay na mas magaan at madaling ilipat. Araw-araw na karanasan ay sumasang-ayon sa mga pahayag na ito.

Pangatlong batas ni Newton

Ang isang space rocket ay tumatanggap ng kinakailangang propulsion salamat sa mga naalis na gas. Pinagmulan: Pixabay.

Ang unang dalawang batas ni Newton ay tumutukoy sa isang bagay. Ngunit ang ikatlong batas ay tumutukoy sa dalawang bagay. Pangalanan namin silang object 1 at object 2:

F ₁₂ = - F ₂₁

Sa katunayan, sa tuwing ang isang katawan ay apektado ng isang puwersa, ito ay dahil ang isa pa ay may pananagutan sa sanhi nito. Kaya, ang mga bagay sa Earth ay may bigat, sapagkat nakakaakit ito sa gitna nito. Ang isang de-koryenteng singil ay tinanggihan ng isa pang singil ng parehong pag-sign, sapagkat ito ay nagsasagawa ng isang nakakapangit na puwersa sa una, at iba pa.

Larawan 3. Buod ng mga batas ng Newton. Pinagmulan: Wikimedia Commons. Hugo4914.

Mga prinsipyo ng pangangalaga

Sa dinamika maraming mga dami na na-conserve sa panahon ng paggalaw at na ang pag-aaral ay mahalaga. Ang mga ito ay tulad ng isang solidong haligi kung saan posible na maglakip upang malutas ang mga problema kung saan ang mga puwersa ay nag-iiba sa mga kumplikadong paraan.

Isang halimbawa: kapag bumangga ang dalawang sasakyan, ang pakikipag-ugnayan sa pagitan nila ay napakatindi ngunit maikli. Napakalakas na walang ibang mga puwersa na kailangang isaalang-alang, samakatuwid ang mga sasakyan ay maaaring isaalang-alang bilang isang nakahiwalay na sistema.

Ngunit ang paglalarawan ng matinding pakikipag-ugnay na ito ay hindi isang madaling gawain, dahil nagsasangkot ito ng mga puwersa na nag-iiba sa oras at sa kalawakan. Gayunpaman, sa pag-aakalang ang mga sasakyan ay bumubuo ng isang nakahiwalay na sistema, ang mga puwersa sa pagitan ng mga ito ay panloob, at ang momentum ay natipid.

Sa pamamagitan ng pag-iingat ng momentum posible na mahulaan kung paano lilipat ang mga sasakyan pagkatapos ng pagbangga.

Narito ang dalawa sa pinakamahalagang mga alituntunin sa pag-iingat sa Dynamics:

Pag-iingat ng enerhiya

Sa likas na katangian ay may dalawang uri ng puwersa: konserbatibo at hindi konserbatibo. Ang timbang ay isang mabuting halimbawa ng dating, habang ang alitan ay isang mabuting halimbawa ng huli.

Sa gayon, ang mga puwersang konserbatibo ay nailalarawan dahil inaalok nila ang posibilidad ng pag-iimbak ng enerhiya sa pagsasaayos ng system. Ito ang tinatawag na potensyal na enerhiya.

Kapag ang isang katawan ay may potensyal na enerhiya salamat sa pagkilos ng isang konserbatibong puwersa tulad ng bigat at pumapasok sa paggalaw, ang potensyal na enerhiya na ito ay na-convert sa kinetic energy. Ang kabuuan ng parehong energies ay tinatawag na mekanikal na enerhiya ng system at ito ang isa na natipid, iyon ay, nananatiling pare-pareho.

Hayaan ang U ay ang potensyal na enerhiya, K ang kinetic enerhiya, at E _m ang mekanikal na enerhiya. Kung ang mga puwersang konserbatibo lamang ang kumikilos sa isang bagay, totoo na:

Kaya:

Pag-iingat ng momentum

Ang prinsipyong ito ay naaangkop hindi lamang kapag bumangga ang dalawang sasakyan. Ito ay isang batas ng pisika na may isang saklaw na lumalampas sa macroscopic na mundo.

Ang momentum ay natipid sa antas ng solar, stellar at galaxy system. At ginagawa din nito sa laki ng atom at atomic nucleus, kahit na ang mga mekanismo ng Newtonian ay tumigil na maging wasto doon.

Hayaan ang P ang momentum vector na ibinigay ni:

P = m. v

Pagdudulot ng P na may paggalang sa oras:

Kung ang masa ay nananatiling pare-pareho:

Samakatuwid maaari naming isulat ang pangalawang batas ni Newton na tulad nito:

_Net F = d P / dt

Kung ang dalawang katawan m ₁ at m _{2 ay} bumubuo ng isang nakahiwalay na sistema, ang mga puwersa sa pagitan nila ay panloob at ayon sa ikatlong batas ni Newton, sila ay pantay at kabaligtaran F ₁ = - F ₂ , na natutupad na:

Kung ang derivative na may paggalang sa oras ng isang magnitude ay zero, nangangahulugan ito na ang magnitude ay nananatiling patuloy. Samakatuwid, sa isang nakahiwalay na sistema, maipapahayag na ang momentum ng system ay na-conserve:

P ₁ + P ₂ = palagi

Kahit na, P ₁ at P _{2 ay} maaaring magkakaiba-iba. Ang momentum ng isang sistema ay maaaring maipamahagi, ngunit ang mahalaga ay ang kabuuan nito ay nananatiling hindi nagbabago.

Mga tampok na konsepto sa dinamika

Maraming mahahalagang konsepto sa dinamika, ngunit ang dalawa sa kanila ay nakatayo: masa at puwersa. Sa puwersa na nagkomento dati at sa ibaba mayroong isang listahan na may mga kilalang konsepto na lilitaw sa tabi nito sa pag-aaral ng dinamika:

Inertia

Ito ang pag-aari na dapat pigilan ng mga bagay ang mga pagbabago sa kanilang estado ng pahinga o paggalaw. Ang lahat ng mga bagay na may masa ay may kawalang-kilos at ito ay nakakaranas ng madalas, halimbawa kapag naglalakbay sa isang pinabilis na kotse, ang mga pasahero ay may posibilidad na manatili sa pamamahinga, na kung saan ay nakita bilang isang pandamdam na dumikit sa likuran ng upuan.

At kung biglang tumigil ang sasakyan, ang mga pasahero ay may posibilidad na gumulong, kasunod ng pasulong na paggalaw na nauna nila, kaya mahalaga na palaging magsuot ng sinturon ng upuan.

Larawan 4. Kapag naglalakbay sa pamamagitan ng kotse, ang pagkawalang-kilos ay nagiging sanhi sa amin na bumagsak kapag ang kotse ay preno nang masakit. Pinagmulan: Pixabay.

Mass

Ang masa ay ang sukatan ng pagkawalang-galaw, dahil mas malaki ang masa ng isang katawan, mas mahirap na ilipat o baguhin ang paggalaw nito. Ang masa ay isang dami ng scalar, nangangahulugan ito na upang tukuyin ang masa ng isang katawan kinakailangan na bigyan ang halaga ng bilang kasama ang napiling yunit, na maaaring maging kilo, pounds, gramo at marami pa.

Timbang

Ang timbang ay ang puwersa kung saan ang Earth ay kumukuha ng mga bagay na malapit sa ibabaw nito patungo sa sentro nito.

Dahil ito ay isang puwersa, ang bigat ay may isang character na vector, samakatuwid ito ay ganap na tinukoy kapag ang lakas o numero nito na numero, ang direksyon at kahulugan nito ay ipinahiwatig, na alam na natin ay patayo pababa.

Kaya, kahit na may kaugnayan, timbang at masa ay hindi pantay, hindi kahit na katumbas, dahil ang una ay isang vector at ang pangalawa ay isang scalar.

Mga sistema ng sanggunian

Ang paglalarawan ng isang kilusan ay maaaring magkakaiba depende sa napiling sanggunian. Ang mga umaakyat sa isang elevator ay nagpapahinga ayon sa isang frame ng sanggunian na naayos dito, ngunit nakita ng isang tagamasid sa lupa, ang mga pasahero ay gumagalaw.

Kung ang isang katawan ay nakakaranas ng paggalaw tungkol sa isang balangkas ng sanggunian ngunit nasa pamamahinga sa isa pa, ang mga batas ni Newton ay hindi maaaring mailapat sa pareho. Sa katunayan, ang mga batas ng Newton ay naaangkop sa ilang mga frame ng sanggunian: ang mga iyon ay walang-bisa.

Sa mga inertial reference frame, ang mga katawan ay hindi mapabilis maliban kung sila ay nabalisa sa ilang paraan - sa pamamagitan ng pag-apply ng isang puwersa.

Ang mga kathang-isip na puwersa

Ang mga kathang-isip na puwersa o pseudo-pwersa ay lilitaw kapag nasuri ang kilusan ng isang katawan sa isang pinabilis na sanggunian na sanggunian. Ang isang kathang-isip na puwersa ay nakikilala dahil hindi posible na kilalanin ang ahente na responsable sa hitsura nito.

Ang puwersa ng sentripugal ay isang mabuting halimbawa ng kathang-isip na puwersa. Gayunpaman, ang katotohanan na hindi ito ginagawang mas gaanong tunay para sa mga nakakaranas nito kapag lumiko sila sa kanilang mga kotse at naramdaman na ang isang di-nakikitang kamay ay nagtutulak sa kanila mula sa curve.

Pagpapabilis

Ang mahalagang vector na ito ay nabanggit na dati. Ang isang bagay ay nakakaranas ng pabilis hangga't mayroong isang puwersa na nagbabago ng bilis nito.

Trabaho at lakas

Kapag ang isang puwersa ay kumikilos sa isang bagay at binago nito ang posisyon, ang lakas ay nakagawa ng trabaho. At ang gawaing ito ay maaaring maiimbak sa anyo ng enerhiya. Samakatuwid, ang trabaho ay isinasagawa sa bagay, salamat sa kung saan nakakakuha ito ng enerhiya.

Ang sumusunod na halimbawa ay tinatanggal ang punto: Ipagpalagay na ang isang tao ay nagtaas ng isang palayok ng isang tiyak na taas sa antas ng lupa.

Para sa mga ito, dapat itong mag-apply ng isang puwersa at pagtagumpayan ang grabidad, samakatuwid gumagana ito sa palayok at ang gawaing ito ay nakaimbak sa anyo ng potensyal na potensyal na enerhiya sa palayok, proporsyonal sa masa nito at ang taas na naabot nito sa itaas ng sahig. :

Kung saan ang masa ay g, ang grav ay, at ang h ay taas. Ano ang magagawa ng palayok sa sandaling ito ay nasa taas h? Kaya, maaari itong mahulog at habang bumagsak ito, ang potensyal na potensyal na gravitational na nababawasan nito, habang tumataas ang kinetic o enerhiya ng paggalaw.

Para sa isang puwersa na gumawa ng trabaho, dapat itong gumawa ng isang paglilipat na dapat na kahanay sa puwersa. Kung hindi ito nangyari, ang puwersa ay kumikilos pa rin sa bagay, ngunit hindi ito gumana.

Kaugnay na mga paksa

Unang batas ni Newton.

Pangalawang batas ng Newton.

Pangatlong batas ni Newton.

Batas ng pag-iingat ng bagay.

Mga Sanggunian

1. Bauer, W. 2011. Physics para sa Teknolohiya at Siyensya. Dami 1. Mc Graw Hill.
2. Figueroa, D. 2005. Serye: Physics para sa Agham at Engineering. Dami 2. Dinamika. Na-edit ni Douglas Figueroa (USB).
3. Giancoli, D. 2006. Pisika: Mga Prinsipyo na may Aplikasyon. Ika-6 .. Ed Prentice Hall.
4. Hewitt, Paul. 2012. Konsepto na Pang-agham na Pang-agham. Ika-5. Ed. Pearson.
5. Kirkpatrick, L. 2007. Physics: Isang Tumingin sa Mundo. Ika-6 na minutong edisyon. Pag-aaral ng Cengage.
6. Knight, R. 2017. Physics para sa Siyentipiko at Teknolohiya: isang Diskarte sa Diskarte. Pearson.
7. Wikipedia. Dynamic. Nabawi mula sa: es.wikipedia.org.