Закони динаміки. Поняття маси, сили, імпульсу, імпульсу сили. Інерціальні системи відліку

Динаміка – це розділ механіки, в якому вивчають механічний рух з врахуванням діючих сил. В основі динаміки лежать закони Ньютона, які є результатом багатовікового досвіду.

Перший закон Ньютона: існують такі системи відліку в яких матеріальна точка (тіло) перебуває в стані спокою або рухається рівномірно і прямолінійно доти, поки дія з боку інших тіл не змусить її змінити цей стан.

Перший закон Ньютона називають законом інерції, а системи відліку, відносно яких виконується даний закон – інерціальними системами відліку. Якщо відома хоча б одна інерціальна система відліку, то всі інші системи відліку, які перебувають відносно неї в спокої або рухаються рівномірно і прямолінійно теж будуть інерціальними. Дослідним шляхом встановлено, що інерціальною системою відліку можна вважати систему відліку зв’язану з Сонцем.

Властивість тіла зберігати стан спокою або рівномірного прямолінійного руху без дії на нього інших тіл називають інертністю. Фізичну величину, яка є мірою інертності тіла, називають інертною масою. Разом з тим маса тіла характеризує здатність його взаємодіяти з іншими тілами згідно з законом всесвітнього тяжіння. в цьому випадку маса є мірою гравітаційної взаємодії і її називають гравітаційною масою. В сучасній фізиці з високою точністю встановлено, що інертна та гравітаційні маси рівні між собою для швидкостей значно менших від швидкості світла. Отже, маса– це міра інертних і гравітаційних властивостей тіла.

Сила – це векторна величина, яка є мірою взаємодії між тілами внаслідок чого тіла отримують прискорення або змінюють свою форму та розміри.

Другий закон Ньютона: прискорення, що його набуває матеріальна точка (тіло), прямо пропорційне рівнодійній всіх діючих сил, співпадає з нею за напрямком і обернено пропорційне масі матеріальної точки (тіла)

. (1.30)

При розв’язуванні задач часто використовують таку форму запису:

. (1.31)

Добуток маси матеріальної точки на її швидкість називають імпульсом матеріальної точки

. (1.32)

Підставивши (1.32) в (1.31), отримаємо більш загальний вираз для другого закону Ньютона

. (1.33)

Останнє співвідношення можна сформулювати так: швидкість зміни імпульсу матеріальної точки рівна діючій на неї силі.

Добуток сили на час її дії називають імпульсом сили. Переписавши (1.33) у вигляді

, (1.34)

Отримаємо: зміна імпульсу тіла рівна імпульсу сили.

Третій закон Ньютона: сили, з якими взаємодіють дві матеріальні точки, рівні за модулем і протилежні за напрямком, діючи вздовж прямої, що з’єднує ці матеріальні точки

. (1.35)

де – сила, що діє на перше тіло з боку другого, а – сила, що діє на друге тіло з боку першого.

Ці сили прикладені до різних тіл, тому не врівноважують одан одну. Третій закон динаміки справедливий лише в випадку контактних взаємодій, тобто при безпосередньому дотику та при взаємодії на відстані між нерухомими тілами.