Dynamika (mechanika)

Aby zapoznać się z dynamiką jako matematyczną analizą ruchu ciał w wyniku działania sił, patrz dynamika analityczna .

Dynamika to dział mechaniki klasycznej zajmujący się badaniem sił i ich wpływu na ruch . Isaac Newton jako pierwszy sformułował podstawowe prawa fizyczne rządzące dynamiką w klasycznej fizyce nierelatywistycznej, zwłaszcza jego drugie prawo ruchu .

Zasady

Ogólnie rzecz biorąc, badacze zajmujący się dynamiką badają, w jaki sposób system fizyczny może się rozwijać lub zmieniać w czasie i badają przyczyny tych zmian. Ponadto Newton ustanowił podstawowe prawa fizyczne rządzące dynamiką w fizyce. Studiując jego system mechaniki, można zrozumieć dynamikę. W szczególności dynamika jest głównie związana z drugą zasadą dynamiki Newtona. Jednak wszystkie trzy prawa ruchu są brane pod uwagę, ponieważ są one ze sobą powiązane w dowolnej obserwacji lub eksperymencie.

Dynamika liniowa i obrotowa

Badanie dynamiki dzieli się na dwie kategorie: liniową i rotacyjną. Dynamika liniowa dotyczy obiektów poruszających się po linii i obejmuje takie wielkości jak siła , masa / bezwładność , przemieszczenie (w jednostkach odległości), prędkość (odległość na jednostkę czasu), przyspieszenie (odległość na jednostkę czasu do kwadratu) i pęd (masa razy jednostka prędkości). Dynamika obrotowa dotyczy obiektów, które obracają się lub poruszają po zakrzywionej ścieżce i obejmuje takie wielkości, jak obrotowy , moment bezwładności / bezwładności obrotowej , przemieszczenie kątowe (w radianach lub rzadziej w stopniach), prędkość kątowa (w radianach na jednostkę czasu) , przyspieszenie (radiany na jednostkę czasu do kwadratu) i moment pędu (moment bezwładności pomnożony przez jednostkę prędkości kątowej). Bardzo często obiekty wykazują ruch liniowy i obrotowy.

W przypadku klasycznego elektromagnetyzmu równania Maxwella opisują kinematykę. Dynamika układów klasycznych, obejmująca zarówno mechanikę, jak i elektromagnetyzm, jest opisana przez połączenie praw Newtona, równań Maxwella i siły Lorentza .

Siła

Główny artykuł: Siła

Od Newtona siłę można zdefiniować jako wysiłek lub nacisk , który może spowodować przyspieszenie obiektu . Pojęcie siły jest używane do opisania wpływu, który powoduje przyspieszenie swobodnego ciała (przedmiotu). Może to być pchnięcie lub pociągnięcie, które powoduje, że obiekt zmienia kierunek, ma nową prędkość lub deformuje się czasowo lub trwale. Ogólnie rzecz biorąc, siła powoduje zmianę stanu ruchu obiektu .

prawa Newtona

Główny artykuł: prawa ruchu Newtona

Newton opisał siłę jako zdolność do spowodowania przyspieszenia masy. Jego trzy prawa można podsumować w następujący sposób:

1. Pierwsze prawo : Jeśli na ciało nie działa wypadkowa siła, to jego prędkość jest stała: albo ciało jest w spoczynku (jeśli jego prędkość jest równa zeru), albo porusza się ze stałą prędkością w jednym kierunku.
2. Drugie prawo : Szybkość zmiany pędu liniowego P obiektu jest równa wypadkowej sile F _net , tj. d P / dt = F _net .
3. Trzecie prawo : Kiedy pierwsze ciało działa siłą F ₁ na drugie ciało, drugie ciało jednocześnie wywiera siłę F ₂ = − F ₁ na pierwsze ciało. Oznacza to, że F ₁ i F ₂ są równe pod względem wielkości i przeciwne w kierunku.

Prawa dynamiki Newtona obowiązują tylko w inercjalnym układzie odniesienia .

Zobacz też

• Statyka
• Dynamika wieloobiektowa
• Dynamika ciała sztywnego
• Dynamika analityczna

Dalsza lektura

•   Attenborough K, Postema M (2008). Kieszonkowe wprowadzenie do dynamiki . Kingston upon Hull: Uniwersytet w Hull. doi : 10.5281/zenodo.7504154 . ISBN 978-90-812588-3-8 .
• Swagatam (25 marca 2010). „Obliczanie dynamiki inżynierskiej przy użyciu praw Newtona” . Jasne centrum . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 12 kwietnia 2011 r . Źródło 2010-04-10 .
•   Wilson CE (2003). Kinematyka i dynamika maszyn . Londyn: Pearson. ISBN 978-0-201-35099-9 .
•   Dresig HD, Holzweißig F (2010). Dynamika maszyn: teoria i zastosowania . Heidelberg: Springer. ISBN 978-3-540-89939-6 .