Движение тела под действием силы тяжести является et av de sentrale temaene i dynamisk fysikk. At dynamikkdelen er basert på de tre lovene i Newton, vet til og med en vanlig student. La oss prøve å analysere dette emnet grundig, og en artikkel som beskriver hvert eksempel i detalj vil hjelpe oss med å gjøre studiet av kroppsbevegelse under påvirkning av tyngdekraften så nyttig som mulig.
Fra gammel tid så folk nysgjerrig påforskjellige fenomener som oppstår i livene våre. Mennesket i lang tid kunne ikke forstå prinsippene og strukturen i mange systemer, men en lang vei å studere verden rundt oss førte våre forfedre til en vitenskapelig revolusjon. I dag, når teknologier utvikler seg i en utrolig fart, tenker folk nesten ikke på hvordan visse mekanismer fungerer.
I mellomtiden har våre forfedre alltid vært interessertgåter om naturlige prosesser og verdens struktur, de søkte etter svar på de mest komplekse spørsmålene og sluttet ikke å studere før de fant svar på dem. Så for eksempel stilte den berømte forskeren Galileo Galilei på 1500-tallet seg selv spørsmålene: "Hvorfor faller kropper alltid ned, hva slags kraft trekker dem til bakken?" I 1589 satte han opp en serie eksperimenter, hvis resultat var svært verdifulle. Han studerte i detalj mønstrene for fritt fall fra forskjellige kropper, og droppet gjenstander fra det berømte tårnet i byen Pisa. Lovene han utledet ble forbedret og beskrevet mer detaljert med formlene til en annen kjent engelsk vitenskapsmann - Sir Isaac Newton. Det er han som eier de tre lovene som nesten all moderne fysikk bygger på.
Det faktum at lovene om bevegelse av organer,Beskrevet for mer enn 500 år siden, er relevant i dag, betyr at planeten vår er underlagt uforanderlige lover. Det moderne mennesket må i det minste overfladisk studere de grunnleggende prinsippene for arrangementet av verden.
For å forstå prinsippene for en slik bevegelse fullt ut, bør du først sette deg inn i noen begreper. Så de mest nødvendige teoretiske begrepene:
Ovennevnte konsepter er riktig nok til å tegne eller forestille i hodet en simulering av kroppens bevegelse under påvirkning av tyngdekraften.
La oss gå videre til det grunnleggende konseptet for emnet vårt.Så kraft er en mengde, hvis betydning er påvirkning eller innflytelse av et legeme på et annet kvantitativt. Og tyngdekraften er den kraften som virker på absolutt alle kropper som ligger på overflaten eller i nærheten av planeten vår. Spørsmålet melder seg: hvor kommer denne styrken fra? Svaret ligger i tyngdeloven.
Det påvirker ethvert legeme fra jordengravitasjonskraft som gir den litt akselerasjon. Tyngdekraften har alltid en vertikal retning ned til sentrum av planeten. Med andre ord, tyngdekraften trekker gjenstander til jorden, og det er derfor gjenstander alltid faller ned. Det viser seg at tyngdekraften er et spesielt tilfelle av tyngdekraften. Newton avledet en av hovedformlene for å finne tiltrekningskraften mellom to kropper. Det ser slik ut: F = G * (m1 x m2) / R2.
En kropp som ble løslatt fra en viss høydeflyr alltid ned på grunn av tyngdekraften. Bevegelsen til kroppen under tyngdekraft vertikalt opp og ned kan beskrives ved ligninger der akselerasjonsverdien "g" vil være hovedkonstanten. Denne verdien skyldes utelukkende virkningen av den attraktive kraften, og dens verdi er omtrent lik 9,8 m / s2. Det viser seg at et legeme kastet fra en høyde uten en første hastighet vil bevege seg ned med akselerasjon lik verdien av "g".
Den grunnleggende formelen for å finne tyngdekraften er som følger: Ftyngde = m x g, hvor m er massen til kroppen som kraften virker på, og "g" er tyngdekrakselen (for å forenkle oppgavene anses det å være lik 10 m / s2).
Det er flere formler som brukes tilå finne en eller annen ukjent med kroppens frie bevegelse. Så for eksempel for å beregne banen som legges av kroppen, er det nødvendig å erstatte de kjente verdiene i denne formelen: S = V0 x t + a x t2 / 2 (banen er lik summen av produktene med den første hastigheten ganger tiden og akselerasjonen per kvadrattid delt på 2).
Bevegelsen av kroppen under tyngdekraften vertikalt kan beskrives med en ligning som ser slik ut: x = x0 + inn0 x t + a x t2 / 2.Ved hjelp av dette uttrykket kan du finne koordinatene til kroppen på et kjent tidspunkt. Du trenger bare å erstatte verdiene som er kjent i problemet: startstedet, starthastigheten (hvis kroppen ikke bare ble løslatt, men presset med litt kraft) og akselerasjon, i vårt tilfelle vil det være lik akselerasjonen g.
På samme måte kan du finne hastigheten til en kropp som beveger seg under tyngdekraften. Uttrykk for å finne en ukjent mengde til enhver tid: v = v0 + g x t (verdien av begynnelseshastigheten kan være null, da vil hastigheten være lik produktet av tyngdesakelerasjonen med verdien av tiden da kroppen gjør en bevegelse).
Når du løser mange problemer relatert til tyngdekraften, anbefaler vi å bruke følgende plan:
Når det gjelder et fenomen som bevegelsekropp under påvirkning av tyngdekraften, og bestemme hvilken vei som er mer praktisk å løse problemet, kan det være vanskelig. Imidlertid er det flere triks, ved hjelp av hvilke, kan du enkelt løse selv den vanskeligste oppgaven. La oss ta en titt på levende eksempler på hvordan du løser et bestemt problem. La oss starte med en lettforståelig oppgave.
Noe kropp ble frigjort fra 20 m høyde uten begynnelseshastighet. Bestem hvor mye tid det vil komme til jordoverflaten.
Beslutning:vi kjenner banen som legges av kroppen, vi vet at den opprinnelige hastigheten var 0. Vi kan også bestemme at bare tyngdekraften virker på kroppen, det viser seg at dette er kroppens bevegelse under påvirkning av tyngdekraften, og derfor bør vi bruke denne formelen: S = V0 x t + a x t2/ 2. Siden i vårt tilfelle a = g, oppnår vi etter noen transformasjoner følgende ligning: S = g x t2 / 2. Nå gjenstår det bare å uttrykke tiden gjennom denne formelen, vi får den t2 = 2S / g. Vi erstatter de kjente verdiene (i dette tilfellet antar vi at g = 10 m / s2) t2 = 2 x 20/10 = 4. Derfor t = 2 s.
Så, svaret vårt: kroppen vil falle til bakken på 2 sekunder.
Trikset for å løse et problem raskt erfølgende: du kan se at den beskrevne bevegelsen av kroppen i det gitte problemet oppstår i en retning (vertikalt nedover). Det ligner veldig på ensartet akselerert bevegelse, siden ingen kraft virker på kroppen, bortsett fra tyngdekraften (vi forsømmer kraften i luftmotstand). Takket være dette kan du bruke en enkel formel for å finne banen for jevn akselerert bevegelse, ved å omgå bilder av tegninger med arrangementet av krefter som virker på kroppen.
La oss se hvordan vi best kan løse problemer med bevegelse av en kropp under tyngdekraften, hvis kroppen ikke beveger seg loddrett, men har en mer kompleks bevegelseskarakter.
For eksempel følgende oppgave.Noen objekt med masse m beveger seg med en ukjent akselerasjon nedover et skråplan, hvis friksjonskoeffisient er k. Bestem verdien av akselerasjonen som eksisterer under bevegelsen av denne kroppen, hvis helningsvinkelen α er kjent.
Beslutning:Du bør bruke planen beskrevet ovenfor. Først av alt, tegne en tegning av et skråplan med bildet av kroppen og alle kreftene som virker på det. Det viser seg at tre komponenter virker på den: tyngdekraften, friksjonen og reaksjonskraften til bæreren. Den generelle ligningen for de resulterende kreftene ser slik ut: Ffriksjon + N + mg = ma.
Problemets hovedhøydepunkt er skråstillingen i vinkel α. Når man projiserer krefter på okseaksen og oyaksen, må denne tilstanden tas i betraktning, da får vi følgende uttrykk: mg x sin α - Ffriksjon = ma (for okseaksen) og N - mg x cos α = Ffriksjon (for oy-aksen).
Ffriksjon enkelt å beregne etter formelen for å finne kraftenfriksjon, den er lik k x mg (friksjonskoeffisient multiplisert med produktet av kroppsvekt og akselerasjon på grunn av tyngdekraften). Etter alle beregningene gjenstår det bare å erstatte de funnet verdiene i formelen, du får en forenklet ligning for å beregne akselerasjonen som kroppen beveger seg langs det skråplanet.
