Движение тела под действием силы тяжести

 

Если на тело действует только сила тяжести, то тело совершает свободное падение. Вид траектории движения зависит от направления и модуля начальной скорости. При этом возможны следующие случаи движения тела:

 

1. Тело может двигаться по круговой или эллиптической орбите вокруг планеты.

 

2. Если начальная скорость тела равна нулю или параллельна силе тяжести, тело совершает прямолинейное свободное падение.

 

3. Если начальная скорость тела направлена под углом к силе тяжести, то тело будет двигаться по параболе, либо по ветви параболы.

 

Динамика (от греч. dynamikós — сильный, от dýnamis — сила), раздел механики, посвящённый изучению движения материальных тел под действием приложенных к ним сил. В основе Динамика (механич.) лежат три закона И. Ньютона (см. Ньютона законы механики), из которых как следствия получаются все уравнения и теоремы, необходимые для решения задач Динамика (механич.)

 

Согласно первому закону (закону инерции) материальная точка, на которую не действуют силы, находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения; изменить это состояние может только действие силы. Второй закон, являющийся основным законом Динамика (механич.), устанавливает, что при действии силы F материальная точка (или поступательно движущееся тело) с массой m получает ускорение w, определяемое равенством

 

mw = F. (1)

 

Третьим законом является закон о равенстве действия и противодействия (см. Действия и противодействия закон). Когда к телу приложено несколько сил, F в уравнении (1) означает их равнодействующую. Этот результат следует из закона независимости действия сил, согласно которому при действии на тело нескольких сил каждая из них сообщает телу такое же ускорение, какое она сообщила бы, если бы действовала одна.

 

Дина́мика ( греч. δύναμις — сила) — раздел механики, в котором изучаются причины возникновения механического движения. Динамика оперирует такими понятиями, как масса, сила, импульс, энергия.

Ма́сса (от греч. μάζα) — одна из важнейших физических величин. Первоначально (XVII—XIX века) она характеризовала «количество вещества» в физическом объекте, от которого, по представлениям того времени, зависели как способность объекта сопротивляться приложенной силе (инертность), так и гравитационные свойства — вес. Тесно связана с понятиями «энергия» и «импульс» (по современным представлениям — масса эквивалентна энергии покоя).

 

Си́ла — векторная физическая величина, являющаяся мерой интенсивности воздействия на данное тело других тел, а также полей. Приложенная к массивному телу сила является причиной изменения его скорости или возникновения в нём деформаций.[1]

Сила как векторная величина характеризуется модулем, направлением и «точкой» приложения силы. Последним параметром понятие о силе, как векторе в физике, отличается от понятия о векторе в векторной алгебре, где равные по модулю и направлению векторы, независимо от точки их приложения, считаются одним и тем же вектором. В физике эти векторы называются свободными векторами.В механике чрезвычайно распространено представление о связанных векторах, начало которых закреплено в определённой точке пространства или же может находиться на линии, продолжающей направление вектора (скользящие векторы). [2].

Также используется понятие линия действия силы, обозначающее проходящую через точку приложения силы прямую, по которой направлена сила.

Термодинамика - наука о закономерностях превращения энергии.

 

В термодинамике широко используется понятие термодинамической системы.

 

Определение: термодинамической системой называется совокупность материальных тел, взаимодействующих, как между собой, так и с окружающей средой. Все тела находящиеся за пределами границ рассматриваемой системы называются окружающей средой.

 

Поскольку одно и тоже тело, одно и тоже вещество при разных условиях может находиться в разных состояниях, (пример: лед–вода–пар, одно вещество при разной температуре) вводятся, для удобства, характеристики состояния вещества - так называемые параметры состояния.

Определение: Если в термодинамической системе меняется хотя бы один из параметров любого входящего в систему тела, то в системе происходит термодинамический процесс.

Внутренняя энергия - это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело. Внутренняя энергия зависит от температуры тела, его агрегатного состояния (газообразное, жидкое, твердое), от химических, атомных и ядерных реакций. Она не зависит ни от механического движения тела, ни от положения этого тела относительно других тел.

 

Существуют два вида воздействий на тело, которые приводят к изменению его внутренней энергии:

1. Совершение работы. Например, сжатие или растяжение тела, перемещение тела по негладкой поверхности и т.д.

2. Нагревание тела (без совершения над ним работы). Например, нагревание газа в закрытом сосуде, нагревание жидкости и т. д.

 

Процесс изменения внутренней энергии тела без совершения работы носит название теплопередачи.

Если над телом совершается работа, то внутренняя энергия тела увеличивается, если же это тело совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается.

Количество внутренней энергии, сообщенной телу или отнятой от тела в процессе теплопередачи, называется количеством теплоты. Количество теплоты представляет собой меру перехода внутренней энергии от одного тела к другому в процессе теплопередачи.

 

Виды теплопередачи. Существуют три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение (лучеиспускание).

 

Теплопроводность (газов, жидкостей и твердых тел) - это перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым за счет теплового движения и взаимодействия частиц. Теплопроводность различных тел различна. Некоторые твердые тела являются хорошими проводниками тепла (металлы), другие — плохими (дерево, стекло, кожа). Наиболее плохие проводники — это пористые тела (шерсть, пробка, бумага, дерево и др.). Теплопроводность всех жидкостей, кроме ртути, мала. Газы еще менее теплопроводны, чем жидкости, этим объясняется, в частности, плохая теплопроводность пористых твердых тел — их поры заполняет воздух.

 

Степень теплопроводности тел учитывается при конструировании машин, в строительном деле, холодильных установках.

 

Конвекция (в газах и жидкостях) - передача теплоты путем перемещения и перемешивания холодных и теплых слоев жидкого или газообразного вещества. Примеры проявления явления конвекции: циркуляция воздуха в отапливаемой комнате, нагревание жидкости снизу сосуда (при нагревании сосуда сверху конвекция не происходит), тяга в трубах, центральное водяное отопление, ветры, морские течения и т.д.

 

Излучение - это процесс переноса энергии от одного тела к другому с помощью тепловых (инфракрасных), видимых и других лучей. Так, вся энергия, получаемая Землей от Солнца, передается путем лучеиспускания. При одной и той же температуре тела с темной поверхностью сильнее излучают (поглощают) энергию, чем со светлой. Это явление учитывается человеком в быту (цвет одежды от времени сезона), в технике (окраска холодильников, самолетов, космических кораблей), в земледелии (парники и теплицы).

 

И. Ньютон сумел вывести из законов Кеплера один из фундаментальных законов природы — закон всемирного тяготения. Ньютон знал, что для всех планет Солнечной системы ускорение обратно пропорционально квадрату расстояния от планеты до Солнца и коэффициент пропорциональности — один и тот же для всех планет.

 

Отсюда следует прежде всего, что сила притяжения, действующая со стороны Солнца на планету, должна быть пропорциональна массе этой планеты. В самом деле, если ускорение планеты дается формулой' (123.5), то сила, вызывающая ускорение,

 

где m — масса этой планеты. С другой стороны, Ньютону было известно ускорение, которое Земля сообщает Луне; оно было определено из наблюдений движения Луны, обращающейся вокруг Земли. Это ускорение примерно в 3600 раз меньше ускорения g, сообщаемого Землей телам, находящимся вблизи земной поверхности. Расстояние же от Земли до Луны равно приблизительно 60 земным радиусам. Иными словами, Луна отстоит от центра Земли в 60 раз дальше, чем тела, находящиеся на поверхности Земли, а ускорение ее в 3600=60? раз меньше

 

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

Теплопередача – это процесс переноса теплоты внутри тела или от одного

тела к другому, обусловленный разностью температур. Интенсивность переноса

теплоты зависит от свойств вещества, разности температур и подчиняется

экспериментально установленным законам природы. Чтобы создавать эффективно

работающие системы нагрева или охлаждения, разнообразные двигатели,

энергоустановки, системы теплоизоляции, нужно знать принципы теплопередачи. В

одних случаях теплообмен нежелателен (теплоизоляция плавильных печей,

космических кораблей и т.п.), а в других он должен быть как можно больше

(паровые котлы, теплообменники, кухонная посуда).