Механічна взаємодія тіл. Динаміка.

Ми з досвіду знаємо, що коли яке-небудь тіло перебуває в спокої, то саме воно, без ніякої причини, не почне рухатись. Покладена на стіл книжка лежить на місці, поки хто-небудь не перекладе її на інше місце. Поїзд стоїть на місці доти, поки тепловоз його не потягне. Куля, вкладена в рушницю, не виле-тить доти, поки її не виштовхнуть порохові гази.

Щоб яке-небудь тіло набуло прискорення, необхідно, щоб на нього діяло інше тіло. Так, тіла, що падають на Землю, рухаються з прискоренням, завдяки взаємодії із Землею. Якщо до сталевої кульки, яка лежить на столі, піднести сильний магніт, то кулька почне рухатися внаслідок дії магніту.

Дію тіл або частинок (одна на одну) називають взаємодією.

Динаміка – розділ механіки, в якому вивчається рух тіла у зв’язку з їхньою взаємодією з іншими тілами.

Динаміка пояснює, за яких умов тіло рухається саме так, а не інакше; коли воно рухається рівномірно і коли рівноприскорено; коли прямолінійно й коли криволінійно

. Основою динаміки є закони руху тіл, сформульовані англійським фізиком Ісааком Ньютоном у праці «Математичні начала натуральної філософії», що вийшла друком у 1687 р.. Робота Ньютона спиралась на здобутки вчених – його попередників і містила основні поняття: маса, сила, кількість руху, прискорення, три закони механіки, закон всесвітнього тяжіння.

Закони динаміки дозволяють зрозуміти принцип роботи машин і механізмів, які застосовуються на виробництві, у побуті.

Взаємодія тіл — одне з фундаментальних понять у фізиці. Саме взаємодії є причиною будь-яких змін, що відбуваються з тілами навколо нас. Усі взаємодії в сучасній фізиці можна розподілити на чотири види: гравітаційне, електромагнітне, сильне і слабке.

Гравітаційні взаємодії (тяжіння): притягання тіл до Землі, існування Сонячної системи, зоряних систем (галактик) зумовлені дією сил тяжіння.

Електромагнітні взаємодії: зумовлені зв’язками в атомах, молекулах і звичайних макротілах.

Сильні (ядерні) взаємодії: наявність у ядрах однаково заряджених протонів і нейтральних частинок свідчить про те, що мають існувати взаємодії, набагато інтенсивніші за електромагнітні, інакше ядро не могло б утворитися. Ці взаємодії проявляються лише в межах ядра.

Слабкі взаємодії: під впливом «внутрішніх причин» нестабільні вільні частинки за той чи інший характерний час перетворюються на інші частинки (розпадаються). Існують повільні розпади з характерним часом 10-10-10-6 с; вони відбуваються за рахунок так званої слабкої взаємодії.

Розглянемо приклади, які дозволяють краще зрозуміти сутність явища взаємодії:

- тенісна кулька, потрапивши в сітку, відскакує назад. При цьому кулька змінює напрям руху, а сітка здійснює коливальні рухи.

- гребець, працюючи веслами, взаємодіє з водою. У зв’язку з цим човен рухається по воді вперед, а вода відштовхується веслами назад.

- спортсмен стрибає з трампліна. Взаємодія його тіла і трампліна призводить до деформації трампліна.

Ø Запитання до класу. Який висновок можна зробити з наведених прикладів? Що є наслідком взаємодії тіл?

(Під час взаємодії змінюється швидкість тіл і відбувається їх деформація.)

Інерція

Часто доводиться спостерігати, як рухається велосипедист, не працюючи педалями. Досить довго рухається автомобіль після вимкнення двигуна. Куля, виштовхнута з рушниці пороховими газами, продовжує рух і поза рушницею, де на неї вже не діють порохові гази. Однак зрештою всі згадані тіла з часом зупиняються. Чому? Щоб відповісти на це запитання, виконаємо дослід.

Установимо похило на столі дошку. На невеликій відстані від кінця дошки насиплемо купку піску. На похилу дошку ставимо візок. Візок скочуючись, потрапляє у пісок і швидко зупиняється. Вирівнявши пісок, знову пускаємо візок по дошці з попередньої висоти. Тепер візок проходять більшу відстань по столу. Якщо ж зовсім прибрати пісок з шляху візка, то до зупинки він пройде ще більшу відстань.

Отже, чим менша дія іншого тіла на візок, тим довше зберігається його рух, тим цей рух ближчий до рівномірного. Прикладом руху тіл при наявності дуже малого опору може бути рух штучних супутників Землі. Верхні розріджені шари атмосфери чинять незначний опір їх рухові, тому супутники можуть обертатись навколо Землі тривалий час. Якби перешкод рухові зовсім не було, то будь-яке тіло, приведене в рух, продовжувало б рухатися як завгодно довго. Спостереження показують, що тіло, яке рухається прямолінійно, саме по собі не може змінити і напрям свого руху. Велосипедист, повертаючи руль, змінює напрям руху коліс велосипеда. Отже, тіло, яке перебуває в спокої, само собою без дії на нього інших тіл не може почати рухатися, а рухоме тіло само собою не може ні зупинитися, ні змінити напряму свого руху.

Властивість тіла зберігати стан спокою або прямолінійного рівномірного руху називається інерцією тіла. (Інерція — латинське слово, означає "нерухомість").

Латинське слово «inertia» перекладається на нашу мову як «бездіяльність» і навіть … «лінь»! Тіло, до якого не прикладені сили, саме по собі свою швидкість не змінює – йому ніби лінь це робити. Тому закон Галілея-Ньютона (перший закон Ньютона) і отримав назву закону інерції.

Рух по інерції враховується при забезпеченні безпеки руху. Автомобіль неможливо миттєво зупинити, повернути або зрушити з місця. Тому у світлофора є жовтий сигнал, а перед поворотами ставлять попереджувальний знак.

У багатьох видах спорту використовується рух по інерції. Політ стріли, стрибок у довжину, рух м’яча при ударі спортсмена ногою – це приклади руху по інерції.