2. ZASADY DYNAMIKI

Treść pierwszej zasady dynamiki informuje nas, jakie warunki muszą być spełnione, aby ciało pozostawało w spoczynku lub poruszało się ruchem jednostajnym prostoliniowym. W drugiej zasadzie dynamiki sformułowane są warunki, które powodują zmienny ruch ciała. Znajdujemy tu również odpowiedź na pytanie, od czego zależy przyspieszenie ciała w ruchu zmiennym. Treść trzeciej zasady dynamiki mówi nam, jakie cechy mają siły wzajemnego oddziaływania ciał.

Przypomnijmy teraz sformułowania zasad dynamiki Newtona.

I zasada dynamiki:

Jeśli siły działające na ciało równoważą się (czyli siła wypadkowa ma wartość zero), ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.

II zasada dynamiki:

Jeśli siły działające na ciało nie równoważą się (czyli siła wypadkowa jest różna od zera),to ciało porusza się ruchem zmiennym z przyspieszeniem, którego wartość jest wprost proporcjonalna do wartości siły wypadkowej. Współczynnik proporcjonalności jest równy odwrotności masy ciała. Kierunek i zwrot przyspieszenia jest zgodny z kierunkiem i zwrotem siły wypadkowej.

III zasada dynamiki:

Oddziaływania ciał są zawsze wzajemne. Siły wzajemnego oddziaływania dwóch ciał mają takie same wartości, taki sam kierunek, przeciwne zwroty i różne punkty przyłożenia (każda działa na inne ciało).

Zasady dynamiki Newtona nie są spełnione w każdym układzie odniesienia. Układy, w których można je stosować, nazywają się układami inercjalnymi i wszystkie nasze rozważania będziemy przeprowadzać tylko w takich układach. Dla znacznej liczby zjawisk, które obserwujemy i opisujemy na Ziemi, układ związany z Ziemią można uważać za inercjalny. Wszystkie układy inercjalne są względem siebie nieruchome albo poruszają się względem siebie ruchem jednostajnie prostoliniowym. O innych układach, zwanych nieinercjalnymi będzie mowa w rozszerzonym kursie fizyki.

PRZYKŁAD 1.1.

Skrzynia stojąca na podłodze jest w spoczynku względem Ziemi (rys 2.1). jak wytłumaczyć ten fakt, korzystając z zasad dynamiki?

Najpierw zastanówmy się, z którymi ciałami skrzynia oddziałuje i narysujmy siły. Na pewno skrzynia oddziałuje z Ziemią (oddziaływania grawitacyjne). Narysujmy więc siłę grawitacji F_g , którą Ziemia działa na skrzynię (rys 2.1).

Rys. 2.1 Rys 2.2 Rys 2.3

Skrzynia oddziałuje również z powierzchnią podłogi, na której stoi, wywierając na nią nacisk, czyli działając siłą nacisku F_N (rys 2.2). zgodnie z III zasadą dynamiki, podłoga oddziałuje na skrzynię siłą sprężystości F_S, której wartość jest równa wartości siły nacisku, kierunek zgodny z kierunkiem tej siły, a zwrot przeciwny. Siła F_N jest przyłożona do podłogi, a siła F_S do skrzyni.

Na skrzynię działają więc dwie siły: siła grawitacji, będąca miarą oddziaływania skrzyni z Ziemią i siła sprężystości, będąca miarą jej oddziaływania z podłogą (rys 2.3). obie siły są przyłożone do tego samego ciała. Skrzynia spoczywa w wybranym przez nas (inercjalnym) układzie odniesienia. Siły mają taką samą wartość (F_S = F_g), zgodny kierunek przeciwne zwroty, więc równoważą się. Wypadkowa siła F_N = F_g + F_S ma wartość zero. Skoro F_S = F_g i F_S = F_N (III zasada dynamiki), to F_N = F_g , zatem wartość siły nacisku jest w tym przypadku równa wartości ciężaru.

Użyliśmy tu zamiennie nazwy siła ciężaru (zamiast: siła grawitacji). Faktycznie siła ciężaru to tylko w przybliżeniu to samo, co siła grawitacji.

F_S

F_N

F_N

F_g

F_g

F_g

---