O movimento de diferentes corpos no espaço na física é estudado por uma seção especial - mecânica. Esta última, por sua vez, é dividida em cinemática e dinâmica. Neste artigo, consideraremos as leis da mecânica na física, com foco na dinâmica do movimento translacional e rotacional dos corpos.
Histórico
Como e por que os corpos se movem tem sido de interesse de filósofos e cientistas desde os tempos antigos. Assim, Aristóteles acreditava que os objetos se movem no espaço apenas porque há alguma influência externa sobre eles. Se este efeito for interrompido, o corpo irá parar imediatamente. Muitos filósofos gregos antigos acreditavam que o estado natural de todos os corpos é o repouso.
Com o advento da Nova Era, muitos cientistas começaram a estudar as leis do movimento na mecânica. Deve-se notar nomes como Huygens, Hooke e Galileo. Este último desenvolveu uma abordagem científica para o estudo dos fenômenos naturais e, de fato, descobriu a primeira lei da mecânica, que, no entanto, não leva seu sobrenome.
Em 1687, foi publicada uma publicação científica, de autoria deinglês Isaac Newton. Em seu trabalho científico, ele formulou claramente as leis básicas do movimento dos corpos no espaço, que, juntamente com a lei da gravitação universal, formaram a base não apenas da mecânica, mas de toda a física clássica moderna.
Sobre as leis de Newton
Elas também são chamadas de leis da mecânica clássica, em contraste com a relativística, cujos postulados foram estabelecidos no início do século 20 por Albert Einstein. Na primeira, existem apenas três leis principais com base nas quais todo o ramo da física se baseia. Eles são chamados assim:
- Lei da inércia.
- A lei da relação entre força e aceleração.
- A lei da ação e reação.
Por que essas três leis são as principais? É simples, qualquer fórmula da mecânica pode ser derivada delas, porém, nenhum princípio teórico conduz a nenhuma delas. Essas leis decorrem exclusivamente de numerosas observações e experimentos. Sua validade é confirmada pela confiabilidade das previsões obtidas com a ajuda delas na resolução de vários problemas na prática.
Lei da inércia
A primeira lei de Newton na mecânica diz que qualquer corpo na ausência de influência externa sobre ele manterá um estado de repouso ou movimento retilíneo em qualquer referencial inercial.
Para entender esta lei, é preciso entender o sistema de relatórios. É chamado inercial somente se satisfaz a lei declarada. Em outras palavras, no sistema inercial não háexistem forças fictícias que seriam sentidas pelos observadores. Por exemplo, um sistema movendo-se uniformemente e em linha reta pode ser considerado inercial. Por outro lado, um sistema que gira uniformemente em torno de um eixo é não inercial devido à presença de uma força centrífuga fictícia nele.
A lei da inércia estabelece a razão pela qual a natureza do movimento muda. Esta razão é a presença de uma força externa. Observe que várias forças podem atuar sobre o corpo. Nesse caso, eles devem ser adicionados de acordo com a regra dos vetores, se a força resultante for igual a zero, o corpo continuará seu movimento uniforme. Também é importante entender que na mecânica clássica não há diferença entre o movimento uniforme de um corpo e seu estado de repouso.
Segunda Lei de Newton
Ele diz que a razão para mudar a natureza do movimento do corpo no espaço é a presença de uma força externa diferente de zero aplicada a ele. Na verdade, esta lei é uma continuação da anterior. Sua notação matemática é a seguinte:
F¯=ma¯.
Aqui, a quantidade a¯ é a aceleração que descreve a taxa de variação do vetor velocidade, m é a massa inercial do corpo. Como m é sempre maior que zero, os vetores força e aceleração apontam na mesma direção.
A lei considerada é aplicável a um grande número de fenômenos em mecânica, por exemplo, à descrição do processo de queda livre, movimento com a aceleração de um carro, deslizamento de uma barra ao longo de um plano inclinado, oscilação de um pêndulo,tensão de escalas de mola e assim por diante. É seguro dizer que é a principal lei da dinâmica.
Momentum and Momentum
Se você se voltar diretamente para o trabalho científico de Newton, verá que o próprio cientista formulou a segunda lei da mecânica de maneira um pouco diferente:
Fdt=dp, onde p=mv.
O valor p é chamado de momento. Muitos erroneamente chamam isso de impulso do corpo. A quantidade de movimento é uma característica de energia inercial igual ao produto da massa do corpo e sua velocidade.
Mudar o momento em algum valor dp só pode ser feito por uma força externa F agindo sobre o corpo durante o intervalo de tempo dt. O produto de uma força pela duração de sua ação é chamado de impulso da força ou simplesmente impulso.
Quando dois corpos colidem, uma força de colisão atua entre eles, o que altera a quantidade de movimento de cada corpo, porém, como essa força é interna em relação ao sistema de dois corpos em estudo, ela não leva a uma mudança na quantidade de movimento total do sistema. Este fato é chamado de lei da conservação do momento.
Gira com aceleração
Se a lei da mecânica formulada por Newton for aplicada ao movimento de rotação, então a seguinte expressão será obtida:
M=Iα.
Aqui M - momento angular - este é um valor que mostra a capacidade da força de fazer uma curva no sistema. O momento da força é calculado como o produto do vetor força pelo vetor raio dirigido do eixo paraponto de aplicação. A quantidade I é o momento de inércia. Como o momento da força, depende dos parâmetros do sistema rotativo, em particular, da distribuição geométrica da massa corporal em relação ao eixo. Finalmente, o valor α é a aceleração angular, que permite determinar quantos radianos por segundo a velocidade angular muda.
Se você observar atentamente a equação escrita e traçar uma analogia entre seus valores e indicadores da segunda lei de Newton, obteremos sua identidade completa.
A lei da ação e reação
Resta considerar a terceira lei da mecânica. Se as duas primeiras, de uma forma ou de outra, foram formuladas pelos predecessores de Newton, e o próprio cientista apenas lhes deu uma forma matemática harmoniosa, então a terceira lei é a ideia original do grande inglês. Então, ele diz: se dois corpos entram em contato de força, então as forças que atuam entre eles são iguais em magnitude e opostas em direção. Mais brevemente, podemos dizer que qualquer ação causa uma reação.
F12¯=-F21¯.
Aqui F12¯ e F21¯ - agindo do lado do 1º corpo para o 2º e do lado do 2º para a 1ª força, respectivamente.
Existem muitos exemplos que confirmam esta lei. Por exemplo, durante um s alto, uma pessoa é repelida da superfície da terra, que a empurra para cima. O mesmo vale para andar com um andador e empurrar a parede da piscina de um nadador. Outro exemplo, se você pressionar a mão na mesa, sentirá o oposto.o efeito da mesa na mão, que é chamado de força de reação do suporte.
Ao resolver problemas sobre a aplicação da terceira lei de Newton, não se deve esquecer que a força de ação e a força de reação são aplicadas a corpos diferentes, portanto, dão-lhes diferentes acelerações.
