Sejarah Dinamika, Studi Apa, Hukum dan Teori

Itu dinamis Itu adalah bidang mekanika yang mempelajari interaksi antara tubuh dan efeknya. Ini berkaitan dengan menggambarkannya secara kualitatif dan kuantitatif, selain memprediksi bagaimana mereka akan berkembang seiring waktu.

Menerapkan prinsip -prinsipnya, diketahui bagaimana pergerakan tubuh dimodifikasi saat berinteraksi dengan orang lain, dan juga jika interaksi ini merusaknya, karena sangat mungkin bahwa kedua efek terjadi pada saat yang sama.

Gambar 1. Interaksi pengendara sepeda memodifikasi gerakan mereka. Sumber: Pixabay.

Keyakinan filsuf besar Yunani Aristoteles (384-322.C.) menang sebagai fondasi dinamika di barat selama berabad -abad. Dia berpikir bahwa benda bergerak karena beberapa jenis energi yang mendorong mereka ke satu arah atau yang lain.

Dia juga mengamati bahwa sementara suatu objek didorong, itu bergerak dengan kecepatan konstan, tetapi ketika berhenti mendorong, itu bergerak lebih lambat dan lebih lambat sampai berhenti.

Menurut Aristoteles, tindakan kekuatan konstan diperlukan untuk memastikan bahwa sesuatu bergerak ke kecepatan konstan, tetapi yang terjadi adalah bahwa filsuf ini tidak memiliki efek gesekan.

Gagasan lain adalah bahwa benda -benda terberat jatuh lebih cepat dari yang paling ringan. Galileo Galilei (1564-1642) yang hebat yang menunjukkan dengan eksperimen bahwa semua tubuh jatuh dengan akselerasi yang sama terlepas dari massa mereka, membenci efek kental.

Tapi Isaac Newton (1642-1727), ilmuwan paling terkenal yang telah hidup sejauh ini, yang dianggap sebagai bapak dinamika modern dan perhitungan matematika, bersama dengan Gottfried Leibniz.

Gambar 2. Isaac Newton pada tahun 1682 oleh Godfrey Kneller. Sumber: Wikimedia Commons.

Hukum terkenalnya, yang dirumuskan selama abad ketujuh belas mempertahankan validitas dan kesegaran yang sama saat ini. Mereka merupakan fondasi mekanika klasik, yang kita lihat dan mempengaruhi kita setiap hari. Tentang undang -undang ini akan segera dibahas.

[TOC]

Dinamika studi apa?

Interaksi Studi Dinamika Antara Objek. Saat objek berinteraksi ada perubahan dalam gerakan mereka dan juga deformasi. Area tertentu yang disebut statis, didedikasikan untuk sistem -sistem tersebut dalam keseimbangan, yang sedang istirahat atau dengan gerakan bujursangkar yang seragam.

Menerapkan prinsip -prinsip dinamika yang dimungkinkan untuk memprediksi, melalui persamaan, apa yang akan menjadi perubahan dan evolusi objek dalam waktu. Untuk ini, beberapa asumsi ditetapkan sesuai dengan jenis sistem yang ingin Anda pelajari.

Partikel, padatan kaku dan cara kontinu

Model partikel adalah yang paling sederhana untuk mulai menerapkan prinsip -prinsip dinamika. Diasumsikan bahwa objek yang akan dipelajari memiliki massa, tetapi bukan dimensi. Oleh karena itu suatu partikel bisa sekecil elektron atau sebesar bumi atau matahari.

Ketika Anda ingin mengamati efek dari ukuran dinamika, perlu untuk mempertimbangkan ukuran dan bentuk objek. Model yang memperhitungkan hal ini adalah padatan kaku, tubuh dengan dimensi yang dapat diukur yang terdiri dari banyak partikel, tetapi itu tidak berubah bentuk di bawah efek gaya.

Akhirnya, mekanika media berkelanjutan memperhitungkan tidak hanya dimensi objek, tetapi juga karakteristik khusus mereka, termasuk kemampuan untuk berubah bentuk. Media terus menerus mencakup padatan kaku dan yang tidak, selain cairan.

Hukum Newton

Kunci untuk memahami cara kerja dinamika dalam pemahaman penuh tentang hukum Newton, yang secara kuantitatif menghubungkan kekuatan yang bertindak pada tubuh dengan perubahan dalam keadaan gerakan atau istirahat mereka.

Hukum Pertama Newton

Penjelasan Hukum Pertama Newton. Sumber: Made sendiri.

Mengatakan begitu:

Ketika gaya bersih pada suatu objek sama dengan nol, objek akan berlanjut saat istirahat. Dan jika dia bergerak, gerakannya akan menjadi bujursangkar dan terus -menerus.

Bagian pertama dari pernyataan itu terlihat cukup jelas, karena terbukti bahwa objek yang sedang istirahat akan tetap seperti ini, kecuali jika itu terganggu. Dan untuk ini diperlukan kekuatan.

Dapat melayani Anda: Model Atom Demokritus: Latar Belakang, Karakteristik, Deposulat

Di sisi lain, fakta bahwa suatu objek tetap bergerak bahkan ketika gaya net di atasnya adalah nol, sedikit lebih sulit untuk diterima, karena tampaknya suatu objek dapat bergerak tanpa batas waktu tanpa batas waktu. Dan pengalaman sehari -hari memberi tahu kita bahwa hal -hal cepat atau lambat berhenti.

Respons terhadap kontradiksi yang jelas ini dalam gesekan. Memang, jika suatu objek bergerak di permukaan yang sangat halus, itu bisa melakukannya tanpa batas jika tidak ada kekuatan lain yang memvariasikan gerakan.

Karena tidak mungkin untuk sepenuhnya menghilangkan gesekan, situasi di mana tubuh bergerak tanpa batas pada kecepatan konstan adalah idealisasi.

Akhirnya, penting untuk dicatat bahwa meskipun gaya bersihnya nol, ini tidak selalu mewakili tidak adanya kekuatan total pada objek.

Objek di permukaan bumi selalu mengalami daya tarik gravitasi. Buku istirahat yang didukung di atas meja tetap seperti ini, karena permukaan meja memberikan kekuatan yang menangkal berat.

Hukum Kedua Newton

Penjelasan Hukum Kedua Newton. Sumber: Made sendiri.

Dalam undang -undang pertama Newton, itu ditetapkan apa yang terjadi pada objek di mana net atau kekuatan yang dihasilkan batal. Sekarang hukum mendasar dari dinamika Newton atau hukum kedua menunjukkan apa yang akan terjadi ketika pasukan bersih tidak dibatalkan:

Jika gaya bersih eksternal F Itu bertindak berdasarkan objek massa M, ia akan mengalami akselerasi yang sebanding dengan memaksa dan ke arah yang sama. Secara matematis:

F_Bersih = mke.

Memang, semakin besar gaya yang diterapkan, semakin besar perubahan kecepatan objek. Dan jika gaya yang sama berlaku untuk objek massa yang berbeda, perubahan besar akan dialami oleh yang lebih ringan dan lebih mudah untuk dipindahkan. Pengalaman harian setuju dengan pernyataan ini.

Hukum ketiga Newton

Roket luar angkasa menerima propulsi yang diperlukan berkat gas yang dikeluarkan. Sumber: Pixabay.

Dua undang -undang pertama Newton merujuk pada satu objek. Tapi undang -undang ketiga mengacu dua objek. Kami akan menunjuk mereka Object 1 dan Object 2:

Dengan berinteraksi dua objek, kekuatan yang saling mengerahkan, selalu sama baiknya baik dalam besarnya maupun arah, tetapi makna yang berlawanan, yang secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

F₁₂ = -F_{dua puluh satu}

Faktanya, setiap kali suatu tubuh dipengaruhi oleh suatu kekuatan, itu karena ada orang lain yang bertanggung jawab untuk menyebabkannya. Dengan demikian, benda -benda di Bumi memiliki berat, karena menarik mereka ke pusatnya. Muatan listrik ditolak oleh beban lain dari tanda yang sama, karena itu memberikan gaya tolakan pada yang pertama, dan dengan demikian.

Gambar 3. Ringkasan Hukum Newton. Sumber: Wikimedia Commons. Hugo4914 [CC BY-SA 4.0 (https: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/4.0)].

Prinsip Konservasi

Dalam dinamika ada beberapa jumlah yang dipertahankan selama gerakan dan yang studinya fundamental. Mereka seperti kolom padat yang dimungkinkan untuk menyelesaikan masalah di mana kekuatan bervariasi dari cara yang sangat kompleks.

Contoh: Tepat ketika dua kendaraan bertabrakan, interaksi di antara mereka sangat intens tapi singkat. Begitu intens sehingga kekuatan lain perlu diperhitungkan, oleh karena itu kendaraan dapat dianggap sebagai sistem yang terisolasi.

Tetapi menggambarkan interaksi yang intens ini bukanlah tugas yang mudah, karena ini tentang kekuatan yang bervariasi dari waktu ke waktu dan juga di luar angkasa. Namun, dengan asumsi bahwa kendaraan merupakan sistem yang terisolasi, kekuatan antara keduanya bersifat internal, dan jumlah gerakan dipertahankan.

Ini dapat melayani Anda: Basis Ortonormal: Properti, Contoh dan Latihan

Menjaga jumlah gerakan yang dimungkinkan untuk memprediksi bagaimana kendaraan akan bergerak tepat setelah tabrakan.

Di bawah ini adalah dua prinsip konservasi terpenting dalam dinamika:

Konservasi Energi

Di alam, dua jenis kekuatan dibedakan: konservatif dan non -konservatif. Beratnya adalah contoh yang baik dari yang pertama, sedangkan gesekannya adalah yang terakhir.

Nah, kekuatan konservatif ditandai karena mereka memberikan kemungkinan menyimpan energi dalam konfigurasi sistem. Adalah energi potensial yang disebut SO.

Ketika tubuh memiliki energi potensial berkat aksi kekuatan konservatif seperti berat dan masuk ke dalam gerak, energi potensial seperti itu menjadi energi kinetik. Jumlah kedua energi disebut energi mekanik sistem dan merupakan yang dipertahankan, yaitu, tetap konstan.

Menjadi ATAU Energi potensial, K energi kinetik dan DAN_M Energi mekanis. Jika Anda bertindak berdasarkan kekuatan konservatif pada suatu objek, dipenuhi bahwa:

DAN_M = U + k = konstan

Karena itu:

DAN_{M awal} = E_{M terakhir}

Konservasi jumlah gerakan

Prinsip ini berlaku tidak hanya ketika dua kendaraan bertabrakan. Ini adalah hukum fisika dengan ruang lingkup yang melampaui dunia makroskopis.

Jumlah gerakan dipertahankan pada tingkat sistem matahari, bintang dan galaksi. Dan dia juga melakukannya di atom dan nukleus atom, terlepas dari kenyataan bahwa ada mekanika Newton.

Menjadi P Jumlah vektor gerakan yang diberikan oleh:

P = m.v

Berasal P Tentang waktu:

DP /dt = d [m.v]/dt

Jika adonan tetap konstan:

DP /dt = m dv/dt = m.ke

Karena itu kita dapat menulis hukum kedua Newton dengan cara ini:

F_Bersih = dP /dt

Jika dua tubuh m₁ dan m₂ Mereka membentuk sistem yang terisolasi, kekuatan di antara mereka bersifat internal dan menurut hukum ketiga Newton, mereka sama dan berlawanan F₁ = -F₂, terpenuhi itu:

DP₁ /dt = - DP₂/dt → d [P₁ + P₂]/dt = 0

Jika turunan sehubungan dengan waktu besarnya nol, itu berarti bahwa besarnya tetap konstan. Oleh karena itu dalam sistem yang terisolasi, dapat ditegaskan bahwa jumlah pergerakan sistem dipertahankan:

P₁ + P₂ = konstan

Walaupun demikian, P₁ Dan P₂ Mereka dapat bervariasi secara individual. Jumlah pergerakan suatu sistem dapat didistribusikan kembali, tetapi yang penting adalah bahwa jumlahnya tetap tidak berubah.

Mulai Konsep dalam Dinamika

Ada banyak konsep penting dalam dinamika, tetapi dua di antaranya menonjol: massa dan kekuatan. Dengan kekuatan itu sudah disebutkan sebelumnya dan kemudian ada daftar konsep paling menonjol yang muncul dengan itu dalam studi dinamika:

Kelembaman

Itu adalah properti yang harus ditolak objeknya dengan perubahan dalam keadaan istirahat atau gerakan mereka. Semua objek dengan massa memiliki inersia dan sangat sering dialami, misalnya saat bepergian dengan mobil yang berakselerasi, penumpang cenderung tetap diam, yang dianggap sebagai perasaan menempel pada cadangan kursi.

Dan jika mobil berhenti dengan tajam, penumpang cenderung meninggalkan Bruces, mengikuti gerakan maju yang mereka miliki sebelumnya, jadi penting untuk selalu membawa sabuk pengaman.

Gambar 4. Saat bepergian dengan mobil, inersia membuat kita beralih dari bruces saat mobil rem tajam. Sumber: Pixabay.

Massa

Massa adalah ukuran inersia, karena semakin besar massa tubuh, semakin sulit untuk menggerakkannya atau membuat pergerakan berubah. Massa adalah kuantitas skalar, ini berarti bahwa untuk menentukan massa tubuh yang perlu untuk memberikan nilai numerik ditambah unit yang dipilih, yang dapat berupa kilo, pound, gram dan banyak lagi.

Dapat melayani Anda: Hukum Lenz: Formula, Persamaan, Aplikasi, Contoh

Berat

Berat adalah kekuatan yang menjadi dasar bumi menarik ke pusatnya benda -benda yang dekat dengan permukaannya.

Karena itu adalah kekuatan, bobotnya adalah vektor, oleh karena itu sepenuhnya ditentukan ketika besarnya atau nilai numeriknya, arah dan maknanya ditunjukkan, yang sudah kita ketahui secara vertikal ke bawah.

Jadi, meskipun terkait, berat dan massa tidak sama, bahkan tidak setara, karena yang pertama adalah vektor dan yang kedua skalar.

Sistem Referensi

Deskripsi suatu gerakan dapat bervariasi tergantung pada referensi yang dipilih. Mereka yang naik di lift sedang istirahat sesuai dengan serangkaian referensi tetap untuk ini, tetapi dilihat oleh pengamat di tanah, para penumpang bergerak.

Jika tubuh mengalami gerakan tentang kerangka referensi tetapi di tempat lain sedang istirahat, undang -undang Newton tidak dapat diterapkan pada keduanya. Faktanya, undang -undang Newton berlaku untuk sistem referensi tertentu: mereka yang inersia.

Dalam Sistem referensi inersia, Tubuh tidak berakselerasi kecuali mereka terganggu dalam beberapa cara -membungkuk kekuatan-.

Kekuatan fiktif

Kekuatan fiktif atau pseudo-kekuatan muncul ketika pergerakan tubuh dianalisis dalam kerangka referensi yang dipercepat. Kekuatan fiktif dibedakan karena tidak mungkin mengidentifikasi agen yang bertanggung jawab atas penampilannya.

Kekuatan sentrifugal adalah contoh yang baik dari kekuatan fiktif. Namun, fakta bahwa itu, tidak membuatnya kurang nyata bagi mereka yang mengalaminya ketika mereka menyerahkan mobil mereka dan merasa bahwa tangan yang tidak terlihat mendorong mereka keluar dari kurva.

Percepatan

Vektor penting ini sudah disebutkan sebelumnya. Suatu objek mengalami akselerasi selama ada kekuatan yang memvariasikan kecepatannya.

Kerja dan energi

Ketika suatu kekuatan bertindak pada suatu objek dan itu mengubah posisinya, pasukan telah melakukan pekerjaan. Dan pekerjaan ini dapat disimpan dalam bentuk energi. Oleh karena itu, pekerjaan dilakukan pada objek, berkat energi yang diperolehnya.

Contoh berikut mengklarifikasi intinya: Misalkan seseorang mengangkat pot ketinggian tertentu di atas lantai.

Untuk melakukan ini, Anda harus menerapkan gaya dan mengatasi gravitasi, oleh karena itu melakukan pekerjaan pada pot dan pekerjaan ini disimpan dalam bentuk energi potensial gravitasi dalam pot, sebanding dengan massa dan pada ketinggian yang dicapai di atasnya Lantai:

U = m.G.H

Di mana M Itu adalah adonan, G Itu adalah gravitasi dan H Adalah tinggi. Apa yang bisa dilakukan pot setelah itu H? Nah, itu bisa jatuh dan saat jatuh, energi potensial gravitasi berkurang, sementara energi kinetik atau gerakan semakin meningkat.

Agar kekuatan melakukan pekerjaan, perlu untuk menghasilkan perpindahan yang harus paralel untuk memaksa. Jika ini tidak terjadi, kekuatan masih bertindak berdasarkan objek, tetapi tidak berhasil.

topik-topik terkait

Hukum Pertama Newton.

Hukum Kedua Newton.

Hukum ketiga Newton.

Hukum Konservasi Materi.

Referensi

1. Bauer, w. 2011. Fisika untuk Teknik dan Ilmu Pengetahuan. Volume 1. MC Graw Hill.
2. Figueroa, d. 2005. Seri: Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 2. Dinamis. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB).
3. Giancoli, d.  2006. Fisika: Prinsip dengan aplikasi. 6 ... Ed Prentice Hall.
4. Hewitt, Paul. 2012. Ilmu Fisik Konseptual. Ke -5. Ed. Pearson.
5. Kirkpatrick, l. 2007. Fisika: Pandangan Dunia. Edisi Singkat ke -6. Pembelajaran Cengage.
6. Knight, r.  2017. Fisika untuk Ilmuwan dan Teknik: Pendekatan Strategi.  Pearson.
7. Wikipedia. Dinamis. Pulih dari: is.Wikipedia.org.