Klassikaline mehaanika
Klassikaline mehaanika on füüsika osa, mis kirjeldab, kuidas igapäevased asjad liiguvad ja kuidas nende liikumine muutub jõudude mõjul. Kui me teame, kuidas asjad praegu liiguvad, võimaldab klassikaline mehaanika ennustada, kuidas nad tulevikus liiguvad ja kuidas nad liikusid minevikus. Klassikalise mehaanika abil saame ennustada, kuidas liiguvad näiteks planeedid ja raketid.
Mehaanika koosneb kahest osast. Need kaks osa on klassikaline mehaanika ja kvantmehaanika. Klassikalist mehaanikat kasutatakse enamasti enamiku asjade puhul, mida me näeme ja mis ei liigu liiga kiiresti. Kui asjad on liiga väikesed, ei ole klassikaline mehaanika hea. Siis peame kasutama kvantmehaanikat.
Newtoni kolm seadust
Newtoni kolm liikumisseadust on klassikalise mehaanika jaoks olulised. Isaac Newton avastas need. Newtoni seadused ütlevad meile, kuidas jõud muudavad asjade liikumist, kuid nad ei ütle, mis neid jõude põhjustab.
Esimene seadus ütleb, et kui puudub väline jõud (tõuke- või tõmbejõud), jäävad liikumatud asjad liikumatuks ja liikuvad asjad jäävad samamoodi liikuma. Varem arvasid inimesed, et asjad aeglustuvad ja peatuvad ka siis, kui neid ei mõjuta mingi jõud, mis neid peatuma sunnib. Newton ütles, et see oli vale. Sageli ütlevad inimesed, et objektid, mis ei liigu, kipuvad jääma liikumatuks, ja objektid, mis liiguvad, kipuvad jääma liikuma, kui neile ei mõju mingi väline jõud, näiteks gravitatsioon, hõõrdumine jne...
Teine seadus ütleb, kui palju jõud muudab asja liikumist. Kui objektile mõjub väline netojõud, muutub selle kiirus (kiirus ja liikumissuund). Seda, kui kiiresti kiirus muutub, nimetatakse kiirenduseks. Newtoni teine seadus ütleb, et suuremad jõud tekitavad suurema kiirenduse. Kuid objektid, millel on palju ainet (massi), on raskem lükata, mistõttu nad ei kiirene nii palju. Teine võimalus on öelda, et objektile mõjuv netojõud on võrdne tema impulsi muutumise kiirusega. Impulss mõõdab, kui palju massi on asjal, kui kiiresti ta liigub ja millises suunas ta liigub. Nii et jõud muudavad impulssi, kuid see, kui palju nad suudavad muuta kiirust ja liikumissuunda, sõltub ikkagi massist.
Kolmas seadus ütleb, et kui üks asi avaldab teisele asjale jõudu, siis avaldab ka teine asi esimesele asjale jõudu. Teine jõud on võrdne esimese jõuga. Jõud mõjuvad vastassuunas. Näiteks, kui hüppate paadist ettepoole, liigub paat tagasi. Selleks, et te saaksite edasi hüpata, pidi paat teid edasi lükkama. Newtoni kolmas seadus ütleb, et selleks, et paat teid ettepoole lükkaks, pidite te paati tagasi lükkama. Sageli öeldakse, et igale toimele vastab võrdne ja vastupidine reaktsioon.
Lehekülg Newtoni raamatust kolme liikumisseaduse kohta
Kinemaatilised võrrandid
Füüsikas on kinemaatika klassikalise mehaanika osa, mis seletab objektide liikumist, ilma et vaadeldaks, mis põhjustab liikumist või mida liikumine mõjutab.
1-mõõtmeline kinemaatika
1-dimensionaalset (1D) kinemaatikat kasutatakse ainult siis, kui objekt liigub ühes suunas: kas küljelt küljele (vasakult paremale) või üles-alla. On olemas võrrandid, millega saab lahendada probleeme, mille puhul on liikumine ainult 1 dimensioonis või suunas. Need võrrandid tulenevad kiiruse, kiirenduse ja vahemaa mõistetest.
- Esimene 1D kineetiline võrrand käsitleb kiirendust ja kiirust. Kui kiirendus ja kiirus ei muutu. (Ei pea sisaldama vahemaad)
Võrrand: V f = v i + a t {\displaystyle V_{f}=v_{i}+at} 
Vf on lõppkiirus.
vi on alg- või algkiirus.
a on kiirendus
t on aeg - kui kaua objekti kiirendati.
- Teise 1D kineetilise võrrandi abil leitakse läbitud vahemaa, kasutades keskmist kiirust ja aega. (Ei pea sisaldama kiirendust)
Võrrand: x = ( ( ( V f + V i ) / 2 ) t {\displaystyle x=((V_{f}+V_{i})/2)t}} 
x on läbitud vahemaa.
Vf on lõppkiirus.
vi on alg- või algkiirus.
t on aeg
- Kolmanda 1D kineetilise võrrandi abil leitakse läbitud vahemaa, kui objekt kiireneb. See käsitleb kiirust, kiirendust, aega ja vahemaad. (Ei pea sisaldama lõppkiirust).
Võrrand: X f = x i + v i t + ( 1 / 2 ) a t 2 {\displaystyle X_{f}=x_{i}+v_{i}t+(1/2)at^{2}}} 
X f {\displaystyle X_{f}}
on lõplik vahemaa, mis on läbitud.
xi on lähte- või algdistants
vi on alg- või algkiirus.
a on kiirendus
t on aeg
- Neljas 1D kinemaatiline võrrand leiab lõppkiiruse, kasutades algkiirust, kiirendust ja läbitud teekonda. (Ei pea sisaldama aega)
Võrrand: V f 2 = v i 2 + 2 a x {\displaystyle V_{f}^{2}=v_{i}^{2}+2ax}} 
Vf on lõppkiirus
vi on alg- või algkiirus.
a on kiirendus
x on läbitud vahemaa
2-mõõtmeline kinemaatika
Kahemõõtmelist kinemaatikat kasutatakse siis, kui liikumine toimub nii x-suunas (vasakult paremale) kui ka y-suunas (üles ja alla). Ka selle kinemaatikatüübi jaoks on olemas võrrandid. Kuid x-suunale on erinevad võrrandid ja y-suunale erinevad võrrandid. Galileo tõestas, et kiirus x-suunas ei muutu kogu jooksu jooksul. Kuid y-suunas mõjutab gravitatsioonijõud, nii et y-kiirus muutub jooksu ajal.
X-suunalised võrrandid
Vasakpoolne ja parempoolne liikumine
- Esimene x-suunaline võrrand on ainus, mida on vaja ülesannete lahendamiseks, sest kiirus x-suunas jääb samaks.
Võrrand: X = V x ∗ t {\displaystyle X=V_{x}*t} 
X on x-suunas liikunud vahemaa.
Vx on kiirus x-suunas.
t on aeg
Y-suunalised võrrandid
Üles- ja allapoole liikumine. Mõjutatud gravitatsiooni või muu välise kiirenduse mõjul
- Esimene y-suunaline võrrand on peaaegu sama, mis esimene ühemõõtmeline kinemaatiline võrrand, kuid see käsitleb muutuvat y-kiirust. See käsitleb vabalt langevat keha, mille suhtes avaldab mõju raskusjõud. (kaugust ei ole vaja)
Võrrand: V f y = v i y - g t {\displaystyle V_{f}y=v_{i}y-gt} 
Vfy on lõplik y-kiirus.
viy on alg- või algne y-kiirus.
g on raskuskiirendus, mis on 9,8 m/s 2 {\displaystyle m/s^{2}}
või 32 f t/s 2 {\displaystyle ft/s^{2}}. 
t on aeg
- Teist y-suunalist võrrandit kasutatakse siis, kui objektile mõjub eraldi kiirendus, mitte raskusjõud. Sel juhul on vaja kiirendusvektori y-komponenti. (kaugust ei ole vaja)
Võrrand: V f y = v i y + a y t {\displaystyle V_{f}y=v_{i}y+a_{y}t} 
Vfy on lõplik y-kiirus.
viy on alg- või algne y-kiirus.
ay on kiirendusvektori y-komponent.
t on aeg
- Kolmanda y-suunaga võrrandiga leitakse y-suunas läbitud vahemaa, kasutades keskmist y-kiirust ja aega. (Ei vaja raskuskiirust ega välist kiirendust)
Võrrand: X y = ( ( ( V f y + V i y ) / 2 ) t {\displaystyle X_{y}=((V_{f}y+V_{i}y)/2)t} 
Xy on y-suunas liigutatud vahemaa.
Vfy on lõplik y-kiirus.
viy on alg- või algne y-kiirus.
t on aeg
- Neljas y-suunaline võrrand käsitleb gravitatsiooni mõjul y-suunas liikuvat vahemaad. (Ei vaja lõplikku y-kiirust)
Võrrand: X f y = X i y + v i y - ( 1 / 2 ) g t 2 {\displaystyle X_{f}y=X_{i}y+v_{i}y-(1/2)gt^{2}}} 
X f y {\displaystyle X_{f}y}
on lõplik y-suunas liikunud vahemaa.
xiy on alg- või algkaugus y-suunas.
viy on alg- või algkiirus y-suunas.
g on raskuskiirendus, mis on 9,8 m/s 2 {\displaystyle m/s^{2}} või 32 f t/s 2 {\displaystyle ft/s^{2}}.
t on aeg
- Viies y-suunaline võrrand käsitleb y-suunaliselt liikunud vahemaad, millele mõjub muu kiirendus kui raskusjõud. (Ei vaja lõplikku y-kiirust)
Võrrand: X f y = X i y + v i y + ( 1 / 2 ) a y t 2 {\displaystyle X_{f}y=X_{i}y+v_{i}y+(1/2)a_{y}t^{2}}} 
X f y {\displaystyle X_{f}y} on lõplik y-suunas liikunud vahemaa.
xiy on alg- või algdistants y-suunas.
viy on alg- või algkiirus y-suunas.
ay on kiirendusvektori y-komponent.
t on aeg
- Kuues y-suunaline võrrand leiab lõpliku y-kiiruse, kui seda mõjutab gravitatsioon teatud vahemaa ulatuses. (Ei vaja aega)
Võrrand: V f y 2 = V i y 2 - 2 g x y {\displaystyle V_{f}y^{2}=V_{i}y^{2}-2gx_{y}}} 
Vfy on lõppkiirus y-suunas.
Viy on alg- või algkiirus y-suunas.
g on raskuskiirendus, mis on 9,8 m/s 2 {\displaystyle m/s^{2}} või 32 f t/s 2 {\displaystyle ft/s^{2}}.
xy on kogu y-suunas läbitud vahemaa.
- Seitsmenda y-suunalise võrrandi abil leitakse lõplik y-kiirus, kui seda mõjutab teataval kaugusel muu kiirendus kui gravitatsioon. (Ei vaja aega)
Võrrand: V f y 2 = V i y 2 + 2 a y x y {\displaystyle V_{f}y^{2}=V_{i}y^{2}+2a_{y}x_{y}}} 
Vfy on lõppkiirus y-suunas.
Viy on alg- või algkiirus y-suunas.
ay on kiirendusvektori y-komponent.
xy on kogu y-suunas läbitud vahemaa.
Seotud leheküljed
- Newtoni liikumisseadused
Küsimused ja vastused
K: Mis on klassikaline mehaanika?
V: Klassikaline mehaanika on füüsika osa, mis kirjeldab, kuidas igapäevased asjad liiguvad ja kuidas nende liikumine jõu mõjul muutub.
K: Kuidas saab klassikalist mehaanikat kasutada?
V: Klassikalist mehaanikat saab kasutada selleks, et ennustada, kuidas sellised asjad nagu planeedid ja raketid liiguvad, samuti saab ennustada, kuidas nad liiguvad tulevikus ja kuidas nad liikusid minevikus.
K: Millal ei ole klassikaline mehaanika täpne?
V: Klassikaline mehaanika ei ole täpne, kui asjad on aatomi suurused või väiksemad või kui asjad liiguvad valguse kiiruse lähedal.
K: Mida me kasutame klassikalise mehaanika asemel väikeste objektide puhul?
V: Väikeste objektide, näiteks aatomite puhul kasutame klassikalise mehaanika asemel kvantmehaanikat.
K: Mida kasutame klassikalise mehaanika asemel kiiresti liikuvate objektide puhul?
V: Kiirelt liikuvate objektide, näiteks valguskiirusele lähedaste objektide puhul kasutame klassikalise mehaanika asemel erirelatiivsusteooriat.
K: Kas need erinevad füüsikavormid kattuvad? V: Jah, eri füüsikavormide vahel võib olla mõningane kattuvus, sõltuvalt sellest, millist liiki liikumist uuritakse.
