Материялық нүктенің динамикасы

Тақырып 2.

Материялық нүктенің динамикасы.

№3 дәріс (1 сағат).

Мақсаты: Динамиканың негізгі ұғымдарын, заңдарын формулалары мен графиктерін білу.

Жоспар:

1. Ньютонның бірінші заңы. Инерциалды жүйелер.
2. Масса және дене импульсі.
3. Ньютонның екінші заңы. Суперпозиция принципі.

1.  Ньютонның бірінші заңы. Инерциалды жүйелер.

Классикалық немесе ньютондық механиканың негізіне 1687 жылы И. Ньютон тұжырымдаған динамиканың үш заңы жатады. Бұл заңдар механикада (барлық физикалық заңдар сияқты) ерекше рөл атқарады және адамдардың үлкен тәжірибесінің нәтижесінде толықтырылған.

Ньютон заңдары өзара байланысқан заңдар жүйесі ретінде қарастырылады және әрбір жеке заң тәжірибелік тексеруге ұшырамай, тұтастай алғанда барлық жүйе ұшырайды. Ньютон механикасы соншалықты жемісті, соншалықты күшті болғандықтан, физиктер кез-келген физикалық құбылысты Ньютон заңдарының көмегімен түсіндіруге болады деген болжам жасады. XIX ғасырдың аяғында көптеген физиктер табиғат туралы білуге болатын барлық нәрсені білетініне сенімді болды. Алайда, өте көреген физиктер классикалық физика білімінің әлсіз жақтары бар екенін түсінді. Мысалы, ағылшын физигі У. Томсон (ол және лорд Келвин) классикалық физиканың бұлтсыз аспанының көкжиегінде екі қара бұлт бар екенін айтты: абсолютті қара дене теориясын құруға тырысудың сәтсіздігі және жарық толқындарының таралуы болжаған гипотетикалық орта эфирінің қарама - қайшылық әрекеті. Бұл фактілер жаңа теорияларда – арнайы салыстырмалылық теориясы мен кванттық механикада түсіндірілді.

1905 жылы А. Эйнштейн жасаған арнайы салыстырмалылық теориясында кеңістік пен уақыт туралы ньютондық идеялар түбегейлі қайта қаралды. Бұл қайта қарау "жоғары жылдамдық механикасының" немесе релятивистік механика деп аталатын механиканың пайда болуына әкелді. Алайда жаңа механика ескі Ньютон механикасын толық теріске шығарған жоқ. Шегінде релятивистік механиканың теңдеулері (жарық жылдамдығымен салыстырғанда аз жылдамдықтар үшін) - классикалық механика теңдеулеріне өтеді. Осылайша, классикалық механика релятивистік механикаға оның дербес түрі ретінде еніп, жарық жылдамдығынан әлдеқайда аз жылдамдықпен жүретін қозғалыстарды сипаттау үшін бұрынғы мағынасын сақтап қалды.

Өткен ғасырдың 20 - жылдарында атом физикасының дамуы нәтижесінде пайда болған классикалық және кванттық механика арасындағы қатынастар осыған ұқсас.

Кванттық механика теңдеулері шегінде (атомдар массасымен салыстырғанда үлкен массалар үшін) классикалық механиканың теңдеулерін береді. Демек, классикалық механика кванттық механикаға оның шекті жағдайы ретінде кірді.

Осылайша, ғылымның дамуы классикалық механиканы жойған жоқ, тек оның қолданылуының шегі бар екенің көрсетті. Ньютон заңдарына негізделген классикалық механика - (жарық жылдамдығымен салыстырғанда) аз  жылдамдықпен қозғалатын  (атомдар массасымен салыстырғанда) массалары үлкен денелердің механикасы.

Ньютонның бірінші заңы: кез-келген материялық нүкте (дене) басқа денелердің әсері оның осы күйін өзгертуге мәжбүр еткенге дейін өзінің тыныштық күйін немесе бірқалыпты түзу сызықты қозғалысын сақтайды.

Аталған екі күй де дененің үдеуі нөлге тең болғандықтан ұқсас. Сондықтан бірінші заңның тұжырымы былай берілуі мүмкін: денеге басқа денелер әсер етіп оны өзгертпесе кез-келген дененің жылдамдығы тұрақты (атап айтқанда нөлге тең) болып қалады.

Дененің тыныштық күйін немесе бірқалыпты түзу сызықты қозғалысын сақтауға ұмтылуы инерция деп аталады. Сондықтан Ньютонның бірінші заңы инерция заңы деп аталады.