Ньютонның бірінші заңы

Кіріспе

Динамика дегеніміз денелердің ө зара ә рекетесу заң дарын зерттейін мехниканың бө лімін айтады. Динамиканың негізгі заң дарын

Мазмұ ны

Кіріспе......................................................................................................................1

Ньютонның бірінші заң ы.....................................................................................3

Кү ш...........................................................................................................................5

Ньютонның екінші заң ы....................................................................................10

Ньютонның ү шінші заң ы.............................................................................11

Галилейдің салыстырмалы принципі.......................................................12

Бү кілә лемдік тартылыс заң ы.....................................................................13

Денелердің ауырлық кү ші ә рекетінен қ озғ алуы......................................16

Ньютонның бірінші заң ы

Біздің дә уірімізге дейінгі IV ғ асырдан бастап, жиырма ғ асырғ а созылғ ан уақ ыт бойы гректің ұ лы ойшылы Аристотельдің жә не оның жолын қ уушылардың идеясы ү стемдік етті. Олардың кө зқ арасы бойынша, дене тұ рақ ты жылдамдық пен қ озғ алуы ү шін оғ ан ү немі баска дене ә рекет етуі керек деп есептелінді; дененің табиғ и кү йі — тыныштық деп саналды.

Алғ аш рет италиян ғ алымы Галилео Галилей (1564—1642) ғ асырлар бойы қ алыптасқ ан бұ л қ ағ идадан бас тартты. Ол ө зінің жү ргізген керемет тә жірибелері негізінде Аристотель мен оның жолын қ уушылар ілімінің жалғ ан екенін дә лелдей білді. Ол денелердің горизонталь жазық тық тар бойымен қ озғ алысын зерттей отырып, егер денеге басқ а денелер ә рекет етпесе немесе олардың ә рекеті тең герілген болса, онда дене не тыныштық тағ ы кү йін сақ тайды, не тү зусызық ты жә не бірқ алыпты қ озғ алысын жалғ астырады деген қ орытындығ а келген болатын. Бұ л — инерция заң ы. И. Ньютон инерция заң ын механика негізіне енгізді, сондық тан бұ л заң ды Ньютонның бірінші заң ы деп атайды.

Нақ ты жағ дайларда қ арастырылатын денеге тү сірілетін сыртқ ы ә рекеттен арылу мү мкін емес. Алайда тә жірибелер денелер ө зара ә рекеттесуге (мысалы, аздап ең кейтілген ү стел бетіндегі дене жермен, атмосферамен, ең кіш бетпен ө зара ә рекеттеседі) қ атынаса отырып, тыныштық қ алпын сактауы немесе біркалыпты тү зусызық ты козғ алуы мү мкін екендігін кө рсетеді. Бұ л жағ дайда ө зара ә рекеттесудің тең герілуі туралы айта аламыз. Ү йкеліс аз болғ ан жағ дайда, мысалы, сырғ анатылғ ан тас мұ з бетімен ү зақ уақ ыт бойы козғ ала алады. Ү йкеліс неғ ұ рлым аз болса, тас соғ ұ рлым едә уір жерге дейін сырғ анайды. Бірақ бұ л денелер аздағ ан тең ә рекетті кү ш ә рекетінен ө здерінің жылдамдық тарын ө згертулері мү мкін.

Инерция заң ы орындалмайтын санақ жү йелері болады. Мұ ндай санақ жү йелерінде дененің қ озғ алыс жылдамдығ ы ө зара ә рекеттесуден ғ ана емес, сол жү йенің ү демелі қ озғ алысынан да туындай алады. Ондай санақ жү йелері инерциялық емес санақ жү йелері деп аталады.

Кенет тежелген пойыз вагон|вагоны ішіндегі жолаушыны мысал ретінде алсақ. Пойыздың қ озғ алысы кезінде вагонғ а қ атысты қ озғ алмай отырғ ан жолаушы ол тежелген кезде оны ә лдене вагонның қ озғ алыс бағ ытында козғ алуғ а мә жбү р еткендей болады.(2.1 сурет). Ө зінің орнында қ алуы ү шін жолаушығ а ә рекет етуге тура келеді. Тежелген пойызбен байланыскан санақ жү йесіндегі жолаушығ а бұ л ү деуді тудыратын басқ а денелердің ә рекеті болмаса да, оның ү демелі қ озғ алысы байқ алады. Бұ л вагонмен байланысқ ан санақ жү йесінде Ньютонның бірінші заң ының орындалмайтынын кө рсетеді.

Сонымен, Ньютонның бірінші заң ы инерциялық санақ жү йесі деп аталатын жаң а ұ ғ ымды енгізуге мү мкіндік береді. Денеге басқ а денелер ә рекет етпегенде немесе олардың ә рекеті тең герілгенде, дене бірқ алыпты жә не тү зусызық ты қ озғ алатын (немесе тыныштық кү йін сақ тайтын) санақ жуйесі инерциялық санақ жү йесі ретінде алынады..

Алайда идеал инерциялық санақ жү йелерінің болуы мү мкін емес, ө йткені олардың ә рқ айсысы міндетті тү рде баска санақ жү йелерімен ә рекеттеседі. Сондық тан қ арастырылатын мә селелер ауқ ымында инерциялық деп есептелетін санақ жү йесін кө рсету қ ажет болады.

Жер тұ рғ ындары, кү нделікті ө мірдегі іс-ә рекетінде денелер қ озғ алысын, ә детте, Жер бетіне қ атысты қ арастырады. Жермен байланысқ ан санақ жү йесінде дененің жылдамдығ ы оғ ан баска денелердің ә рекет етуі аркылы ө згеретінін білеміз. Бұ л санақ жү йесіне қ атысты тыныштық кү йінде болғ ан бірде-бір дененің жылдамдығ ы кү штің ә рекетінсіз ө згермейді. Бұ дан: " Жермен байланыскан санақ жү йесін инерциялық санақ жү йесі деп есептеуге болады" деген қ орытынды шығ ады. Егер жермен байланысқ ан санақ жү йесін инерциялық деп есептесе, онда оғ ан қ атысты тұ рақ ты жылдамдық пен қ озғ алып келе жатқ ан кез келген санақ жү йесін инерциялық санак жү йесі деп қ арастыруғ а болады. Жерге қ атысты біркалыпты жә не тү зусызық ты қ озғ алып келе жатқ ан пойыз оның мысалы бола алады.(2.2 сурет). Алайда пойыз ө зінің қ озғ алыс жылдамдығ ын арттырғ анда немесе азайтқ анда, яғ ни а ≠ 0 болғ анда, онымен байланысқ ан санақ жү йесі инерциялы болмайтынын ескерген жө н.

Жердің тә уліктік жә не жылдық қ озғ алысы маң ызды орын алатын астрономиялық бақ ылаулар ү шін Жерді инерциялық санақ жү йесі деп қ арастыра алмаймыз. Тә жірибелер жеткілікті дә лдікпен координаталар басы Кү н центрімен байланысқ ан жә не осьтері жұ лдыздарғ а бағ ытталғ ан санақ жү йесін — гелиоцентрлік санақ жү йесін инерциялық санақ жү йесі деп есептеуге болады.(2.3 сурет). Гелиоцентрлік санақ жү йесі де идеал инерциялық санақ жү йесі болып табылмайды. Ө йткені Кү н де Ғ алам центріне қ атысты орбита бойымен айналады.

Кү ш

Кү ш - материалдық нү ктеге немесе денеге басқ а денелер немесе ө рістер тарапынан болатын механикалық ә сердің ө лшемі.

Кү нделікті ө мірде біз «кү ш» ұ ғ ымы арқ ылы бір дененің екінші бір денеге ә рекетін сипаттаймыз. Мысалы, қ олдың допқ а, желдің қ айық желкеніне, магниттің темірге, судың жү згішке ә рекеті туралы айтуғ а болады. Сонымен қ атар бұ л ұ ғ ым ауыспалы мағ ынада да қ олданылады.

Кү ш деп дененің басқ а денелер тарапынан болатын ә рекеттің нә тижесінде ү деу алатынын сипаттайтын жә не осы ә рекеттің ө лшемі болып табылатын физикалық шаманы айтады.

Тең ә рекетті кү ш деп денеге бір мезгілде ә рекет ететін бірнеше кү штің ә рекетіндей ә рекет жасайтын кү шті айтады.

«Білегі кү шті бірді жығ ады, білімі кү шті мың ды жығ ады», «Кө птің кү ші - бірлікте» деген аталы сө здердің терең мағ ынасын жеткізу ү шін де кү ш ұ ғ ымы қ олданылғ ан. Кү ш ұ ғ ымы ғ ылымда да кең інен қ олданылады жә не ол физиканың негізгі ұ ғ ымдарының біріне жатады.

Инерция қ ұ былысын карастыра отырып, басқ а денелермен ә рекеттеспейтін дене санак. денесіне қ атысты тү зу сызық ты жә не бірқ алыпты қ озғ алатынына кө зімізді жеткіздік. Басқ а денелермен ә рекеттесу дененің жылдамдығ ының ө згеруіне ә келеді. Мысалы, қ алақ шамен ұ шып бара жаткан теннис добының қ озғ алыс бағ ытын ө згертуге болады. Ә ткеншекті тербеткенімізде, онда отырғ ан бала онымен бірге козғ ала бастайды (69, ә -сурет). Осы келтірілген мысалдар дененің басқ а денелермен ә рекеттесуі оның жылдамдығ ының ө згеруіне ө келетінін кә рсетеді.

Бұ л жағ дайда денелердің жылдамдығ ы кү ш ә рекетінен ө згереді деп айту кабылданғ ан. Сонымен, кү ш –денелердің ө зара ә рекеттесуін сипаттайтын шама.

Ә р тү рлі дененің козғ алыс жылдамдығ ын бірдей шамағ а ө згерту ү шін оғ ан ә р тү рлі кү ш тү сіруіміз керек. Мысалы, автомобильді орнынан қ озғ алту ү шін кө п кү ш жұ мсаймыз. Бос жә не жү гі бар арбаларды орнынан қ озғ алту ү шін жә не олардын қ озғ алыс жылдамдығ ын бірдей шамағ а ө згерту ү шін оларғ а шамасы ә р тү рлі кү ш тү сіреміз. Демек, кү штің сан мө ні кө п те, аз да болуы мү мкін. Кү ш ә рекеті сан мө ніне (модуліне) ғ ана емес, оның бағ ытына да байланысты болады. Ө здерің де ойын ү стінде денелерге (допқ а, шайбағ а, т.б.) ә сер ете отырып, ө з ойларың ды жү зеге асыру ү шін, Бұ л ә рекетке белгілі бір бағ ыт бересің дер.Сонымен кү ш сандық мә німен (модулімен) жә не бағ ытымен сипатталатын физикалық шама болып табылады. Кү шті Ғ ә рпімен белгілейді.

Сызбада кү ш ұ шында бағ ыты кә рсетілген тү зу кесінді тү рінде беріледі. Кесіндінің ұ зындығ ы шартты тү рде қ андай да бір таң дап алынғ ан масштабтағ ы кү штің шамасын кө рсетеді. Оның бағ ыты кү ш ә рекетінің бағ ытымен сә йкес келеді. Кесіндінің басы кү штің тү сірілу нү ктесі болып табылады.

Кү штің дененің қ андай нү ктесіне тү сетінінің де мө ні зор. Расында да, мұ ны есікті тұ ткасына жә не топсасына таяу нү ктеге кү ш тү сіріп ашканда байқ ауғ а болады.

SI жү йесінде кү ш бірлігіне ньютон (Н) алынғ ан. Бұ л кү ш бірлігі ағ ылшынның ұ лы физигі Исаак Ньютонның қ ұ рметіне ньютон деп аталғ ан. 1Н- массасы 1 кг дененің жыл-дамдығ ын 1 м/с-ка ө згертетін кү ш. Бұ дан ү лкен кү ш бірлігі- килоньютон (кН) да қ олданылады.

Физика сиякты аукымды ғ ылым ү шін жоғ арыда келтірілген кү штің анық тамасы оның кү рделі мағ ынасын жеткілікті аша алмайды. Сондық тан Бұ л ұ ғ ымғ а жоғ ары сыныптарда кайтадан оралатын боламыз.[3]