Докторант
  1. Classical mechanics  1.1. Newtonian mechanics  1.1.1. Законы движения в ньютоновской механике  1.1.2. Динамика частиц и систем  1.1.3. Conservation laws  1.1.4. Central force motion  1.2. Механика Лагранжа  1.2.1. Principle of minimum action  1.2.2. Уравнения Эйлера–Лагранжа  1.2.3. Constraints and normalized coordinates  1.2.4. Теорема Нётер  1.3. Гамильтоновая механика  1.3.1. Уравнения Гамильтона  1.3.2. Каноническое преобразование  1.3.3. Poisson bracket  1.3.4. Переменные действия-угла  1.4. Подвижность твердого тела  1.4.1. Вращение твёрдых тел  1.4.2. Тензор момента инерции  1.4.3. Уравнения Эйлера в динамике твердого тела  1.4.4. Гироскопическое движение  1.5. Хаос и нелинейная динамика  1.5.1. Этапное пространство и аттракторы  1.5.2. Бифуркация и теория хаоса  1.5.3. Гамильтоновский хаос  1.5.4. Lyapunov exponent
  2. Электродинамика  2.1. Уравнения Максвелла  2.1.1. Закон Гаусса для электричества  2.1.2. Закон Гаусса для магнетизма  2.1.3. Закон Фарадея  2.1.4. Закон Ампера  2.1.5. Граничные условия в уравнениях Максвелла  2.2. Electromagnetic waves  2.2.1. Уравнение волны  2.2.2. Поляризация  2.2.3. Отражение и преломление  2.2.4. Волноводы и резонаторы  2.3. Special relativity  2.3.1. Преобразования Лоренца  2.3.2. Релятивистская энергия и импульс  2.3.3. Относительная электродинамика  2.3.4. Пространство-время Минковского  2.4. Radiation and scattering  2.4.1. Дипольное излучение  2.4.2. Разложение в мультиполи  2.4.3. Комптоновское рассеяние  2.4.4. Рассеивание Томсона и Рэлейя  2.5. Физика плазмы  2.5.1. Экран Дебая  2.5.2. Магнитная гидродинамика  2.5.3. Нестабильность плазмы  2.5.4. Плазма Фузии
  3. Квантовая механика  3.1. Основы квантовой механики  3.1.1. Principles of quantum mechanics  3.1.2. Функция волны и интерпретация вероятности  3.1.3. Принцип неопределенности  3.1.4. Квантовое туннелирование  3.2. Уравнение Шрёдингера  3.2.1. Уравнение Шрёдингера, зависящее от времени  3.2.2. Уравнение Шрёдингера без времени  3.2.3. Собственные значения и собственные функции в уравнении Шрёдингера  3.2.4. Интегралы по траекториям в квантовой механике  3.3. Квантовые операторы  3.3.1. Коммутаторы и наблюдаемые величины  3.3.2. Angular momentum operator  3.3.3. Оператор Лестницы  3.3.4. Матрицы Паули  3.4. Квантовая запутанность и измерение  3.4.1. Теорема Белла  3.4.2. Quantum Teleportation  3.4.3. Квантовая запутанность и декогеренция при измерении  3.4.4. Квантовая запутанность и измерение в квантовой механике  3.5. Релятивистская квантовая механика  3.5.1. Уравнение Клейна — Гордона  3.5.2. Уравнение Дирака  3.5.3. Квантовая теория поля  3.5.4. Интеграл по траекториям Фейнмана
  4. Статистическая механика и термодинамика  4.1. Классическая термодинамика  4.1.1. Законы термодинамики  4.1.2. Цикл Карно  4.1.3. Энтропия и свободная энергия  4.1.4. Термодинамическая эффективность  4.2. Кинетическая теория газов  4.2.1. Распределение Максвелла–Больцмана  4.2.2. Явление переноса  4.2.3. Средняя длина свободного пробега  4.2.4. Неравновесные системы в кинетической теории газов  4.3. Статистическая механика  4.3.1. Микросостояния и макросостояния  4.3.2. Функция распределения  4.3.3. Статистика Бозе–Эйнштейна и Ферми–Дирака  4.3.4. Fluctuations and correlations  4.4. Фазовый переход  4.4.1. Important events  4.4.2. Теория Ландау  4.4.3. Модель Изинга  4.4.4. Теория группы перенормировки
  5. Квантовая теория поля  5.1. Second Quantization  5.1.1. Квантовый гармонический осциллятор во втором квантовании  5.1.2. Операторы рождения и уничтожения во второй квантовании  5.1.3. Интеграл по траекториям во второй квантовании  5.1.4. Fock space  5.2. Квантовая электродинамика  5.2.1. Диаграммы Фейнмана  5.2.2. Ренормализация в квантовой электродинамике  5.2.3. Калибровочная инвариантность в квантовой электродинамике  5.2.4. Вакуумная поляризация  5.3. Квантовая хромодинамика  5.3.1. Quarks and gluons  5.3.2. Диапазон цветов  5.3.3. Lattice QCD  5.3.4. Асимптотическая свобода  5.4. Standard model of particle physics  5.4.1. Электрослабая теория  5.4.2. Механизм Хиггса  5.4.4. Большие объединенные теории
  6. General relativity and gravity  6.1. Einstein's field equations  6.1.1. Тензор Риччи и скалярная кривизна  6.1.2. Решение Шварцшильда  6.1.3. Метрика Керра  6.1.4. Gravitational waves  6.2. Космология  6.2.1. Friedmann equation  6.2.2. Космическая инфляция  6.2.3. Тёмная материя и тёмная энергия  6.2.4. Структура крупного масштаба  6.3. Чёрные дыры и кротовые норы  6.3.1. Горизонт событий в черных дырах и кротовых норах  6.3.2. Излучение Хокинга  6.3.3. Процесс Пенроуза  6.3.4. Information paradox in black holes and wormholes
  7. Condensed matter physics  7.1. Crystal structure and lattice  7.1.1. Решётки Браве  7.1.2. Теория зон в кристаллической структуре и решетках  7.1.3. Фононы в кристаллической структуре и решётке  7.1.4. Теорема Блоха  7.2. Сверхпроводимость  7.2.1. Принцип BCS  7.2.2. Эффект Мейснера  7.2.3. Высокотемпературный сверхпроводник  7.2.4. Эффект Джозефсона

Докторант → Classical mechanics → Newtonian mechanics ↓


Законы движения в ньютоновской механике


Законы движения Ньютона — это набор из трех физических принципов, установленных сэром Исааком Ньютоном в конце XVII века. Эти законы формируют основу классической механики и описывают движение объектов и их взаимодействие с силами.

Первый закон движения: Закон инерции

Первый закон, называемый законом инерции, утверждает, что объект будет оставаться в состоянии покоя или в прямолинейном равномерном движении, если на него не действует внешняя сила. Проще говоря, вещи не начинают двигаться, останавливаться или менять направление, если их ничего не толкает или не тянет.

Если F = 0, то a = 0 (где F — результирующая сила, а a — ускорение).
Если F = 0, то a = 0 (где F — результирующая сила, а a — ускорение).

Это можно понять на простом примере: книга, лежащая на столе, останется на своем месте, если её не сдвинет кто-то или что-то. Другой пример — хоккейная шайба, скользящая по льду. Если лед совершенно гладкий и нет трения, шайба всегда будет скользить по прямой, если на нее не подействует внешняя сила, например, клюшка хоккеиста, которая изменит ее движение.

шайба на льду

Практическое наблюдение первого закона можно сделать при путешествии в автомобиле. Если автомобиль внезапно останавливается, пассажиры наклоняются вперед. Это происходит потому, что из-за инерции тела пассажиров сохраняют свою скорость, в то время как скорость автомобиля изменяется.

Второй закон движения: Закон ускорения

Второй закон дает количественное описание силы. Он гласит, что сила, действующая на объект, равна массе этого объекта, умноженной на его ускорение. Это выражается уравнением:

F = ma
F = ma

Где F — приложенная сила, m — масса, а a — ускорение. Этот закон описывает, как изменяется скорость объекта, когда на него действует внешняя сила. Чем больше масса объекта, который необходимо ускорить, тем больше силы требуется для его ускорения.

Рассмотрим автомобиль и велосипед, на которые действует одинаковая сила. Велосипед имеет большее ускорение, чем автомобиль, из-за его меньшей массы. Это ясно показывает, что чем больше масса, тем меньше будет ускорение при одинаковой силе.

Велосипед автомобиль одинаковая сила

Второй закон также объясняет такие сценарии, как подъем тяжелой коробки: для поднятия легкой коробки нужно больше силы, чем для тяжелой. Также это объясняет, почему грузовик с большей массой требует больше топлива для достижения того же ускорения, что и малый автомобиль.

Третий закон движения: Действие и противодействие

Третий закон знаменит своим утверждением: «На каждое действие есть равное и противоположное противодействие». Этот закон утверждает, что силы всегда возникают парами. Если объект А воздействует на объект B, то объект B будет воздействовать на объект А с равной и противоположной силой.

F AB = -F BA
F AB = -F BA

Наиболее распространенный пример этого — когда человек идет: когда вы двигаете ногу назад по земле, земля двигает вас вперед с такой же силой. Также можно рассмотреть отдачу от оружия — быстрое движение вперед уравновешивается равным, но медленным движением назад.

сила от ноги ответ от земли

Третий закон также применим в полетах ракеты. Когда ракета выталкивает газы назад, газы толкают ракету вперед. Это является основой для всех видов систем привода.

Применения и последствия

Законы движения Ньютона применимы в самых различных условиях — от микроскопических до космических масштабов, описывая такие явления, как орбиты планет. Они являются основой для многих других областей физики и инженерии.

Возьмем, например, спорт: когда футбольный мяч ударяют, приложенное усилие приводит к ускорению в соответствии со вторым законом. Скорость футбольного мяча, его направление и изменение импульса зависят от силы удара, ветра и гравитации.

В аэрокосмической области эти правила определяют процесс разработки транспортных средств, выходящих за пределы атмосферы Земли, и важны для расчета потребностей в топливе, траекторий и структурных возможностей.

Ограничения ньютоновской механики

Законы Ньютона, хотя и очень успешны, имеют свои ограничения. Они не применимы при очень высоких скоростях, близких к скорости света, или в сильных гравитационных полях. Это привело к разработке теории относительности Эйнштейна, которая уточнила наше понимание. Кроме того, на микроскопическом уровне, где доминируют квантовые эффекты, классическая механика заменяется квантовой механикой.

Несмотря на эти ограничения, законы Ньютона остаются чрезвычайно полезными. Они предоставляют точные приближения в большинстве повседневных ситуаций и поэтому незаменимы в инженерии, физике и технологиях.

Заключение

Законы движения Ньютона фундаментально описывают взаимосвязь между движением объектов и действующими на них силами. Эти законы оказывают глубокое влияние в самых различных областях и создают основу для дальнейших достижений в области физики и науки. От простого акта ходьбы до сложных траекторий космических аппаратов наследие законов Ньютона остается и продолжает быть центральной частью нашего понимания природного мира.


Докторант → 1.1.1


U
username
0%
завершено в Докторант

← Предыдущий (1.1)
Newtonian mechanics
Следующий (1.1.2) →
Динамика частиц и систем

Комментарии 



Законы движения в ньютоновской механике

https://www.physicsflow.com/phd/1.1.1?pfal=ru