Что изучает динамика
☰
Динамика изучает причины изменения характера движения тел (в том числе возникновение движения), часто рассматривая их движение в инерциальных системах отсчета.
Динамика — это раздел механики, в котором в том числе изучаются три закона Ньютона. Они лежат в основе классической динамики, которая оказывается неприменимой для элементарных частиц и скоростей, близких к скорости света.
Динамика решает такие задачи, как по движению тел определить действующие на них силы, так и как по действующим на тело силам определить характер его движения.
Первый закон Ньютона. Существуют системы отсчета, относительно которых свободное точечное тело покоится или движется равномерно и прямолинейно. Эти системы отсчета называют инерциальными.
Обычно при решении задач все системы отсчета, связанные с Землей или с телами, движущимися относительно Земли равномерно прямолинейно, считают инерциальными.
Динамика изучает различные механические силы. Сила в механике — это физическая величина, характеризующая действие одного тела на второе, в результате которого второе тело получает ускорение в инерциальной системе отсчета.
Под инертностью тела понимают его свойство препятствовать приобретению ускорения (изменению своей скорости) под действием приложенной силы.
С понятием инерции в динамике связано понятие массы. Масса — это физическая величина, количественно характеризующая инертность тела.
В СИ массу измеряют в килограммах, а силу — в ньютонах.
Под действием силы, модуль которой равен 1 Н, первоначально покоившееся в инерциальной системе отсчета точечное тело массой 1 кг получает ускорение, модуль которого равен 1 м/с
Второй закон Ньютона. Ускорение (a), приобретаемое точечным телом в инерциальной системе отсчета, равно отношению суммы всех действующих на это тело сил (F) к его массе (m).
Формула второго закона Ньютона: a = F/m.
Третий закон Ньютона. Два тела взаимодействуют друг с другом с силами равными по модулю, противоположными по направлению, лежащими на одной прямой. При этом силы взаимодействия двух тел приложены к разным телам, следовательно, они не могут уравновесить друг друга. Хотя являются силами одной природы.
Динамика изучает следующие силы:
- Сила тяжести. Эта сила возникает под действием Земли (или других космических тел), действует на тело, находящееся близко к поверхности Земли, направлена вертикально вниз, т. е. притягивает тело к земле. Сила тяжести по модулю равна mg, где g — ускорение свободного падения.
- Сила упругости (Fупр). Эту силу вызывает деформированное тело, а действует сила упругости на тело, вызвавшее деформацию. Сила упругости направлена в сторону противоположную деформации, при этом стремится сдвинуть деформирующее тело. Сила упругости пропорциональна деформации: чем больше деформация, тем больше сила.
- Сила реакции горизонтальной опоры на свободно лежащее на ней тело (N). Силу вызывает горизонтальная опора, сила действует на тело, лежащее на этой опоре. По модулю сила реакции равна силе тяжести, но противоположна ей по направлению, так как направлена вверх. В результате она уравновешивает силу тяжести, прижимая тело к опоре.
- Вес тела (P), лежащего на опоре или висящего на подвесе. Силу вызывает само тело, и в первом случае сила (вес) действует на опору, во втором — на подвес. В первом случае вес по модулю равен силе реакции опоры, во втором — силе упругости подвеса. Вес направлен вертикально вниз и деформирует опору или растягивает подвес.
- Силы трения. Существует несколько типов сил трения. Силу сухого трения скольжения (Fтр) вызывает поверхность, по которой скользит тело. Сила действует на тело, скользящее по поверхности. Сила трения направлена в сторону, противоположную движению тела и препятствует движение тела по поверхности, т. е. тормозит его.
е. тормозит его.Что такое динамика
Динамика (греч. «динамис» – сила) – раздел физики, изучающий причины движения тел. Динамика использует понятия массы, силы, импульса, работы, энергии и другие. С большинством этих величин вы уже начинали знакомство в 7 классе. Повторим эти знания и расширим их.
Масса – характеристика гравитационных и инертных свойств тела. Чем больше масса тела, тем заметнее его притяжение к другим телам (гравитационное проявление массы). Чем больше масса, тем больше требуется времени, чтобы изменить скорость тела (инертное проявление массы). Единица массы – 1 кг, это масса гири-эталона килограмма, а измерительный прибор – весы. Помимо них для измерения массы можно использовать метод взаимодействия: подбирая массу гирь, добиваются, чтобы при взаимодействии одинаковых тележек тело и гири приобретали равные скорости (см. рисунок). В этом случае масса тела будет равна массе гирь. Масса является скалярной величиной.
Сила – характеристика действия одного тела на другое в отношении изменения быстроты и/или направления движения тела, то есть появления ускорения. Чем больше приложенная сила, тем быстрее меняется вектор скорости тела. Единица силы – 1 Н. Это такая сила, которая будучи приложенной к телу массой 1 кг, будет изменять его скорость на 1 м/с за 1 с. Прибор для измерения сил – динамометр. Его применение основано на сравнении измеряемой силы с силой упругости, возникающей в пружине динамометра. Сила – векторная величина.
В отличие от скалярных величин, которые складываются алгебраически, силы, как и все векторные величины, складываются геометрически. Это, например, можно сделать по правилу параллелограмма . Силу, получающуюся в результате сложения сил, действующих на одно и то же тело, и оказывающую на это тело такое же действие, как и заменяемые ею силы, называют равнодействующей силой .
Механическая работа (работа силы) – характеристика действия силы, определяемая её вектором и перемещением тела: A=F·s·cos(a).
Взгляните на чертёж. Если вектор силы сонаправлен с вектором перемещения тела, то угол между ними 0°, его косинус +1, соответственно, работа силы F1 положительна. Если вектор силы противонаправлен вектору перемещения, то угол между ними 180°, его косинус –1, поэтому работа силы F3 отрицательна. Если векторы перпендикулярны, косинус 90° между ними равен нулю, поэтому сила F2 не совершает механическую работу.
Энергия – характеристика способности тела совершать механическую работу. Единица энергии, как и работы – 1 Дж, и они обе являются скалярными величинами. В 7-8 классах мы начали знакомство с энергиями разных видов. Сумму кинетической и потенциальной энергий тела мы назвали механической энергией тела, а сумму кинетических и потенциальных энергий всех частиц тела – внутренней энергией тела. Для энергий всех видов справедлив закон сохранения и превращения энергии – первый закон термодинамики (см. § 6-з).
С импульсом тела – произведением его массы на вектор скорости и импульсом силы – произведением вектора силы на время её действия мы пока не знакомились.
Мы сделаем это при изучении динамики (см. § 13-и).
Основная задача динамики – предсказать характер движения тел, если известны действующие силы и так называемые начальные условия: координаты и скорости взаимодействующих тел. Динамика должна также учитывать их массы, импульсы, энергии, мощности и КПД.
Опубликовано в разделах: 9 класс, Законы динамикиЧ. 4 Введение в динамику: законы движения Ньютона — College Physics 2e
Рисунок 4.1 Законы движения Ньютона описывают движение по траектории дельфина. (Источник: Jin Jang)
План главы
4.1 Разработка концепции сил
4.2 Первый закон Ньютона: инерция
4.3 Второй закон Ньютона: концепция системы
4.4 Третий закон Ньютона: симметрия сил
4,5 Нормальная, натяжная и другие примеры сил
4.6 Стратегии решения проблем
4.7 Дальнейшие применения законов движения Ньютона
4,8 Расширенная тема: Четыре основные силы — введение
Движение привлекает наше внимание.
Законы движения Исаака Ньютона (1642–1727) были лишь частью монументального труда, сделавшего его легендарным. Развитие законов Ньютона знаменует собой переход от эпохи Возрождения к современной эпохе. Этот переход характеризовался революционным изменением взглядов людей на физическую вселенную.
На протяжении многих веков естествоиспытатели обсуждали природу Вселенной, в основном основываясь на определенных правилах логики, при этом большое значение придавалось мыслям более ранних классических философов, таких как Аристотель (384–322 до н. э.). Среди многих великих мыслителей, внесших свой вклад в это изменение, были Ньютон и Галилей.
Рисунок 4.2 Монументальный труд Исаака Ньютона « Philosophiae Naturalis Principia Mathematica » был опубликован в 1687 году. В нем были предложены научные законы, которые до сих пор используются для описания движения объектов. (кредит: Служба общественной документации Университета Страсбурга)
Галилей сыграл важную роль в установлении наблюдения как абсолютного определителя истины, а не «логического» аргумента. Использование Галилеем телескопа было его самым заметным достижением в демонстрации важности наблюдения. Он обнаружил спутники, вращающиеся вокруг Юпитера, и сделал другие наблюдения, несовместимые с некоторыми древними идеями и религиозными догмами.
Галилей также внес свой вклад в формирование того, что сейчас называется первым законом движения Ньютона. Ньютон использовал работы своих предшественников, которые позволили ему разработать законы движения, открыть закон всемирного тяготения, изобрести исчисление и внести большой вклад в теории света и цвета. Удивительно, что многие из этих разработок были сделаны Ньютоном в одиночку, без обычного взаимодействия, которое происходит сегодня между учеными.
Только с появлением современной физики в начале 20-го века было обнаружено, что законы движения Ньютона дают хорошее приближение к движению только тогда, когда объекты движутся со скоростями намного, намного меньше скорости света и когда эти объекты больше, чем размер большинства молекул (около 10-9 м10-9 м в диаметре).
Установление связей: философия прошлого и настоящего
Важность наблюдения и понятие причины и следствия не всегда так укоренялись в человеческом мышлении. Это осознание было частью эволюции современной физики от натурфилософии. Достижения Галилея, Ньютона, Эйнштейна и других были ключевыми вехами в истории научной мысли. Большинство научных теорий, описанных в этой книге, произошли от работ этих ученых.
Границы физики | Гидродинамика
Главный редактор по специальности
Специальность Главный редактор
Динамика жидкости
Область применения
В специальном разделе «Гидродинамика» публикуются работы, посвященные всем областям, связанным с физикой жидкостей и течений жидкости. В этом разделе приветствуются материалы от исследователей, стремящихся улучшить современное понимание физики потока, используя теоретические, вычислительные, экспериментальные подходы или любые их комбинации. В разделе также публикуются материалы, посвященные применению гидродинамики в других областях физики, науки и техники, а также приветствуются обзорные статьи, точки зрения, мнения, статьи о методах, статьи об экспериментах и кодах и т. д.
Области, охватываемые данным разделом, включают (но не ограничиваются):
• Основы турбулентности и моделирование
• Взаимодействие жидкости и конструкции, течения в сложных геометрических формах и пористых средах
• Потоки и взвеси с частицами
• Динамика капель, пузырьков, коллоидов, волокон и поверхностно-активных веществ
• Акустика в потоках жидкости и газа
• Микро-, наномасштабные течения и электрокинетика
• Конвективные, плавучие и реактивные потоки
• Течения со свободной поверхностью, пограничные слои и струи
• Многофазные и многокомпонентные течения, неньютоновские течения
• Реология
• Волны, гидродинамические нестабильности и управление потоком
• Газовые потоки и потоки разреженных газов
• Сжимаемые и сверхзвуковые потоки
• Вычислительная гидродинамика
• Экспериментальные методы гидродинамики
• Квантовые жидкости
• Поток активной материи
• Применение гидродинамики к биологическим, геофизическим и промышленным задачам
Этот раздел в журнале Frontiers in Physics представляет собой форум публикаций с открытым доступом для сообщества специалистов по физике гидродинамики, а также поощряет междисциплинарное сотрудничество посредством разработки сборников статей Frontiers Research Topic.
Обратите внимание, что все материалы, отправленные в Fluid Dynamics, должны соответствовать объему раздела.
Границы физики является членом Комитета по публикационной этике.
Факты
Краткое наименование
Фронт. физ.
Аббревиатура
FPHY
Электронный ISSN
2296-424x
Индикальный Scopus, расширенный индекс научного цитирования Web of Science (SCIE), Google Scholar, DOAJ, CrossRef, Chemical Abstracts Service (CAS), система астрофизических данных (SAO/NASA ADS), INSPIRE, CLOCKSS
Влияние
3,718 Импакт-фактор
3,7 CiteScore
Представление
Fluid Dynamics приветствует следующие материалы:
типы статей:
Краткий исследовательский отчет, исправление, отчет о данных, редакция, общий комментарий, гипотеза и теория, методы, мини-обзор, мнение, оригинальное исследование, перспектива, обзор, технология и код.
Все рукописи должны быть представлены непосредственно в раздел Fluid Dynamics, где они проходят рецензирование со стороны младшего специалиста и Обзор редакторов специального раздела.
Заявление об открытом доступе
Философия Frontiers заключается в том, что все исследования ведутся на благо человечество. Исследования являются продуктом инвестиций общества и поэтому его плоды должны быть возвращены всем людям без границ или дискриминации, служит обществу повсеместно и в прозрачная мода.
Вот почему Frontiers предоставляет онлайн бесплатный и открытый доступ ко всем свои научные публикации. Для получения дополнительной информации об открытом доступе нажмите здесь.
Спонсор открытого доступа и институциональные мандаты
Frontiers полностью соответствует требованиям открытого доступа, публикуя
его статьи под лицензией Creative Commons Attribution (CC-BY).
Мандаты спонсоров, такие как Wellcome Trust (Великобритания), National
Институты здоровья (США) и Австралийский исследовательский совет
(Австралия) полностью совместимы с публикацией в Frontiers. Авторы
сохраняют авторские права на свою работу и могут депонировать свою публикацию в любом
репозиторий. Работа может быть свободно распространена и адаптирована при условии, что
дается соответствующий кредит и указываются любые изменения.
Заявление об авторских правах
Под
Условия использования веб-сайта Frontiers
и
Общие условия Frontiers для авторов, авторы статей, опубликованных в журналах Frontiers, сохраняют за собой авторские права
на своих статьях, за исключением любых сторонних изображений и других материалов
добавленные Frontiers, которые защищены авторскими правами соответствующих
владельцы. Таким образом, авторы могут свободно распространять и переиздавать свои
статьи, с учетом любых требований сторонних правообладателей
и при условии полного цитирования оригинальной публикации.
Посетители могут
также загружать и пересылать статьи в соответствии с требованиями цитирования
и с учетом любых сборов, которые Frontiers может взимать за загрузку лицензий.
Возможность копировать, скачивать, пересылать или иным образом распространять любые
материалы всегда подлежат любым отображаемым уведомлениям об авторских правах.
Уведомления об авторских правах должны быть размещены на видном месте и не должны
уничтожены, удалены или скрыты, полностью или частично.
Качество
Каждая статья Frontiers стремится к высочайшему качеству, благодаря
подлинное сотрудничество между авторами, редакторами и
рецензенты, в число которых входят многие из лучших ученых мира.
Frontiers хорошо осведомлена о потенциальном влиянии опубликованных исследований
как на будущие исследования, так и на общество и, следовательно, не поддерживает
модели публикации с поверхностным обзором, легким обзором или без обзора.
Исследования должны быть сертифицированы коллегами, прежде чем войти в поток
знания, которые в конечном итоге могут стать доступными для широкой публики и сформировать общество.
Поэтому Frontiers применяет только самые строгие и беспристрастные
отзывы, установленные в соответствии с высокими стандартами Frontiers Review
Система. Кроме того, только лучшие сертифицированные исследования, оцененные
объективно с помощью количественных показателей на уровне онлайн-статей,
распространяется на все более широкие сообщества по мере постепенного подъема
уровни многоуровневой системы Frontiers от специализированного эксперта
читательское внимание к общественному пониманию.
Frontiers имеет ряд процедур для поддержки и обеспечения качество публикуемых научных статей:
2022
Редколлегия Качество
В состав редколлегии Frontiers входят только ведущие эксперты и признанные члены научного сообщества.
Главные редакторы, младшие редакторы и редакторы-рецензенты перечислены с указанием их имен и должностей на страницах журнала, и им рекомендуется публично указывать свои полномочия публикации.
Качество назначения младшего редактора
Заместители редактора наблюдают за рецензированием и принимают окончательное решение о принятии рукописей. Право принятия редакционных решений распределено в Frontiers, потому что мы считаем, что многие эксперты в сообществе должны иметь возможность определять направление науки на благо общества.
Подавшие заявку авторы могут выбрать предпочитаемого помощника редактора для обработки своей рукописи, потому что они хорошо знают, кто будет подходящим экспертом для редактирования их рукописи. Нет никаких гарантий для этого предпочтительного выбора, младшие редакторы могут отклонить приглашения в любое время, а обработка младших редакторов также может быть отменена главным редактором до того, как она / он будет приглашен для редактирования статьи или на любом другом этапе.
Заместители редактора уполномочены принимать редактирование рукописи только в том случае, если у них нет конфликта интересов (как указано здесь, а также в их приглашении на рецензирование и электронных письмах о назначении).
Если выяснится, что у младшего редактора есть конфликт интересов или он не может своевременно и надлежащим образом провести рецензирование, главный редактор может назначить нового помощника редактора для рукописи, который имеет полный контроль над вмешаться в процесс рецензирования в любое время.
Заместитель главного редактора сначала проверяет соответствие статьи основным стандартам качества и отсутствие явных объективных ошибок.
Качество назначения рецензента
Заместитель редактора может затем лично выбрать и пригласить наиболее подходящих рецензентов для рецензирования рукописи, включая редакторов-рецензентов из совета или внешних рецензентов.
Заместителю редактора в этом помогает программное обеспечение и интерфейс Frontiers Collaborative Review Forum, который предлагает наиболее подходящих редакторов-рецензентов на основе соответствия их опыта и темы рукописи. Однако ассоциированные редакторы могут выбрать любого рецензента, которого они сочтут подходящим.
По прошествии определенного периода времени и если за это время рукописи не были назначены рецензенты, в дело вступает платформа Frontiers и алгоритмическая система безопасности, которые приглашают наиболее подходящих редакторов-рецензентов на основе постоянно обновляемых и улучшаемых алгоритмов, которые соответствуют рецензенту. экспертиза представленной рукописи.
Рецензирование Редакторы и рецензенты уполномочены принимать для рецензирования рукопись только в том случае, если у них нет конфликта интересов (как указано здесь и в их приглашении на рецензирование и электронных письмах о назначении).
Алгоритмы Frontiers постоянно дорабатываются, чтобы редакторы-рецензенты лучше совпадали с рукописями, и в платформу вводятся дополнительные проверки, например, в отношении конфликта интересов.
Если выяснится, что конкретный рецензент имеет конфликт интересов или не может своевременно и надлежащим образом провести рецензирование, он или она должны быть заменены альтернативным рецензентом помощником редактора или главным редактором, который будет предупрежден и имеет полный контроль, чтобы вмешаться в рецензирование в любое время.
Качество этапа независимой проверки
На этапе независимого рецензирования назначенные рецензенты проводят углубленное рецензирование статьи независимо друг от друга, чтобы гарантировать полную свободу мнений.
Рецензентам помогает онлайновая стандартизированная анкета для рецензирования, адаптированная к типам статей, с целью облегчить тщательную оценку в соответствии с объективными критериями и Руководством по рецензированию Frontiers.
Качество этапа интерактивного обзора
Заместитель редактора оценивает рецензии и активирует «Интерактивную рецензию», информируя авторов о степени правок, которые необходимы для учета комментариев рецензентов, и запускает интерактивный дискуссионный форум, где авторы, а также рецензенты получают полный доступ ко всем обзорам отчетов.
Качество рукописи и рецензирования на этом этапе повышается за счет того, что авторы и рецензенты могут напрямую обсуждать друг с другом в режиме реального времени до тех пор, пока они не достигнут консенсуса и окончательная версия рукописи не будет одобрена рецензентами.
Личность рецензента защищена на этом этапе для обеспечения полной свободы мнений.
Рецензенты могут рекомендовать отклонение на данном этапе, если их требования об исправлении объективных ошибок не выполняются авторами или если они считают статью в целом недостаточно качественной.
В случае возникновения спора авторы или рецензенты могут инициировать арбитраж и уведомить помощника редактора, который может назначить дополнительных рецензентов и/или довести спор до сведения главного редактора. Заместитель редактора также может принимать участие в обсуждении, и его просят выступить посредником в процессе, чтобы обеспечить конструктивную стадию пересмотра.
Качество этапа принятия решения
Решение о принятии статьи должно быть единогласным среди всех рецензентов и помощника главного редактора.
Имена помощника редактора и рецензентов указываются в опубликованных статьях, чтобы поощрять их тщательное и тщательное рецензирование, признавать хорошо проделанную работу над статьей и обеспечивать прозрачность и подотчетность рецензирования.
Заместители редактора могут рекомендовать отклонить статью главному редактору, который должен проверить, что права авторов были соблюдены в процессе рецензирования, и который затем может окончательно отклонить статью, если она недостаточно качества, имеет объективные ошибки или если авторы необоснованно не желали решать вопросы, поднятые в ходе рецензирования.
Главные редакторы могут на любом этапе рецензирования вмешаться, чтобы прокомментировать процесс рецензирования, сменить назначенных редакторов, назначить себя в качестве рецензента и даже редактора, ответственного за обработку рукописи, и, следовательно, обладают полными полномочиями и всеми механизмы самостоятельной работы в своей онлайн-редакции для обеспечения качества.
Главные редакторы, младшие редакторы и редакторы-рецензенты перечислены с указанием их имен и должностей на страницах журнала, и им рекомендуется публично указывать свои полномочия публикации.
