Ruch jako zjawisko fizyczne

Ruch jako zjawisko fizyczne, (według encyklopedii PWN) to „zmiana w czasie położenia ciała materialnego względem danego układu odniesienia lub zmiana wzajemnego położenia elementów ciała”. Ruch jest to zmiana położenia ciała w czasie i przestrzeni względem obranego układu odniesienia. Aby opisać ruch potrzebne są następujące wielkości:

· Czas (t) [s, min, h] - wielkość fizyczna określająca kolejność zdarzeń oraz odstępy między zdarzeniami zachodzącymi w tym samym miejscu

· Tor – linia prosta po której porusza się ciało

· Droga (s) [cm, m, km] - długość toru, po jakim ciało się poruszało. Jest określone przez równanie toru - wzór zależny od kształtu toru (odcinek, łuk, parabola itd).

· Wektor przemieszczania (przesunięcia) – wektor łączący położenie początkowe z końcowym. Dla dowolnego ruchu krzywoliniowego wartość tego wektora jest mniejsza bądź równa drodze pokonanej przez ciało. Równość ma miejsce wówczas, gdy promień krzywizny toru dąży do nieskończoności (ruch prostoliniowy).

· Prędkość (V) [km/h m/s] wektorowa wielkość fizyczna wyrażająca zmianę wektora położenia w jednostce czasu.

Względność obserwowanego ruchu polega na tym, że ruch można obserwować tylko względem danego układu odniesienia. Ponadto znaczy to, że wybrane ciało może znajdować się w spoczynku wobec jednego układu odniesienia jednocześnie poruszając się wobec innego.

Zasady dynamiki Newtona

Zasady dynamiki Newtona to trzy zasady leżące u podstaw mechaniki klasycznej. Zostały one sformułowane przez Isaaca Newtona, a następnie opublikowane w Philosophiae Naturalis Principia Mathematica w 1687 roku. Zasady dynamiki określają związki między ruchem ciała a siłami działającymi na nie, dlatego zwane są też prawami ruchu.





I Zasada dynamiki



Pierwsze prawo Newtona formułuje się następująco:



Jeżeli na ciało nie działa żadna siła lub gdy działające siły się równoważą,

to ciało porusza się ruchem jednostajnym po prostej lub pozostaje w spoczynku.



Powyższe prawo prawdziwe jest jedynie w tzw. układzie inercyjnym (lub inercjalnym). Jest to układ odniesienia, w którym jest spełniona zasada bezwładności, tzn. taki, w którym ciała nie podlegające działaniu żadnych sił lub podlegające działaniu sił o wypadkowej równej zeru spoczywają lub poruszają się ruchem jednostajnym prostoliniowym. Mając to na uwadze, I zasada dynamiki bywa również formułowana w następujący sposób:



W inercjalnym układzie odniesienia, jeśli na ciało nie działa żadna siła lub siły działające równoważą się, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.



II Zasada dynamiki



Jeśli siły działające na ciało nie równoważą się to ciało porusza się z przyspieszeniem wprost proporcjonalnym do siły wypadkowej, a odwrotnie proporcjonalnym do masy ciała.

Jeżeli na ciało działa siła niezrównoważona, to ciało porusza się ruchem jednostajnie przyspieszonym ruchem, czyli mówiąc inaczej przyspieszenie w której porusza się ciało jest wprost proporcjonalnie do działającej siły i odwrotnie proporcjonalna do masy tego ciała. Wielkość masy występujący we wzorze Newtona nazywamy masą bezwładnościową. Tą zasadę formujemy:

Siła [F] działająca na ciało o masie m udziela mu przyśpieszenia [a] o wartości proporcjonalnej do wartości siły, a współczynnikiem proporcjonalności jest masa [m].

III zasada dynamiki (zasada akcji i reakcji)

Oddziaływania ciał są zawsze wzajemne. Siły wzajemnego oddziaływania dwóch ciał mają takie same wartości, taki sam kierunek, przeciwne zwroty i różne punkty przyłożenia (każda działa na inne ciało).

Względem każdego działania istnieje przeciwdziałanie zwrócone przeciwnie i równe, to jest wzajemne działania dwóch ciał są zawsze równe i zwrócone przeciwnie.

III Zasada dynamiki, słuszna tylko w mechanice nierelatywistycznej, zwana jest zasadą akcji i reakcji. Zasada ta zakłada, że oddziaływania rozchodzą się w przestrzeni z nieskończoną prędkością. Doświadczenia wskazują, że wszystkie oddziaływania rozchodzą się ze skończoną prędkością nieprzewyższającą prędkości światła.

Należy pamiętać, że siły w III zasadzie dynamiki się nie równoważą.

Tarcie statyczne i dynamiczne

Jeżeli będziemy przesuwali względem siebie dwie stykające się powierzchnie, to zaobserwujemy zjawisko tarcia posuwistego, czyli fakt, że ruch ten wymaga stałego działania siły.Przyczyną tego rodzaju tarcia są mikroskopijne zadziory zaczepiające o siebie na trących powierzchniach.Dlatego nawet pozornie gładkie powierzchnie nie ślizgają się swobodnie.Faktem jest natomiast, że dokładne oszlifowanie powierzchni może w wielu przypadkach zmniejszyć tarcie.



Współczynnik tarciaOkazuje się, że w typowych sytuacjach tarcia posuwistego stosunek siły tarcia do nacisku trących powierzchni jest stały. Jego wartość nazywana jest współczynnikiem tarcia.T – siła tarcia posuwistego (W układzie SI w niutonach N)N – siła dociskająca trące powierzchnie (W układzie SI w niutonach N)Tarcie posuwiste ma swoje dwie odmiany:· tarcie statyczne· tarcie dynamiczneZ przypadkiem tarcia statycznego mamy do czynienia wtedy, gdy zaczynamy przesuwać (ruszamy z miejsca) stykające się powierzchnie różnych ciał. W odróżnieniu do niego tarcie dynamiczne zachodzi już podczas ruchu. Ponieważ najczęściej trudniej jest ruszyć ciało z miejsca, niż później podtrzymywać jego prędkość, to w większości przypadków tarcie statyczne jest większe od dynamicznego.Różnica między wartością współczynnika tarcia statycznego, a dynamicznego może być różna – jest bardzo duża w przypadku przymarzniętych płóz sań, a mała dla gładkich, twardych powierzchni. Wzór na wartość współczynnika tarcia jest taki sam dla obu jego rodzajów.