Законы движения

Eugene Butikov personal page | Предыдущий раздел | Следующий раздел

Компьютерные иллюстрации к законам движения – 1 (из 4)

1. Законы движения классической механики

Закон (или принцип) инерции, известный также как 1-й закон Ньютона, впервые был ясно сформулирован Галилеем ("Диалоги о двух системах мира", 1632 г.) и впоследствии включен Ньютоном в свою новую механику ("Математические основы естествознания", 1687 г.) как один из фундаментальных законов. Для иллюстрации этого закона здесь моделируется движение разных тел в отсутствие сил. Подобные условия едва ли возможно осуществить в условиях земной лаборатории. Поэтому экспериментальная проверка 1-го закона Ньютона неизбежно связана с экстраполяцией результатов реальных экспериментов на идеализированные, практически неосуществимые условия. В реальных экпериментах такого рода (например, в лекционных демонстрациях) часто используют горизонтальную дорожку с воздушной подушкой, движение по которой происходит почти без трения. Два первых опыта данного раздела можно рассматривать как эксперименты на идеальной дорожке с полностью устраненным трением. Для получения графиков модеруемого движения поставьте "галочку" в окошке "Show graphs" на панели управления.

Примеры:

1. Равномерное движение в отсутствие трения. В данном примере показаны два тела разных масс и размеров, которые движутся без трения по горизонтальным направляющим. Начальные скорости тел различны. Направления скоростей изменяются на противоположные при каждом соударении со стенкой виртуальной лаборатории (мы предполагаем, что столкновения имеют абсолютно упругий характер, т.е. модуль скорости не изменяется при столкновении со стенкой). При движении в одном направлении (как вперед, так и назад) вектор скорости постоянен.

Если ввести небольшое трение (это можно сделать перемещением движка на линейке прокрутки с обозначением "Resistance", либо просто нажать расположенную ниже кнопку "Трение"), движение тел замедляется, и в конце концов они останавливаются.

2. Равноускоренное движение под действием постоянной силы. В данном опыте два первоначально неподвижных тела с различными массами подвержены действию равных сил. Тело меньшей массы быстрее набирает скорость: ускорения тел обратно пропорциональны их инертным массам. (Щелкните также здесь, чтобы апплет был в поле зрения).

3. Свободное падение тел в поле тяготения. В пустоте все тела падают под действием силы тяжести с одинаковым ускорением. В данном опыте показаны три тела различных иасс и размеров, которые падают с одной и той же высоты без начальной скорости. Несмотря на различие масс, все тела движутся с одинаковым ускорением, потому что гравитационные массы тел (а следовательно и приложенные к телам силы тяготения) пропорциональны инертным массам тел. При нулевой начальной скорости все три тела, падающие с одинаковой высоты, одновременно достигают пола. (Щелкните также здесь, чтобы апплет был в поле зрения).

4. Свободное падение с ненулевой горизонтальной скоростью. Данный пример иллюстрирует принцип независимости движения тел в горизонтальном и вертикальном направлениях. Тела, свободно падающие в поле тяжести, одновременно начинают движение с нулевой вертикальной начальной скоростью и различными горизонтальными начальными скоростями. Однако это движение тел в горизонтальном направлении не оказывает влияние на их движение по вертикали. Поэтому и в данном случае все тела также одновременно достигают пола. (Щелкните также здесь, чтобы апплет был в поле зрения).

В начало

Eugene Butikov personal page | Предыдущий раздел | Следующий раздел

Компьютерные иллюстрации к законам движения – 1 (из 4)