DINAMIKA: SEJARAH, KAJIANNYA, UNDANG-UNDANG DAN TEORI - FIZIKAL - 2026

Yang dinamik adalah kawasan mekanik yang mengkaji interaksi antara badan-badan dan kesan mereka. Ini berkaitan dengan menggambarkan mereka secara kualitatif dan kuantitatif, serta meramalkan bagaimana mereka akan berkembang dari masa ke masa.

Dengan menerapkan prinsipnya, dapat diketahui bagaimana pergerakan tubuh diubah ketika berinteraksi dengan orang lain, dan juga jika interaksi ini merosakkannya, kerana sangat mungkin kedua-dua kesan itu berlaku pada masa yang sama.

Gambar 1. Interaksi pada penunggang basikal mengubah pergerakan mereka. Sumber: Pixabay.

Kepercayaan ahli falsafah Yunani yang hebat, Aristoteles (384-322 SM) berlaku sebagai asas dinamika di Barat selama berabad-abad. Dia berpendapat bahawa objek bergerak kerana beberapa jenis tenaga yang mendorongnya ke satu arah atau yang lain.

Dia juga mengamati bahawa sementara objek sedang didorong, benda itu bergerak dengan kecepatan tetap, tetapi ketika mendorong dihentikan, ia bergerak semakin lambat hingga berhenti.

Menurut Aristoteles, tindakan kekuatan tetap diperlukan untuk membuat sesuatu bergerak dengan kelajuan tetap, tetapi apa yang berlaku ialah ahli falsafah ini tidak mempunyai kesan geseran.

Idea lain adalah bahawa objek yang lebih berat jatuh lebih cepat daripada yang lebih ringan. Galileo Galilei yang hebat (1564-1642) yang menunjukkan melalui eksperimen bahawa semua badan jatuh dengan pecutan yang sama tanpa mengira jisimnya, mengabaikan kesan likat.

Tetapi itu adalah Isaac Newton (1642-1727), saintis paling luar biasa yang pernah hidup, yang dianggap sebagai bapa pengiraan dinamik dan matematik moden, bersama dengan Gottfried Leibniz.

Gambar 2. Isaac Newton pada tahun 1682 oleh Godfrey Kneller. Sumber: Wikimedia Commons.

Undang-undangnya yang terkenal, dirumuskan pada abad ke-17, tetap berlaku dan segar hingga kini. Mereka adalah asas mekanik klasik, yang kita lihat dan mempengaruhi kita setiap hari. Undang-undang ini akan dibincangkan tidak lama lagi.

Apa yang dikaji oleh dinamika?

Dinamika mengkaji interaksi antara objek. Apabila objek berinteraksi terdapat perubahan dalam pergerakan dan ubah bentuknya. Kawasan tertentu yang disebut statik didedikasikan untuk sistem dalam keseimbangan, yang berada dalam keadaan rehat atau dengan gerakan segiempat sama.

Menerapkan prinsip dinamika adalah mungkin untuk meramalkan, melalui persamaan, apakah perubahan dan evolusi objek dalam masa. Untuk melakukan ini, beberapa andaian dibuat bergantung pada jenis sistem yang akan dikaji.

Zarah, pepejal kaku dan media berterusan

Model zarah adalah yang paling mudah untuk mula menerapkan prinsip dinamika. Di dalamnya diandaikan bahawa objek yang akan dikaji memiliki jisim, tetapi tidak ada dimensi. Oleh itu zarah boleh sekecil elektron atau sebesar Bumi atau Matahari.

Apabila anda ingin melihat pengaruh ukuran pada dinamika, perlu mempertimbangkan ukuran dan bentuk objek. Model yang memperhitungkannya adalah model pepejal kaku, badan dengan dimensi yang dapat diukur yang terdiri daripada banyak zarah, tetapi yang tidak berubah bentuk akibat pengaruh daya.

Akhirnya, mekanik media berterusan tidak hanya mempertimbangkan dimensi objek, tetapi juga ciri khasnya, termasuk kemampuannya untuk berubah bentuk. Media berterusan merangkumi pepejal kaku dan tidak kaku, serta cecair.

Undang-undang Newton

Kunci untuk memahami bagaimana dinamika berfungsi adalah pemahaman menyeluruh mengenai undang-undang Newton, yang secara kuantitatif menghubungkan kekuatan yang bertindak pada tubuh dengan perubahan keadaan gerakan atau rehatnya.

Undang-undang Pertama Newton

Penjelasan mengenai undang-undang pertama Newton. Sumber: buatan sendiri.

Berkata demikian:

Bahagian pertama dari pernyataan itu nampaknya sangat jelas, kerana jelas bahawa objek yang sedang berehat akan tetap seperti itu, kecuali jika terganggu. Dan untuk ini diperlukan kekuatan.

Sebaliknya, kenyataan bahawa objek terus bergerak walaupun daya bersih di atasnya adalah nol sedikit lebih sukar untuk diterima, kerana nampaknya objek dapat bergerak tanpa batas. Dan pengalaman sehari-hari memberitahu kita bahawa lambat laun keadaan menjadi perlahan.

Jawapan untuk percanggahan jelas ini adalah dengan geseran. Sesungguhnya, jika objek bergerak di permukaan yang sangat halus, ia dapat melakukannya tanpa had, dengan anggapan bahawa tidak ada kekuatan lain yang menyebabkan pergerakannya berubah-ubah.

Oleh kerana mustahil untuk menghilangkan geseran sepenuhnya, keadaan di mana badan bergerak tanpa had pada kelajuan tetap adalah idealisasi.

Akhirnya, penting untuk diperhatikan bahawa walaupun daya jaring adalah sifar, ini tidak semestinya mewakili jumlah kekuatan yang tidak ada pada objek.

Objek di permukaan bumi selalu mengalami tarikan graviti. Sebuah buku yang terletak di atas meja tetap seperti itu, kerana permukaan meja menggunakan kekuatan yang dapat mengatasi berat badan.

Undang-undang kedua Newton

Penjelasan mengenai undang-undang kedua Newton. Sumber: buatan sendiri.

Undang-undang pertama Newton menetapkan apa yang berlaku pada objek di mana daya jaring atau hasilnya adalah sifar. Sekarang undang-undang asas dinamika atau undang-undang kedua Newton menunjukkan apa yang akan berlaku apabila kekuatan bersih tidak membatalkan:

Akibatnya, semakin besar daya yang dikenakan, semakin besar perubahan halaju suatu objek. Dan jika daya yang sama dikenakan pada objek yang berlainan jisim, perubahan terbesar akan dialami oleh objek yang lebih ringan dan lebih mudah bergerak. Pengalaman setiap hari bersetuju dengan pernyataan ini.

Undang-undang ketiga Newton

Roket angkasa menerima pendorong yang diperlukan berkat gas yang dikeluarkan. Sumber: Pixabay.

Dua undang-undang pertama Newton merujuk kepada satu objek. Tetapi undang-undang ketiga merujuk kepada dua objek. Kami akan menamakannya objek 1 dan objek 2:

F ₁₂ = - F ₂₁

Sebenarnya, setiap kali tubuh dipengaruhi oleh kekuatan, itu kerana badan lain bertanggungjawab menyebabkannya. Oleh itu, objek di Bumi mempunyai berat badan, kerana menariknya ke arah pusatnya. Cas elektrik ditolak oleh cas lain dengan tanda yang sama, kerana dikenakan daya tolakan pada yang pertama, dan seterusnya.

Gambar 3. Ringkasan undang-undang Newton. Sumber: Wikimedia Commons. Hugo4914.

Prinsip pemuliharaan

Dalam dinamika terdapat beberapa kuantiti yang dikekalkan semasa pergerakan dan kajiannya penting. Mereka seperti tiang padat yang mungkin dilampirkan untuk menyelesaikan masalah di mana kekuatannya berbeza dengan cara yang sangat kompleks.

Contohnya: ketika dua kenderaan bertembung, interaksi di antara mereka sangat sengit tetapi singkat. Begitu kuat sehingga tidak ada kekuatan lain yang perlu dipertimbangkan, oleh itu kenderaan dapat dianggap sebagai sistem terpencil.

Tetapi menggambarkan interaksi yang sengit ini bukanlah tugas yang mudah, kerana melibatkan kekuatan yang berbeza-beza mengikut masa dan juga ruang. Namun, dengan mengandaikan bahawa kenderaan merupakan sistem terpencil, kekuatan di antara mereka adalah dalaman, dan momentum dipelihara.

Dengan mengekalkan momentum, adalah mungkin untuk meramalkan bagaimana kenderaan akan bergerak sejurus selepas perlanggaran.

Berikut adalah dua prinsip pemuliharaan terpenting dalam Dinamika:

Penjimatan tenaga

Secara semula jadi terdapat dua jenis daya: konservatif dan bukan konservatif. Berat adalah contoh yang baik dari yang pertama, sementara geseran adalah contoh yang baik dari yang terakhir.

Nah, daya konservatif dicirikan kerana mereka menawarkan kemungkinan menyimpan tenaga dalam konfigurasi sistem. Ia adalah tenaga berpotensi yang disebut.

Apabila badan mempunyai tenaga berpotensi berkat tindakan daya konservatif seperti berat badan dan bergerak, tenaga berpotensi ini diubah menjadi tenaga kinetik. Jumlah kedua-dua tenaga itu dipanggil tenaga mekanikal sistem dan merupakan satu tenaga yang dipulihara, iaitu, ia tetap berterusan.

Let U menjadi tenaga keupayaan, K tenaga kinetik, dan E _m tenaga mekanikal. Sekiranya hanya daya konservatif yang bertindak pada objek, adalah benar bahawa:

Oleh itu:

Pemeliharaan momentum

Prinsip ini tidak hanya berlaku apabila dua kenderaan bertembung. Ini adalah undang-undang fizik dengan ruang lingkup yang melampaui dunia makroskopik.

Momentum dipelihara pada tahap sistem suria, bintang dan galaksi. Dan ia juga melakukannya pada skala atom dan nukleus atom, walaupun fakta bahawa mekanik Newton tidak lagi berlaku di sana.

Biarkan P menjadi vektor momentum yang diberikan oleh:

P = m. v

Menurunkan P berkenaan dengan masa:

Sekiranya jisim tetap berterusan:

Oleh itu kita boleh menulis undang-undang kedua Newton seperti ini:

_Bersih F = d P / dt

Sekiranya dua badan m ₁ dan m ₂ membentuk sistem terpencil, daya di antara mereka adalah dalaman dan menurut undang-undang ketiga Newton, ia sama dan berlawanan F ₁ = - F ₂ , memenuhi bahawa:

Sekiranya terbitan berkenaan dengan masa magnitud adalah sifar, ini bermaksud bahawa magnitud tetap tetap. Oleh itu, dalam sistem terpencil, dapat dinyatakan bahawa momentum sistem dipelihara:

P ₁ + P ₂ = pemalar

Walaupun begitu, P ₁ dan P ₂ dapat berbeza secara individu. Momentum sistem dapat diagihkan semula, tetapi yang penting ialah jumlahnya tetap tidak berubah.

Konsep yang diketengahkan dalam dinamik

Terdapat banyak konsep penting dalam dinamika, tetapi dua daripadanya menonjol: jisim dan kekuatan. Pada kekuatan yang telah dikomentari sebelumnya dan di bawah terdapat senarai dengan konsep paling menonjol yang muncul di sebelahnya dalam kajian dinamika:

Inersia

Adalah hakikat bahawa objek harus menahan perubahan keadaan rehat atau pergerakannya. Semua objek dengan jisim mengalami inersia dan sangat sering dialami, misalnya ketika melakukan perjalanan dengan kereta yang memecut, penumpang cenderung untuk berada dalam keadaan rehat, yang dianggap sebagai sensasi melekat di bahagian belakang tempat duduk.

Dan jika kereta berhenti secara tiba-tiba, penumpang cenderung tergelincir, mengikuti gerakan ke depan yang mereka miliki sebelumnya, jadi penting untuk selalu memakai tali pinggang keledar.

Gambar 4. Semasa dalam perjalanan dengan kereta, inersia menyebabkan kita terhempas ketika kereta brek tajam. Sumber: Pixabay.

Jisim

Massa adalah ukuran inersia, kerana semakin besar jisim badan, semakin sukar untuk menggerakkannya atau menyebabkannya mengubah gerakannya. Massa adalah kuantiti skalar, ini bermaksud bahawa untuk menentukan jisim badan, perlu memberikan nilai berangka ditambah dengan unit yang dipilih, yang boleh menjadi kilo, paun, gram dan banyak lagi.

Berat

Berat adalah daya dengan mana Bumi menarik objek dekat dengan permukaannya ke pusatnya.

Oleh kerana ia adalah daya, berat mempunyai watak vektor, oleh itu ia ditentukan sepenuhnya ketika besaran atau nilai berangka, arah dan pengertiannya ditunjukkan, yang sudah kita ketahui adalah menegak ke bawah.

Oleh itu, walaupun berkaitan, berat dan jisim tidak sama, bahkan tidak setara, kerana yang pertama adalah vektor dan yang kedua adalah skalar.

Sistem rujukan

Gambaran pergerakan mungkin berbeza-beza bergantung pada rujukan yang dipilih. Mereka yang naik lif berada dalam keadaan rehat sesuai dengan kerangka acuan yang terpasang padanya, tetapi dilihat oleh seorang pemerhati di darat, para penumpang bergerak.

Sekiranya badan mengalami gerakan mengenai satu kerangka acuan tetapi berada dalam keadaan lain, undang-undang Newton tidak dapat berlaku untuk keduanya. Hakikatnya, undang-undang Newton berlaku untuk kerangka acuan tertentu: undang-undang yang bersifat inersia.

Dalam kerangka rujukan inersia, badan tidak memecut kecuali mereka terganggu dalam beberapa cara - dengan menggunakan daya.

Kekuatan rekaan

Daya fiktif atau daya semu muncul ketika pergerakan badan dalam kerangka rujukan dipercepat dianalisis. Kekuatan rekaan dibezakan kerana tidak mungkin mengenal pasti ejen yang bertanggungjawab untuk penampilannya.

Daya sentrifugal adalah contoh daya fiktif yang baik. Namun, hakikatnya tidak menjadikannya kurang nyata bagi mereka yang mengalaminya ketika mereka menaiki kereta mereka dan merasakan bahawa tangan yang tidak kelihatan mendorong mereka keluar dari lekukan.

Pecutan

Vektor penting ini telah disebutkan sebelumnya. Objek mengalami pecutan selagi ada daya yang mengubah kelajuannya.

Kerja dan tenaga

Apabila daya bertindak pada objek dan berubah kedudukannya, daya telah berjaya. Dan karya ini dapat disimpan dalam bentuk tenaga. Oleh itu, kerja dilakukan pada objek, berkat ia memperoleh tenaga.

Contoh berikut membersihkan maksudnya: Andaikan seseorang menaikkan periuk dengan ketinggian tertentu di atas permukaan tanah.

Untuk ini, ia mesti menggunakan kekuatan dan mengatasi graviti, oleh itu ia berfungsi di atas periuk dan kerja ini disimpan dalam bentuk tenaga berpotensi graviti di dalam periuk, sebanding dengan jisimnya dan ketinggian yang dicapai di atas lantai. :

Di mana m adalah jisim, g adalah graviti, dan h adalah tinggi. Apa yang boleh dilakukan periuk pada ketinggian h? Baiklah, ia boleh jatuh dan ketika jatuh, tenaga graviti berpotensi menurun, sementara tenaga kinetik atau gerakan meningkat.

Untuk daya untuk melakukan kerja, ia mesti menghasilkan anjakan yang mesti selari dengan daya. Sekiranya ini tidak berlaku, daya tetap bertindak pada objek, tetapi tidak berfungsi di atasnya.

Topik-topik yang berkaitan

Undang-undang pertama Newton.

Undang-undang kedua Newton.

Undang-undang ketiga Newton.

Undang-undang pemuliharaan jirim.

Rujukan

1. Bauer, W. 2011. Fizik untuk Kejuruteraan dan Sains. Jilid 1. Mc Graw Hill.
2. Figueroa, D. 2005. Siri: Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 2. Dinamika. Disunting oleh Douglas Figueroa (USB).
3. Giancoli, D. 2006. Fizik: Prinsip dengan Aplikasi. 6hb .. Dewan Prentice Ed.
4. Hewitt, Paul. 2012. Sains Fizikal Berkonsep. 5hb. Ed. Pearson.
5. Kirkpatrick, L. 2007. Fizik: Pandangan Dunia. Edisi ringkasan ke-6. Pembelajaran Cengage.
6. Knight, R. 2017. Fizik untuk Saintis dan Kejuruteraan: Pendekatan Strategi. Pearson.
7. Wikipedia. Dinamik. Dipulihkan dari: es.wikipedia.org.