Dynamika

Dynamika jest działem mechaniki, który zajmuje się ruchem ciał materialnych pod działaniem sił. Jest jedną z podstawowych gałęzi tematycznych, których naucza się na szkolnym przedmiocie „Fizyka”. Głównym jej zadaniem jest opis ruchu ciał pod działaniem samych sił. Służą do tego trzy rodzaje dynamicznych równań ruchu. Zależnie od modelu mechanicznego, którym zajmuje się dynamika, wyróżniamy np. dynamikę płynów, punktu materialnego, bryły sztywnej. Sformułowanie zasad dynamiki zawdzięczamy Newtonowi, który to w dziele Principia opracował trzy zasady dynamiki rządzące ruchem ciał i będące jej podstawą.

Dynamika - Pierwsza zasada dynamiki Newtona

Pierwsza zasada dynamiki Netwona to rozwinięcie idei Galileusza, który zauważył, iż po usunięciu przeszkody ruchu ustępuje potrzeba jego podtrzymywania przez jakąkolwiek siłę. Ruch jednostajny prostoliniowy będzie więc odbywać się sam z siebie, bez żadnej pomocy z zewnątrz. Taki ruch określa się ruchem swobodnym. Galileusz stwierdził, iż układ odniesienia można związać z dowolnym obiektem i że opisy tego samego ruchu w każdym z takich układów są równoważne. Stwierdzenie to współcześnie nazywamy zasadą względności. Galileusz sformułował również sposób zmiany wielkości opisujących ruch, kiedy to zmieniany jest układ odniesienia, nazywany od jego nazwiska transformacją Galileusza. Pierwszą zasadę dynamiki traktuję się więc jako postulat inercjalnego układu odniesienia. Mówi się tak dlatego, że zakłada ona jego istnienie, jednakże nie wskazuje, w jaki sposób szukać takiego układu. Treść zasady: 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.

Dynamika - Druga zasada dynamiki Newtona

Druga zasada dynamiki Newtona brzmi: W inercjalnym układzie odniesienia jeśli siły działające na ciało nie równoważą się (czyli wypadkowa sił Fw jest różna od zera), to ciało porusza się z przyspieszeniem wprost proporcjonalnym do siły wypadkowej, a odwrotnie proporcjonalnym do masy ciała. Zgodnie z tym zapisem: Zmiana pędu ciała w jednostce czasu jest proporcjonalna do wypadkowej siły działającej na to ciało i jest skierowania zgodnie z tą siłą. Co ciekawe prawidła te obowiązują również dla ciał o zmiennej masie, będących elementem mechaniki relatywistycznej. Jeżeli założymy, że ciało jest punktem materialnym o niezmiennej masie, czyli nie podlegającej efektom relatywistycznym, to oba sformułowania drugiej zasady są równoznaczne. Dlatego też w fizyce na wczesnych poziomach nauczania stosuje się uproszczoną jej formę. Przyspieszenie, z jakim porusza się ciało, jest proporcjonalne do działającej siły, a odwrotność masy jest współczynnikiem proporcjonalności. Kierunek i zwrot przyspieszenia jest zgodny z kierunkiem i zwrotem siły.

Dynamika - Trzecia zasada dynamiki Newtona

Trzecia zasada dynamiki bywa określana zasadą akcji reakcji, a wynika to z jej treści: Oddziaływania ciał są zawsze wzajemne. W inercjalnym układzie odniesienia siły wzajemnego oddziaływania dwóch ciał mają takie same wartości, taki sam kierunek, przeciwne zwroty i różne punkty przyłożenia (każda działa na inne ciało). W sytuacji ,gdy ciało A działa na ciało B z siłą F określaną akcją, to oznacza to, że ciało B działa na ciało A z siłą określaną reakcją, o takiej samej wartości oraz kierunku, lecz przeciwnym zwrocie. Siły te nie równoważą się jednak gdyż działają na inne ciała. W mechanice klasycznej często stawia się znak równości między I zasadą zachowania pędu a III zasadą dynamiki Newtona. Obie te zasady nie obowiązują w sytuacji, kiedy układ fizyczny nie jest odosobniony oraz w czasie kreacji par cząsteczek wirtualnych.