Wykład 6

Fizyka
w. 06
Paweł Misiak
IŚ+IB+IiGW UPWr 2014/2015
Dynamika
Podwaliny współczesnej nauki, w szczególności fizyki
Galileo Galilei
(1564–1642)
Issac Newton
(1643–1727)
Dynamika
Oddziaływania i siły
Oddziaływanie obiektów fizycznych na siebie powoduje
zmianę fizycznego stanu tych ciał:
I stanu ruchu,
I kształtu,
I stanu skupienia itp.
Oddziaływania podstawowe
rodzaj
zasięg działania
silne (jądrowe)
10−15 m
słabe
elektromagnetyczne
grawitacyjne
∞
Dynamika
Oddziaływania i siły
Zmiana stanu ruchu
= zmiana prędkości (wartości lub kierunku)
= powstanie przyspieszenia
Siła — wielkość wektorowa będąca miarą makroskopowego
oddziaływania ciał fizycznych na ciało obserwowane.
Powoduje zmianę stanu ruchu ciała obserwowanego.
Dynamika
Oddziaływania i siły
Przykłady sił makroskopowych
siła sprężystości
F~s = −k~x
Dynamika
Oddziaływania i siły
Przykłady sił makroskopowych
siła grawitacji
F~g = m~g
siła tarcia
~v
F~f = −f N
v
Dynamika
Zasady dynamiki (prawa dynamiki Newtona)
1. zasada dynamiki
Istnieją inercjalne układy odniesienia, tzn. takie,
w których jeśli na ciało nie działa żadna siła
pochodząca od innych ciał, to ciało to pozostaje
w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym
prostoliniowym.
Inaczej zasada bezwładności Galileusza:
Każde ciało pozostaje w spoczynku lub w ruchu
jednostajnym prostoliniowym, dopóki działanie
innych ciał nie zmusi go do zmiany tego stanu.
Dynamika
Zasady dynamiki (prawa dynamiki Newtona)
2. zasada dynamiki
Przyspieszenie ciała jest proporcjonalne do
przyłożonej do ciała siły (wypadkowej) i ma
kierunek tej siły.
1
~a = F~
m
Inaczej: F~ = m~a
m — masa, ilościowa miara bezwładności ciała.
Zazwyczaj stała dla danego ciała, ale np. przy dużych prędkościach
m = pm0 v2 , gdzie m0 – masa spoczynkowa, v – prędkość ciała, c –
1− c2
prędkość światła w próżni.
Dynamika
Zasady dynamiki (prawa dynamiki Newtona)
3. zasada dynamiki
Jeśli ciała działają na siebie,
to siły oddziaływania mają
ten sam kierunek i te same
wartości, a przeciwne
zwroty.
F~AB = −F~BA
(zasada akcji i reakcji)
Siły akcji i reakcji są przyłożone do różnych ciał, dlatego się wzajemnie
nie równoważą
Dynamika
Siły grawitacyjne
Prawo powszechnego ciążenia Newtona
Siła grawitacji:
I centralna
I przyciągająca
mA mB ~rAB
F~mA mB = G 2
rAB rAB
wartość:
FG = G
mA mB
2
rAB
Stała grawitacyjna:
G = 6,67428 · 10−11 m3/kg·s2
Dynamika
Siły elektryczne
Ładunek elektryczny
— zdolność do oddziaływań elektrycznych
Istnieją dwa rodzaje ładunków =⇒ opisująca je wielkość
fizyczna q jest dodatnia lub ujemna.
Jednostka: kulomb [C].
Ładunek elektryczny jest skwantowany, tzn. zawsze jest
całkowitą wielokrotnością ładunku elementarnego
e = 1,602176462 · 10−19 C
q = n · e,
n∈Z
Dynamika
Siły elektryczne
Prawo Coulomba
Siła oddziaływania
elektrostatycznego:
I centralna
I przyciągająca, gdy q1 q2 < 0
I odpychająca, gdy q1 q2 > 0
q1 q2 ~r12
F~q1 q2 = −k · 2 ·
r12 r12
wartość:
FC = k ·
q1 q2
2
r12
Dynamika
Siły elektryczne
Prawo Coulomba
q1 q2 ~r12
F~q1 q2 = −k · 2 ·
r12 r12
Stała elektryczna:
k=
1
4π0
=
k0
.
Przenikalność dielektryczna próżni 0 = 8,85 · 10−12 C2/N·m2 .
­ 1 — przenikalność elektryczna (stała dielektryczna)
ośrodka, w którym „zanurzone” są oddziałujące ładunki; dla
próżni = 1.
k0 ≈ 9 · 109 N·m2/C2
Dynamika
Siły elektryczne
Prawo Coulomba
k0 q1 q2 ~r12
F~q1 q2 = − · 2 ·
r12 r12
Przenikalność elektryczna (stała dielektryczna)
niektórych ośrodków
substancja
powietrze
1,00059
woda(20 ◦ C)
78,2
alkohol etylowy (20 ◦ C)
25
szkło
5−7