حرکت چرخشی حول یک محور ثابت یکی دیگر از موارد خاص حرکت جسم صلب است.
حرکت چرخشی یک جسم صلب حول یک محور ثابت
به حرکتی گفته می شود که در آن تمام نقاط بدن دایره هایی را توصیف می کنند که مراکز آنها در یک خط مستقیم قرار دارند که به آن محور چرخش می گویند، در حالی که صفحاتی که این دایره ها به آنها تعلق دارند عمود هستند. محور چرخش
(شکل 2.4).
در فناوری، این نوع حرکت اغلب اتفاق می افتد: به عنوان مثال، چرخش شفت موتورها و ژنراتورها، توربین ها و پروانه های هواپیما.
سرعت زاویهای
. هر نقطه از جسمی که حول محوری می چرخد که از نقطه عبور می کند در باره، به صورت دایره ای حرکت می کند و نقاط مختلف در طول زمان مسیرهای مختلفی را طی می کنند. بنابراین، بنابراین مدول سرعت نقطه آبیش از یک نقطه که در (شکل 2.5). اما شعاع دایره ها در طول زمان در همان زاویه می چرخند. زاویه - زاویه بین محور اوهو بردار شعاع، که موقعیت نقطه A را تعیین می کند (شکل 2.5 را ببینید).
اجازه دهید بدن به طور یکنواخت بچرخد، یعنی در زوایای مساوی در هر بازه زمانی مساوی بچرخد. سرعت چرخش جسم به زاویه چرخش بردار شعاع بستگی دارد که موقعیت یکی از نقاط جسم صلب را برای یک دوره زمانی معین تعیین می کند. مشخص می شود سرعت زاویهای
.
به عنوان مثال، اگر یک جسم در هر ثانیه از یک زاویه بچرخد، و دیگری در یک زاویه، می گوییم که جسم اول 2 برابر سریعتر از دومی می چرخد.
سرعت زاویه ای یک جسم در حین چرخش یکنواخت
مقداری است برابر با نسبت زاویه چرخش جسم به مدت زمانی که در طی آن این چرخش اتفاق افتاده است.
سرعت زاویه ای را با حرف یونانی نشان می دهیم ω
(امگا). سپس طبق تعریف
سرعت زاویه ای بر حسب رادیان بر ثانیه (rad/s) بیان می شود.
به عنوان مثال، سرعت زاویهای چرخش زمین به دور محور آن 0.0000727 راد بر ثانیه و سرعت یک دیسک سنگ‌زنی حدود 140 راد بر ثانیه است.
سرعت زاویه ای را می توان از طریق بیان کرد سرعت دوران
، یعنی تعداد دورهای کامل در 1 ثانیه. اگر جسمی (حرف یونانی "nu") را در 1 ثانیه بچرخاند، زمان یک دور برابر با ثانیه است. این زمان نامیده می شود دوره چرخش
و با حرف مشخص می شود تی. بنابراین، رابطه بین فرکانس و دوره چرخش را می توان به صورت زیر نشان داد:
چرخش کامل بدن مربوط به یک زاویه است. بنابراین طبق فرمول (2.1)
اگر در حین چرخش یکنواخت سرعت زاویه ای مشخص باشد و در لحظه اولیه زاویه چرخش باشد، زاویه چرخش جسم در طول زمان تیمطابق رابطه (2.1) برابر است با:
اگر، پس، یا 
.
اگر زاویه بین بردار شعاع که موقعیت یکی از نقاط جسم صلب را تعیین می کند و محور، سرعت زاویه ای مقادیر مثبت می گیرد. اوهافزایش می یابد و زمانی که کاهش می یابد منفی است.
بنابراین، ما می توانیم موقعیت نقاط یک جسم در حال چرخش را در هر زمان توصیف کنیم.
رابطه بین سرعت های خطی و زاویه ای.
سرعت حرکت یک نقطه در یک دایره اغلب نامیده می شود سرعت خطی
، برای تأکید بر تفاوت آن با سرعت زاویه ای.
قبلاً متذکر شدیم که وقتی یک جسم صلب می‌چرخد، نقاط مختلف آن دارای سرعت‌های خطی نابرابر هستند، اما سرعت زاویهای برای همه نقاط یکسان است.
بین سرعت خطی هر نقطه از جسم در حال چرخش و سرعت زاویه ای آن رابطه وجود دارد. بیایید آن را نصب کنیم. نقطه ای که روی دایره ای با شعاع قرار دارد آر، مسافت را در یک دور طی می کند. از آنجایی که زمان یک چرخش بدن یک دوره است تی، سپس مدول سرعت خطی نقطه را می توان به صورت زیر یافت:
هنگام توصیف حرکت یک نقطه در امتداد یک دایره، حرکت نقطه را با زاویه مشخص می کنیم Δφ ، که بردار شعاع یک نقطه را در طول زمان توصیف می کند Δt. جابجایی زاویه ای در بازه زمانی بینهایت کوچک dtنشان داده شده با dφ.
جابجایی زاویه ای یک کمیت برداری است. جهت بردار (یا ) با قاعده گیملت تعیین می شود: اگر گیملت (پیچ با نخ سمت راست) را در جهت حرکت نقطه بچرخانید، گیملت در جهت بردار جابجایی زاویه ای حرکت می کند. در شکل اگر از پایین به صفحه حرکت نگاه کنید، نقطه 14 M در جهت عقربه های ساعت حرکت می کند. اگر گیملت را در این جهت بچرخانید، بردار به سمت بالا هدایت می شود.
بنابراین، جهت بردار جابجایی زاویه ای با انتخاب جهت مثبت چرخش تعیین می شود. جهت مثبت چرخش توسط قاعده گیملت نخ سمت راست تعیین می شود. با این حال، با همان موفقیت می‌توان یک گیملت با نخ سمت چپ گرفت. در این حالت جهت بردار جابجایی زاویه ای مخالف خواهد بود.
هنگام در نظر گرفتن مقادیری مانند سرعت، شتاب، بردار جابجایی، مسئله انتخاب جهت آنها مطرح نشد: به طور طبیعی از ماهیت خود کمیت ها مشخص شد. چنین بردارهایی قطبی نامیده می شوند. بردارهای مشابه بردار جابجایی زاویه ای نامیده می شوند محوری،یا شبه بردارها. جهت بردار محوری با انتخاب جهت مثبت چرخش تعیین می شود. علاوه بر این، بردار محوری نقطه کاربرد ندارد. بردارهای قطبیکه تا اینجا در نظر گرفتیم برای یک نقطه متحرک اعمال می شود. برای یک بردار محوری، فقط می توانید جهت (محور، محور - لاتین) را که در امتداد آن هدایت می شود، نشان دهید. محوری که بردار جابجایی زاویه ای در امتداد آن قرار دارد بر صفحه چرخش عمود است. به طور معمول، بردار جابجایی زاویه ای بر روی محوری که از مرکز دایره می گذرد ترسیم می شود (شکل 14)، اگرچه می توان آن را در هر جایی ترسیم کرد، از جمله روی محوری که از نقطه مورد نظر می گذرد.
در سیستم SI، زاویه ها بر حسب رادیان اندازه گیری می شوند. رادیان زاویه ای است که طول قوس آن برابر با شعاع دایره است. بنابراین، زاویه کل (360 0) 2π رادیان است.
حرکت یک نقطه در یک دایره
سرعت زاویهای- کمیت برداری، عددی برابر با زاویه چرخش در واحد زمان. سرعت زاویه ای معمولا با حرف یونانی ω نشان داده می شود. طبق تعریف، سرعت زاویه ای مشتق یک زاویه نسبت به زمان است:
. (19)
جهت بردار سرعت زاویه ای با جهت بردار جابجایی زاویه ای منطبق است (شکل 14). بردار سرعت زاویه ای، درست مانند بردار جابجایی زاویه ای، یک بردار محوری است.
بعد سرعت زاویه ای راد بر ثانیه است.
چرخش با سرعت زاویه ای ثابت را یکنواخت می گویند، با ω = φ/t.
چرخش یکنواخت را می توان با دوره چرخش T مشخص کرد، که به عنوان زمانی درک می شود که در طی آن بدن یک چرخش می کند، یعنی در یک زاویه 2π می چرخد. از آنجایی که فاصله زمانی Δt = T مربوط به زاویه چرخش Δφ = 2π است، پس
(20)
تعداد دور در واحد زمان ν به وضوح برابر است با:
(21)
مقدار ν بر حسب هرتز (Hz) اندازه گیری می شود. یک هرتز یک دور در ثانیه یا 2π راد بر ثانیه است.
مفاهیم دوره چرخش و تعداد دور در واحد زمان را می توان برای چرخش غیر یکنواخت نیز حفظ کرد، با درک مقدار لحظه ای T زمانی که در طی آن بدن اگر به طور یکنواخت با مقدار لحظه ای معین بچرخد یک دور انجام می دهد. سرعت زاویه ای و ν به معنای تعداد دورهایی است که یک جسم در واحد زمان در شرایط مشابه انجام می دهد.
اگر سرعت زاویه ای با زمان تغییر کند، چرخش ناهموار نامیده می شود. در این صورت وارد کنید شتاب زاویه ایهمانطور که شتاب خطی برای حرکت مستقیم معرفی شد. شتاب زاویه ای تغییر در سرعت زاویه ای در واحد زمان است که به عنوان مشتق سرعت زاویه ای نسبت به زمان یا مشتق دوم جابجایی زاویه ای نسبت به زمان محاسبه می شود:
(22)
درست مانند سرعت زاویه ای، شتاب زاویه ای یک کمیت برداری است. بردار شتاب زاویه ای یک بردار محوری است، در مورد چرخش شتاب دار در همان جهت بردار سرعت زاویه ای هدایت می شود (شکل 14). در مورد چرخش آهسته، بردار شتاب زاویه ای مخالف بردار سرعت زاویه ای است.
با حرکت چرخشی متغیر یکنواخت، روابطی مشابه فرمول های (10) و (11) که حرکت مستطیل متغیر یکنواخت را توصیف می کنند، رخ می دهد:
ω = ω 0 ± εt،
.
حرکت دایره ای حالت خاصی از حرکت منحنی است. سرعت یک جسم در هر نقطه از یک مسیر منحنی به صورت مماس بر آن هدایت می شود (شکل 2.1). در این حالت، سرعت به عنوان یک بردار می تواند هم از نظر بزرگی (قدر) و هم جهت تغییر کند. اگر ماژول سرعت 
بدون تغییر باقی می ماند، سپس در مورد آن صحبت می کنیم حرکت منحنی یکنواخت
بگذارید جسمی به صورت دایره ای با سرعت ثابت از نقطه 1 تا 2 حرکت کند.
در این حالت، بدن مسیری برابر با طول قوس ℓ 12 را بین نقاط 1 و 2 در زمان t طی خواهد کرد. در همان زمان، بردار شعاع R که از مرکز دایره 0 به نقطه کشیده شده است، در یک زاویه Δφ می چرخد.
بردار سرعت در نقطه 2 با بردار سرعت در نقطه 1 متفاوت است جهتبا مقدار ΔV:
;
برای مشخص کردن تغییر در بردار سرعت با مقدار δv، شتاب را معرفی می کنیم:
(2.4)
بردار 
در هر نقطه از مسیر در امتداد شعاع Rк مرکزدایره عمود بر بردار سرعت V 2. بنابراین شتاب 
، که مشخص کننده تغییر سرعت در حین حرکت منحنی است 
در جهت نامیده می شود مرکزگرا یا عادی. بنابراین، حرکت یک نقطه در امتداد یک دایره با سرعت مطلق ثابت است شتاب گرفت.
اگر سرعت 
نه تنها در جهت، بلکه در مدول (قدر) و سپس علاوه بر شتاب عادی تغییر می کند 
آنها نیز معرفی می کنند مماس (مماسی)شتاب 
، که تغییر سرعت را در قدر مشخص می کند:
یا 
وکتور جهت دار 
در امتداد یک مماس در هر نقطه از مسیر (یعنی منطبق با جهت بردار 
). زاویه بین بردارها 
و 
برابر 90 0 است.
شتاب کل نقطه ای که در امتداد یک مسیر منحنی حرکت می کند به صورت مجموع برداری تعریف می شود (شکل 2.1.).
.
ماژول برداری 
.
سرعت زاویه ای و شتاب زاویه ای
وقتی یک نقطه مادی حرکت می کند به صورت محیطیبردار شعاع R که از مرکز دایره O به نقطه کشیده شده است، در یک زاویه Δφ می چرخد (شکل 2.1). برای توصیف چرخش، مفاهیم سرعت زاویه ای ω و شتاب زاویه ای ε معرفی شده اند.
زاویه φ را می توان بر حسب رادیان اندازه گیری کرد. 1 رادبرابر با زاویه ای است که روی قوس ℓ برابر با شعاع R دایره است، یعنی.
یا ℓ
12
=
آرφ
(2.5.)
اجازه دهید معادله (2.5.) را متمایز کنیم.
(2.6.)
مقدار dℓ/dt=V آنی. کمیت ω =dφ/dt نامیده می شود سرعت زاویهای(بر حسب راد بر ثانیه اندازه گیری می شود). اجازه دهید رابطه بین سرعت های خطی و زاویه ای را بدست آوریم:
کمیت ω بردار است. جهت برداری 
مشخص قانون پیچ: منطبق بر جهت حرکت پیچ، جهت گیری در امتداد محور چرخش یک نقطه یا بدنه و چرخش در جهت چرخش بدنه (شکل 2.2)، یعنی. 
.
شتاب زاویه ای
به نام مشتق کمی بردار سرعت زاویه ای (شتاب لحظه ای زاویه ای)
,
(2.8.)
بردار 
با محور چرخش منطبق است و در همان جهت بردار هدایت می شود 
، اگر چرخش شتاب داشته باشد و در جهت مخالف اگر چرخش کند باشد.
سرعتnاجسام در واحد زمان نامیده می شوندسرعت دوران .
زمان T برای یک دور کامل بدن نامیده می شوددوره چرخش . که در آنآرزاویه Δφ=2π رادیان را توصیف می کند
با توجه به آنچه گفته شد
,
(2.9)
معادله (2.8) را می توان به صورت زیر نوشت:
(2.10)
سپس جزء مماسی شتاب
و =R(2.11)
شتاب نرمال a n را می توان به صورت زیر بیان کرد:
با در نظر گرفتن (2.7) و (2.9)
(2.12)
سپس شتاب کامل.
برای حرکت چرخشی با شتاب زاویه ای ثابت ، می توانیم معادله سینماتیک را با قیاس با معادله (2.1) - (2.3) برای حرکت انتقالی بنویسیم:
,
.
1. حرکت یکنواخت در یک دایره
2. سرعت زاویه ای حرکت دورانی.
3. دوره چرخش.
4. سرعت چرخش.
5. رابطه سرعت خطی و سرعت زاویه ای.
6. شتاب مرکزگرا.
7. حرکت به طور متناوب در یک دایره.
8. شتاب زاویه ای در حرکت دایره ای یکنواخت.
9. شتاب مماسی.
10. قانون حرکت با شتاب یکنواخت در یک دایره.
11. سرعت زاویه ای متوسط در حرکت شتاب یکنواخت در یک دایره.
12. فرمول هایی که رابطه بین سرعت زاویه ای، شتاب زاویه ای و زاویه چرخش را در حرکت یکنواخت شتاب گرفته در یک دایره برقرار می کند.
1.حرکت یکنواخت در اطراف یک دایره- حرکتی که در آن یک نقطه مادی از بخش های مساوی یک قوس دایره ای در فواصل زمانی مساوی عبور می کند، یعنی. نقطه در دایره ای با سرعت مطلق ثابت حرکت می کند. در این مورد، سرعت برابر است با نسبت قوس دایره ای که نقطه عبور می کند به زمان حرکت، یعنی.
و سرعت خطی حرکت در دایره نامیده می شود.
همانطور که در حرکت منحنی، بردار سرعت به صورت مماس بر دایره در جهت حرکت هدایت می شود (شکل 25).
2. سرعت زاویه ای در حرکت دایره ای یکنواخت- نسبت زاویه چرخش شعاع به زمان چرخش:
در حرکت دایره ای یکنواخت، سرعت زاویه ای ثابت است. در سیستم SI، سرعت زاویه ای بر حسب (rad/s) اندازه گیری می شود. یک رادیان - یک راد، زاویه مرکزی است که قوس دایره‌ای را به طول برابر با شعاع فرو می‌برد. یک زاویه کامل شامل رادیان است، یعنی. در هر دور شعاع با زاویه ای از رادیان می چرخد.
3. دوره چرخش- بازه زمانی T که در طی آن یک نقطه مادی یک دور کامل می کند. در سیستم SI، دوره در ثانیه اندازه گیری می شود.
4. فرکانس چرخش- تعداد دورهای انجام شده در یک ثانیه در سیستم SI فرکانس بر حسب هرتز (1Hz = 1) اندازه گیری می شود. یک هرتز فرکانسی است که در آن یک دور در یک ثانیه کامل می شود. تصور آن آسان است
اگر در طول زمان t یک نقطه n دور یک دایره بچرخد پس .
با دانستن دوره و فرکانس چرخش، سرعت زاویه ای را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد:
5 رابطه سرعت خطی و سرعت زاویه ای. طول یک کمان دایره برابر است با جایی که زاویه مرکزی است که بر حسب رادیان بیان می شود، شعاع دایره ای که قوس را فرو می برد. حالا سرعت خطی را در فرم می نویسیم
اغلب استفاده از فرمول ها راحت است: یا سرعت زاویه ای اغلب فرکانس چرخه ای نامیده می شود و فرکانس فرکانس خطی نامیده می شود.
6. شتاب مرکزگرا. در حرکت یکنواخت به دور یک دایره، ماژول سرعت بدون تغییر باقی می ماند، اما جهت آن به طور مداوم تغییر می کند (شکل 26). به این معنی که جسمی که به طور یکنواخت در یک دایره حرکت می کند، شتابی را تجربه می کند که به سمت مرکز هدایت می شود و شتاب مرکزگرا نامیده می شود.
بگذارید مسافتی برابر با یک کمان دایره در یک دوره زمانی طی کند. بیایید بردار را به موازات خودش رها کنیم، به طوری که شروع آن با ابتدای بردار در نقطه B منطبق شود. مدول تغییر سرعت برابر است و مدول شتاب مرکزگرا برابر است.
در شکل 26، مثلث های AOB و DVS متساوی الساقین هستند و زوایای رئوس O و B و زوایای با اضلاع AO و OB متقابل عمود بر هم برابرند. بنابراین، اگر، یعنی، بازه زمانی به طور دلخواه مقادیر کوچکی را به خود اختصاص دهد، می توان قوس را تقریباً برابر با وتر AB در نظر گرفت، یعنی. . بنابراین، می‌توانیم بنویسیم با توجه به اینکه VD = , OA = R با ضرب دو طرف آخرین تساوی در بدست می‌آییم، سپس عبارت مدول شتاب مرکز مرکز در حرکت یکنواخت در یک دایره را به دست می‌آوریم: . با توجه به اینکه دو فرمول پرکاربرد دریافت می کنیم:
بنابراین، در حرکت یکنواخت به دور یک دایره، شتاب مرکزگرا از نظر قدر ثابت است.
به راحتی می توان فهمید که در حد در زاویه . این بدان معنی است که زوایای پایه DS مثلث ICE به مقدار تمایل دارند و بردار تغییر سرعت عمود بر بردار سرعت می شود، یعنی. به صورت شعاعی به سمت مرکز دایره هدایت می شود.
7. حرکت دایره ای متناوب به همان اندازه– حرکت دایره‌ای که در آن سرعت زاویهای به همان میزان در فواصل زمانی مساوی تغییر می‌کند.
8. شتاب زاویه ای در حرکت دایره ای یکنواخت- نسبت تغییر در سرعت زاویه ای به بازه زمانی که در طی آن این تغییر رخ داده است، یعنی.
که در آن مقدار اولیه سرعت زاویه ای، مقدار نهایی سرعت زاویه ای، شتاب زاویه ای، در سیستم SI در اندازه گیری می شود. از آخرین برابری فرمول هایی برای محاسبه سرعت زاویه ای به دست می آوریم
و اگر .
ضرب هر دو طرف این تساوی ها در و در نظر گرفتن اینکه، شتاب مماسی است، یعنی. با شتاب مماس بر دایره، فرمول هایی را برای محاسبه سرعت خطی به دست می آوریم:
و اگر .
9. شتاب مماسیعددی برابر با تغییر سرعت در واحد زمان و در امتداد مماس بر دایره است. اگر >0، >0، آنگاه حرکت به طور یکنواخت شتاب می گیرد. اگر<0 и <0 – движение.
10. قانون حرکت با شتاب یکنواخت در یک دایره. مسیر طی شده به دور یک دایره در زمان با حرکت شتاب یکنواخت با فرمول محاسبه می شود:
با جایگزینی، و کاهش با، قانون حرکت شتاب یکنواخت در یک دایره را به دست می آوریم:
یا اگر.
اگر حرکت به طور یکنواخت کند باشد، به عنوان مثال.<0, то
11.شتاب کل در حرکت دایره ای با شتاب یکنواخت. در حرکت با شتاب یکنواخت در یک دایره، شتاب مرکزگرا در طول زمان افزایش می یابد، زیرا به دلیل شتاب مماسی، سرعت خطی افزایش می یابد. اغلب، شتاب مرکزگرا نرمال نامیده می شود و به عنوان نشان داده می شود. از آنجایی که شتاب کل در یک لحظه معین توسط قضیه فیثاغورث تعیین می شود (شکل 27).
12. سرعت زاویه ای متوسط در حرکت شتاب یکنواخت در یک دایره. میانگین سرعت خطی در حرکت شتاب یکنواخت در یک دایره برابر است با . جایگزینی در اینجا و و کاهش توسط ما دریافت می کنیم
اگر پس از آن.
12. فرمول هایی که رابطه بین سرعت زاویه ای، شتاب زاویه ای و زاویه چرخش را در حرکت یکنواخت شتاب گرفته در یک دایره برقرار می کند.
جایگزینی مقادیر , , , , به فرمول
و با کاهش، دریافت می کنیم
سخنرانی-4. دینامیک.
1. دینامیک
2. تعامل اجسام.
3. اینرسی. اصل اینرسی.
4. قانون اول نیوتن.
5. امتیاز مواد رایگان.
6. سیستم مرجع اینرسی.
7. سیستم مرجع غیر اینرسی.
8. اصل نسبیت گالیله.
9. دگرگونی های گالیله.
11. اضافه شدن نیروها.
13. چگالی مواد.
14. مرکز جرم.
15. قانون دوم نیوتن.
16. واحد نیرو.
17. قانون سوم نیوتن
1. پویایی شناسیشاخه ای از مکانیک وجود دارد که حرکت مکانیکی را بسته به نیروهایی که باعث تغییر در این حرکت می شوند مطالعه می کند.
2.فعل و انفعالات بدن. اجسام می توانند هم در تماس مستقیم و هم در فاصله از طریق نوع خاصی از ماده به نام میدان فیزیکی برهم کنش داشته باشند.
مثلاً همه اجسام به یکدیگر جذب می شوند و این جاذبه از طریق میدان گرانشی انجام می شود و نیروهای جاذبه را گرانشی می نامند.
اجسام حامل بار الکتریکی از طریق یک میدان الکتریکی برهم کنش می کنند. جریان های الکتریکی از طریق یک میدان مغناطیسی برهمکنش می کنند. این نیروها الکترومغناطیسی نامیده می شوند.
ذرات بنیادی از طریق میدان های هسته ای برهم کنش دارند و این نیروها هسته ای نامیده می شوند.
3. اینرسی. در قرن چهارم. قبل از میلاد مسیح ه. ارسطو فیلسوف یونانی معتقد بود که علت حرکت یک جسم نیرویی است که از جسم یا اجسام دیگر وارد می شود. در عین حال، طبق حرکت ارسطو، یک نیروی ثابت، سرعت ثابتی به بدن وارد می‌کند و با توقف عمل نیرو، حرکت متوقف می‌شود.
در قرن شانزدهم گالیله گالیله، فیزیکدان ایتالیایی، با انجام آزمایشاتی با اجسامی که از یک صفحه شیبدار به پایین می غلتند و با اجسام در حال سقوط، نشان داد که یک نیروی ثابت (در این مورد، وزن یک جسم) به بدن شتاب می دهد.
بنابراین، گالیله بر اساس آزمایشات نشان داد که نیرو عامل شتاب اجسام است. اجازه دهید استدلال گالیله را ارائه کنیم. اجازه دهید یک توپ بسیار صاف در امتداد یک صفحه افقی صاف بچرخد. اگر هیچ چیزی با توپ تداخل نداشته باشد، می تواند تا زمانی که می خواهید بچرخد. اگر یک لایه نازک شن روی مسیر توپ ریخته شود، خیلی زود متوقف می شود، زیرا تحت تأثیر نیروی اصطکاک شن قرار گرفت.
بنابراین گالیله به اصل اینرسی رسید که بر اساس آن یک جسم مادی در صورتی که هیچ نیروی خارجی روی آن وارد نشود، حالت سکون یا حرکت یکنواخت مستطیل را حفظ می کند. این خاصیت ماده اغلب اینرسی نامیده می شود و حرکت جسم بدون تأثیر خارجی را حرکت با اینرسی می نامند.
4. قانون اول نیوتن. در سال 1687، بر اساس اصل اینرسی گالیله، نیوتن اولین قانون دینامیک - قانون اول نیوتن را فرموله کرد:
یک نقطه مادی (جسم) در حالت سکون یا حرکت خطی یکنواخت است اگر اجسام دیگر روی آن عمل نکنند یا نیروهای وارد شده از اجسام دیگر متعادل باشند، یعنی. جبران کرد.
5.نقطه مواد رایگان- یک نقطه مادی که توسط اجسام دیگر تحت تأثیر قرار نمی گیرد. گاهی اوقات می گویند - یک نقطه مادی جدا شده.
6. سیستم مرجع اینرسی (IRS)- یک سیستم مرجع نسبت به آن که یک نقطه مادی جدا شده به طور مستقیم و یکنواخت حرکت می کند یا در حالت سکون است.
هر سیستم مرجعی که به طور یکنواخت و مستقیم نسبت به ISO حرکت کند، اینرسی است.
اجازه دهید فرمول دیگری از قانون اول نیوتن ارائه دهیم: سیستم های مرجعی نسبت به آنها وجود دارد که یک نقطه مادی آزاد به صورت مستقیم و یکنواخت حرکت می کند یا در حالت سکون است. چنین سیستم های مرجع اینرسی نامیده می شوند. قانون اول نیوتن اغلب قانون اینرسی نامیده می شود.
قانون اول نیوتن را نیز می توان به صورت زیر بیان کرد: هر جسم مادی در برابر تغییر سرعت خود مقاومت می کند. به این خاصیت ماده اینرسی می گویند.
ما هر روز در حمل و نقل شهری با جلوه هایی از این قانون مواجه هستیم. وقتی اتوبوس ناگهان سرعت می گیرد، به پشتی صندلی فشار می آوریم. وقتی اتوبوس کم می شود، بدن ما به سمت اتوبوس می لغزد.
7. سیستم مرجع غیر اینرسی –یک سیستم مرجع که به طور ناهموار نسبت به ISO حرکت می کند.
جسمی که نسبت به ISO در حالت سکون یا حرکت خطی یکنواخت قرار دارد. نسبت به یک قاب مرجع غیر اینرسی ناهموار حرکت می کند.
هر سیستم مرجع چرخشی یک سیستم مرجع غیر اینرسی است، زیرا در این سیستم بدن شتاب مرکزگرا را تجربه می کند.
هیچ بدنه ای در طبیعت یا فناوری وجود ندارد که بتواند به عنوان ISO عمل کند. به عنوان مثال، زمین حول محور خود می چرخد و هر جسمی در سطح آن شتاب مرکزگرا را تجربه می کند. با این حال، برای دوره‌های زمانی نسبتاً کوتاه، سیستم مرجع مرتبط با سطح زمین، تا حدودی می‌تواند ISO در نظر گرفته شود.
8.اصل نسبیت گالیله ISO می تواند به اندازه ای که دوست دارید نمک باشد. بنابراین، این سوال مطرح می شود: پدیده های مکانیکی یکسان در ISO های مختلف چگونه به نظر می رسند؟ آیا می توان با استفاده از پدیده های مکانیکی، حرکت ISO را که در آن مشاهده می شود، تشخیص داد؟
پاسخ به این سؤالات توسط اصل نسبیت مکانیک کلاسیک که توسط گالیله کشف شد، داده می شود.
منظور از اصل نسبیت مکانیک کلاسیک این است که: همه پدیده‌های مکانیکی در تمام چارچوب‌های مرجع اینرسی دقیقاً یکسان پیش می‌روند.
این اصل را می توان به صورت زیر فرموله کرد: همه قوانین مکانیک کلاسیک با فرمول های ریاضی مشابهی بیان می شوند. به عبارت دیگر، هیچ آزمایش مکانیکی به ما کمک نمی کند حرکت ISO را تشخیص دهیم. این بدان معنی است که تلاش برای تشخیص حرکت ISO بی معنی است.
ما در سفر با قطار با تجلی اصل نسبیت مواجه شدیم. در لحظه ای که قطار ما در ایستگاه ایستاده است و قطار ایستاده در مسیر مجاور به آرامی شروع به حرکت می کند، در اولین لحظات به نظرمان می رسد که قطار ما در حال حرکت است. اما برعکس هم اتفاق می افتد، وقتی قطار ما به آرامی سرعت می گیرد، به نظرمان می رسد که قطار همسایه شروع به حرکت کرده است.
در مثال بالا، اصل نسبیت در بازه های زمانی کوچک خود را نشان می دهد. با افزایش سرعت، ما شروع به احساس تکان ها و تاب خوردن ماشین می کنیم، یعنی سیستم مرجع ما غیر اینرسی می شود.
بنابراین، تلاش برای تشخیص حرکت ISO بی معنی است. در نتیجه، این که کدام ISO ثابت و کدام متحرک است، کاملاً بی تفاوت است.
9. تحولات گالیله. اجازه دهید دو ISO نسبت به یکدیگر با سرعت حرکت کنند. مطابق با اصل نسبیت، می توانیم فرض کنیم که ISO K ثابت است و ISO نسبتاً با سرعت حرکت می کند. برای سادگی، فرض می‌کنیم که محورهای مختصات مربوط به سیستم‌ها و موازی هستند و محورها و بر هم منطبق هستند. اجازه دهید سیستم ها در لحظه شروع منطبق شوند و حرکت در امتداد محورها اتفاق بیفتد، i.e. (شکل 28)
