Newton qonunlari. Nyutonning harakat qonunlari - klassik mexanikaning uchta asosiy qonuni boʻlib, jismning harakati va unga taʼsir qiluvchi kuchlar oʻrtasidagi munosabatni tavsiflaydi. Harakatning uchta qonuni birinchi boʻlib Isaak Nyuton tomonidan 1687-yilda chop etilgan "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica" (""Tabiiy falsafaning matematik asoslari" ") asarida bayon etilgan. Ushbu qonunlarni quyidagicha izohlash mumkin: Nyuton ulardan klassik mexanikaga asos solgan koʻplab jismoniy obyektlar va tizimlarning harakatini tadqiq qilish va tushuntirish uchun foydalangan. Nyutondan keyin klassik fizikaning kontseptual mazmuni turli xil "matematik yondashuvlarni" oʻz ichiga olgan muqobil usullar bilan qayta ishlab chiqilgan boʻlib, ular asl Nyuton formulasida yashiringan tushunchalarni keltirib chiqardi. Nyuton qonunlarining cheklanishi ham aniqlangan; Obyektlar juda yuqori tezlikda harakat qilganda (maxsus nisbiylik), juda massiv (umumiy nisbiylik) yoki juda kichik (kvant mexanikasi) boʻlganda yangi nazariyalar zarur. Birinchi qonun. Lotin tilidan tarjima qilingan Nyutonning birinchi qonunida shunday deyilgan: Nyutonning birinchi qonuni inersiya prinsipini ifodalaydi: tananing tabiiy harakati toʻgʻri chiziqda doimiy tezlikda harakat qilishdir. Tashqi taʼsirlar boʻlmasa, tananing harakati hozirgi holatini saqlab qoladi. Ikkinchi qonun. „Harakat“ deganda Nyuton hozirgi impuls deb ataladigan miqdorni nazarda tutgan, bu jismdagi materiya miqdoriga, bu jismning harakat tezligiga va harakat yoʻnalishiga bogʻliq. Zamonaviy yozuvda jismning impulsi uning massasi va tezligining mahsulotidir: formula_1☆ Nyutonning ikkinchi qonuni, zamonaviy shaklda, impulsning vaqt hosilasi kuch ekanligini aytadi: formula_2 Agar massa formula_3 vaqt oʻtishi bilan oʻzgarmaydi, keyin hosila faqat tezlikka taʼsir qiladi va shuning uchun kuch massa va tezlikning vaqt hosilasi koʻpaytmasiga teng boʻladi, bu tezlanishdir: formula_4 Tezlanish vaqtga nisbatan pozitsiyaning ikkinchi hosilasi boʻlgani sababli, buni ham yozish mumkin: formula_5 Uchinchi qonun. Uchinchi qonunning „harakat reaksiyaga teng“ kabi haddan tashqari qisqacha ifodalari oʻquvchilar avlodlari orasida chalkashliklarga sabab boʻlishi mumkin edi: „harakat“ va „reaktsiya“ turli organlarga tegishli. Masalan, stol ustida dam olayotgan kitobni koʻrib chiqing. Yerning tortishish kuchi kitobni pastga tortadi. Oʻsha „harakat“ ga „reaktsiya“ kitobni ushlab turgan stoldan tayanch kuchi "emas", balki kitobning Yerga taʼsir qiladigan tortishish kuchidir. Nyutonning uchinchi qonuni koʻproq asosiy printsipga, impulsning saqlanishiga tegishli. Ikkinchisi Nyutonning bayonoti boʻlmagan hollarda ham, masalan, kuch maydonlari, shuningdek, moddiy jismlar impulsga ega boʻlganda va impuls toʻgʻri aniqlanganda, kvant mexanikasida ham toʻgʻri boʻladi. Nyuton mexanikasida ikkita jism momentiga ega boʻlsa formula_6 va formula_7 mos ravishda, u holda juftlikning umumiy impulsi formula_8, va oʻzgarish tezligi formula_9 hisoblanadi: formula_10 Qoʻshimcha qonunlar uchun nomzodlar. Turli manbalar klassik mexanikada qoʻllaniladigan boshqa gʻoyalarni "Nyuton qonunlari" maqomiga koʻtarishni taklif qildilar. Masalan, Nyuton mexanikasida ikkita kichikroq jismni birlashtirish natijasida hosil boʻlgan jismning umumiy massasi ularning alohida massalarining yigʻindisidir. Frank Vilchek ushbu farazni „Nyutonning nolinchi qonuni“ deb belgilash orqali eʼtiborni jalb qilishni taklif qildi. „Nolinchi qonun“ga yana bir nomzod — bu har qanday lahzada tananing oʻsha lahzada unga qoʻllaniladigan kuchlarga munosabat bildirishidir. Xuddi shunday, kuchlarning vektorlarga oʻxshash qoʻshilishi (yoki boshqacha aytganda, superpozitsiya prinsipiga boʻysunadi) va kuchlar jismning energiyasini oʻzgartirishi haqidagi gʻoyalar ikkalasi ham „toʻrtinchi qonun“ sifatida tavsiflangan. Butun olam tortishish qonuni haqida ham shunday deyish mumkin. Tekis tezlanuvchan harakat. Agar jism Yer yuzasiga yaqin joyda dam olishdan yiqilsa, u holda havo qarshiligi boʻlmasa, u doimiy tezlikda tezlashadi. Bu erkin tushish deb nomlanadi. Erkin tushish vaqtida erishilgan tezlik oʻtgan vaqtga, bosib oʻtgan masofa esa oʻtgan vaqtning kvadratiga proportsionaldir. Muhimi, tezlanish barcha jismlar uchun, ularning massasidan qatʼi nazar, bir xil boʻladi. Bu Nyutonning ikkinchi harakat qonuni bilan uning universal tortishish qonunini birlashtirishdan kelib chiqadi. Ikkinchisi, Yerdan tanaga taʼsir qiladigan tortishish kuchining kattaligi ekanligini taʼkidlaydi: formula_11 bu yerda formula_3 tushgan jismning massasi, formula_13 Yerning massasi, formula_14 Nyuton doimiysi va formula_15 Yerning markazidan tananing joylashuvigacha boʻlgan masofa, bu Yerning radiusiga juda yaqin. Buni sozlash formula_16, tananing massasi formula_3 ga bogʻliq boʻlgan tezlanishni qoldirib, tenglamaning har ikki tomonidan bekor qilinadi formula_14, formula_13, va formula_15, va formula_15 doimiy deb qabul qilish mumkin. Tezlashtirishning bu maxsus qiymati odatda belgilanadi formula_22 : formula_23 Agar tana dam olishdan boʻshatilmasa, aksincha, yuqoriga va/yoki gorizontal ravishda nol boʻlmagan tezlikda uchilsa, erkin tushish snaryad harakati boʻladi. Havoning qarshiligini eʼtiborsiz qoldirish mumkin boʻlsa, snaryadlar parabola shaklidagi traektoriyalarni kuzatib boradi, chunki tortishish tananing gorizontal emas, balki vertikal harakatiga taʼsir qiladi. Snaryad traektoriyasining eng yuqori nuqtasida uning vertikal tezligi nolga teng, lekin tezlashishi formula_22 har doimgidek pastga qarab. Notoʻgʻri vektorni nolga tenglashtirish fizika talabalari orasida keng tarqalgan chalkashlikdir. Tekis aylanma harakat. Jism bir tekis aylanma harakatda boʻlsa, unga taʼsir qiladigan kuch uning harakat yoʻnalishini oʻzgartiradi, lekin tezligini oʻzgartirmaydi. Radiusli aylana boʻylab harakatlanuvchi tana uchun formula_15 doimiy tezlikda formula_26, uning tezlashuvi kattalikka ega: formula_27 va aylananing markaziga yoʻnaltirilgan. Ushbu tezlanishni ushlab turish uchun zarur boʻlgan markazga tortish kuchi deb ataladigan kuch ham aylananing markaziga yoʻnaltirilgan va kattalikka ega. formula_28 . Koʻpgina orbitalar, masalan, Oyning Yer atrofidagi orbitalari, bir xil aylana harakati bilan yaqinlashishi mumkin. Bunday hollarda markazga tortish kuchi tortishish hisoblanadi va Nyutonning universal tortishish qonuniga koʻra kattalikka ega. formula_29, bu yerda formula_13 orbitada aylanayotgan katta jismning massasi. Shuning uchun jismning massasini uning atrofida aylanayotgan boshqa jismni kuzatishlar asosida hisoblash mumkin. Garmonik harakat. Garmonik osilatorOddiy garmonik harakatMassa formula_3 trayektoriya boʻylab harakatlana oladi formula_32 oʻqni va pozitsiyada muvozanat nuqtasi mavjud deb faraz qilaylik formula_33 . Yaʼni, at formula_33, jismga aniq kuch nol vektor va Nyutonning ikkinchi qonuniga koʻra, tana tezlashmaydi. Agar tanaga taʼsir qiladigan kuch muvozanat nuqtasidan siljish bilan mutanosib boʻlsa va muvozanat nuqtasiga yoʻnaltirilgan boʻlsa, u holda tana oddiy garmonik harakatni amalga oshiradi. Kuchni quyidagicha yozish formula_35, Nyutonning ikkinchi qonuni boʻladi: formula_36 Bu differensial tenglama yechimga ega: formula_37 chastota bu yerda formula_38 ga teng formula_39, va doimiylar formula_40 va formula_41 Masalan, tananing maʼlum bir vaqtda ega boʻlgan pozitsiyasi va tezligini bilib, hisoblash mumkin formula_42 . Oʻzgaruvchan massaga ega obyektlar. Nyuton fizikasi materiyani yaratilmagan yoki yoʻq qilinmagan deb hisoblaydi, garchi u qayta tartibga solinsa ham. Qiziqarli obyekt massasini oshirishi yoki yoʻqotishi mumkin, chunki unga materiya qoʻshiladi yoki undan chiqariladi. Bunday vaziyatda Nyuton qonunlari materiyaning alohida qismlariga nisbatan qoʻllanishi mumkin, vaqt oʻtishi bilan qaysi qismlar qiziqish obyektiga tegishli ekanligini kuzatib boradi. Masalan, agar massali raketa formula_43, tezlikda harakatlanadi formula_44, materiyani tezlikda chiqarib yuboradi formula_45 raketaga nisbatan, keyin formula_46 bu yerda formula_47 aniq tashqi kuch (masalan, sayyoraning tortishish kuchi) Nyuton qonunlarining aylanish analoglari. Nyuton qonunlari aylanuvchi kengaytirilgan jismlarga qoʻllanilganda, ular dastlabki qonunlarda chaqirilganlarga oʻxshash yangi miqdorlarga olib keladi. Massaning analogi inersiya momentidir, momentumning oʻxshashi burchak momentidir va kuchning oʻxshashi momentdir . Burchak momenti mos yozuvlar nuqtasiga nisbatan hisoblanadi. Agar mos yozuvlar nuqtasidan jismga siljish vektori boʻlsa formula_48 va tana impulsga ega formula_9, u holda tananing oʻsha nuqtaga nisbatan burchak momenti vektor oʻzaro koʻpaytmasidan foydalangan holda, formula_50 Burchak momentining vaqt hosilasi olinadi: formula_51 Birinchi atama yoʻqoladi, chunki formula_52 va formula_53 bir xil yoʻnalishda ishora qiling. Qolgan atama moment, formula_54 Moment nolga teng boʻlganda, burchak impulsi doimiy boʻladi, xuddi kuch nolga teng boʻlganda, impuls doimiy boʻladi. Agar tana mos yozuvlar nuqtasida joylashgan boʻlsa, kuch nolga teng boʻlmaganda ham moment yoʻqolishi mumkin (formula_55) yoki kuch boʻlsa formula_47 va siljish vektori formula_48 bir xil chiziq boʻylab yoʻnaltiriladi. Nuqta massalari yigʻindisining burchak impulsi va shuning uchun choʻzilgan jismning har bir nuqtasining hissalarini qoʻshish orqali topiladi. Bu tananing alohida qismlarining burchak momentlarini qoʻshish orqali oʻq atrofida aylanishini tavsiflash uchun vositani beradi. Natija tanlangan oʻqga, tananing shakliga va aylanish tezligiga bogʻliq.